[发明专利]无线体感网中能量和数据协同传输调度方法

权利要求书

1.一种无线体感网中能量和数据协同传输调度方法，包括基站(AP)、M个无线射频能量发射源(PB)和监测节点，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在第k个簇内，普通节点在向簇头节点上传数据时，采用TDMA控制多个普通节点对共享无线信道的使用；

(2)网络的时间和频率域资源被划分为连续的多个资源块(RB)在一个RB内，多个簇头节点向AP上传数据时，采用TDMA控制多个簇头节点对共享无线信道的使用；在一个RB内，所有信道衰落系数都保持不变；

(3)每个簇头节点作为中继节点接收簇内普通节点上传的数据，并向AP转发该数据并上传其自身感知的数据；

(4)AP按照从各簇头接收的数据传输时间使用TDMA方式对各个节点的传输时段进行调度；

(4.1)WPT阶段：任意第m个PB将其发射功率设为P_m，M个PB并发传输能量，持续时间为φ；

(4.2)第1个WIT阶段：网络中第k个簇中的普通节点在各自被分配的时间段内向簇头传输信息，所使用的发射功率为

(4.3)第2个WIT阶段：网络中第k个簇中的簇头节点在各自被分配的时间段内向AP传输信息，所使用的发射功率为

所述步骤(4)的调度方法包括以下步骤：

S01：网络中第k个簇中第i个普通节点通过独立控制信道(SDCCH)向其簇头节点发送信道状态信息，以及其最小数据传输速率需求

S02：获得第k个簇中第i个节点所要求的最小WPT时间该簇所要求的最小WPT时间φ^k，以及数据传输时间

S03：任意第k个簇头节点通过SDCCH信道将φ^k发送给AP；

S04：AP获得整个网络所要求的最小WPT时间φ，并通过SDCCH信道将φ发送给网络中的簇头节点和PB；

S05：簇头节点通过SDCCH信道向本簇的普通节点转发φ；

S06：第k个簇中第i个节点计算其在WPT阶段补充的能量其中，P_m表示第m个PB的WPT功率，表示第k个簇中第i个节点使用所采集能量用于WIT的能量，表示第m个PB与第k个簇中第i个节点之间的信道增益；

S07：第k个簇中第i个节点在WIT阶段使用的发射功率其中，表示第k个簇中第i个节点的能量采集效率，表示分配给第k个簇中的第i个普通节点的WIT时间；

S08：第k个簇中的第i个普通节点计算在WIT阶段的传输时间并通过SDCCH信道将发送给簇头节点；

其中，为第k个簇中第i个节点的最小数据传输速率，σ²表示无线信道的噪声功率，表示第i个普通节点与簇头节点之间的信道增益；

S09：第k个簇中的簇头节点计算其在WIT阶段的传输时间并通过SDCCH信道发送给AP；

S10：AP按照从各簇头接收的对各个节点的传输时段进行调度。

2.根据权利要求1所述的无线体感网中能量和数据协同传输调度方法，其特征在于，所述步骤S02中获得第k个簇中第i个节点所要求的最小WPT时间通过求解下述方程组得到：

其中，表示簇头节点与AP之间的信道增益，B为工作频率带宽，n_k为监测节点数。

3.根据权利要求2所述的无线体感网中能量和数据协同传输调度方法，其特征在于，所述簇头节点得到第i个节点所要求的最小WPT时间以及数据传输时间的步骤为：

将满足网络中所有节点最小数据传输速率需求建模为数学最优化问题：

约束条件：

通过求解上述最优化问题得到以及数据传输时间