[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

说明书

本发明提供了无线供能物联网全双工基站关联与缓存联合分配方法，包括：利用斯塔克伯格博弈模型对网络供能激励问题、全双工基站关联与缓存资源分配问题进行联合建模。然后通过回溯法对博弈模型求解，利用模型结构特点将其分解为双层背包问题，并通过约束条件对求解空间进行压缩，进而通过交替迭代得到优化结果。该方法能有效降低无线供能物联网的供能和回程传输成本，提高网络运营商收益，适用于具有缓存功能的无线供能蜂窝物联网。

技术领域

本发明属于无线通信与物联网技术领域，尤其涉及无线供能物联网全双工基站关联与缓存联合分配方法。

背景技术

蜂窝物联网由于其具有覆盖广、链路稳定、时延短等优点，已经成为物联网主要的接入网络。为了降低蜂窝网的回程传输成本，近年来，全双工无线回程技术被应用于小蜂窝基站，大大增强了网络灵活性和经济性。

另一方面，随着物联网业务的不断发展，节点数量大大增加，使得节点的能量供应问题日益突出。无线能量收集技术通过在网络中部署一定数量的能量传输装置，利用无线信号的广播特性向所有节点供能，是一种高效率、低成本的解决方案。此外，网络缓存技术通过预先在网络边缘缓存传感节点的文件，可以降低节点能耗。

在蜂窝物联网中同时引入全双工自回程、无线供能和缓存，可以有效降低网络成本，提高能效。该方面的研究已在开展，如专利[全双工缓存中继系统多用户调度方法及系统，上海交通大学，授权公告日：2020-07-14]发明了一种全双工缓存中继系统多用户调度方法，通过利用缓存进行队列优化，有效提高了系统的吞吐量。然而，该方法未涉及无线供能技术，且只考虑了单个中继节点，因此无法直接用来解决无线供能物联网中多个全双工基站与节点的关联问题、以及缓存分配问题。

发明内容

发明目的：针对无线供能物联网中全双工基站与节点的关联、以及缓存分配问题，本发明提出了一种无线供能物联网全双工基站关联与缓存联合分配方法，该方法利用斯塔克伯格博弈模型对网络供能激励问题、全双工基站关联与缓存资源分配问题进行联合建模，然后通过回溯法对博弈模型求解，利用模型结构特点将其分解为双层背包问题，并通过约束条件对求解空间进行压缩，进而通过交替迭代得到优化结果。该方法能有效降低无线供能物联网的供能和回程传输成本，提高网络运营商收益。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种无线供能物联网全双工基站关联与缓存联合分配方法，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，利用小蜂窝基站的全双工自回程、缓存增益、基站关联以及节点能量供应激励建立网络运营商效用最大化模型，利用节点能量供应收益和代价差建立能量传输装置效用最大化模型，进而将两者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，依据求解结果对网络运营商效用最大化模型进行简化，利用模型结构特点将其分解为双层背包问题，并通过约束条件对求解空间进行压缩，进而通过交替迭代得到优化结果；

步骤4，依据步骤3的优化结果，对网络资源进行配置。

步骤1包括：

所述斯塔克伯格博弈模型包括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，其中网络运营商作为领导者，能量传输装置作为跟随者；

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：