[发明专利]无线供能物联网全双工基站关联与缓存联合分配方法

权利要求书

1.无线供能物联网全双工基站关联与缓存联合分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，针对蜂窝物联网通过小蜂窝基站回传传感节点的监测数据场景，建立网络运营商效用最大化模型和能量传输装置效用最大化模型，将网络运营商效用最大化模型和能量传输装置效用最大化模型的相互影响关系建模为斯塔克伯格博弈模型；

步骤2，根据回溯法推导出能量传输装置效用最大化模型的最优解表达式；

步骤3，对网络运营商效用最大化模型进行简化，得到优化结果；

步骤4，依据步骤3的优化结果，对网络资源进行配置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：

所述网络运营商效用最大化模型，如下所示：

目标函数：

约束条件：

其中，α表示速率收益系数，J表示全双工自回程小蜂窝基站集合，集合中的单个小蜂窝基站用j表示；I表示传感节点集合，集合中的单个传感器节点用i表示；E表示能量传输装置集合，集合中的单个能量传输装置用e表示；λ_i表示用户需求传感器节点i文件的概率；二进制变量x_i表示传感器节点i文件是否存入缓存，x_i＝1表示传感器节点i文件存入缓存，x_i＝0表示传感器节点i文件不存入缓存；二进制变量y_i,j表示传感节点i和全双工自回程小蜂窝基站j之间的关联关系，y_i,j＝1表示传感节点i连接到小蜂窝基站j，y_i,j＝0表示传感节点i没有连接到小蜂窝基站j；R_i,j表示传感节点i到小蜂窝基站j的可达速率，表示为其中B表示小蜂窝基站的频带宽度，η表示传感节点能量收集效率，h_i,j表示传感节点i到小蜂窝基站j的信道增益，P_e表示能量传输装置e的发送功率，h_e,i表示能量传输装置e到传感节点i的信道增益，N₀表示背景噪声的功率谱密度；R表示缓存的回程传输速率；ψ₁表示全双工回程传输成本系数，ψ₂表示能量供应激励成本系数，c_e表示网络运营商支付给能量传输装置m的单位功率报酬，l_i表示传感节点i文件数据量，L表示缓存容量；R_j表示小蜂窝基站j到宏蜂窝的可达速率，表示为其中δ表示全双工自回程的干扰残留，θ表示来自其他小蜂窝基站的干扰；P_max表示能量传输装置的最大发送功率。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述能量传输装置效用最大化模型，如下所示：

目标函数：

约束条件：

其中，β表示能量传输装置的能量代价系数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2包括：

步骤2-1、利用回溯法求解斯塔克伯格博弈模型，先设定c_e为定值，根据库恩塔克条件将能量传输装置效用最大化模型的拉格朗日函数表示为其中μ_e表示约束(2-A)的拉格朗日乘子；根据库恩塔克条件对拉格朗日函数中的变量P_e求导并令导数为0，得到最优解c_e＝2βP_e；

步骤2-2、将得到的最优解带入目标函数(1)，消去c_e，得到简化后的模型。