[发明专利]一种智能反射面辅助的无线传感器网络的资源分配方法

说明书

本发明涉及一种智能反射面辅助的无线传感器网络的资源分配方法，所述方法包括：建立基于智能反射面辅助的多天线功率发射站通过能量波束成形为多个物联网设备无线充电的系统模型，每个设备都利用收集的能量与接入点(AP)连接进行信息传输；联合优化能量波束成形、传输时间调度以及反射面相移的约束，构建系统和吞吐量最大化的问题；由于多个耦合变量的存在，首先以封闭形式导出最优的无线信息传输的智能反射面相移；提出了一种交替优化的低复杂度方案，通过拉格朗日对偶方法、卡鲁什‑库恩‑塔克条件和优化‑最小化算法得到能量波束成形、时间分配和无线能量传输的相移的最优解。本发明将智能反射面部署在物联网设备无线传感器网络的系统中，联合优化能量波束成形、传输时间调度以及反射面相移的约束，提高系统和吞吐量。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种智能反射面辅助的无线传感器网络的资源分配方法。

背景技术

物联网(Internet of thing，IoT)是第五代(5G)和宽带网络的重要组成部分，这显著提高了无处不在的无线设备(Wireless devices，WDs)的高数据访问速率。设备依赖于有限的能量模式来维持计算和通信操作。传感器通常配备传统的电池，这限制了它们潜在的实际应用。此外，传感器通常部署在极端环境、基础设施或人体中，因此电池维护或更换非常具有挑战性。因此，传感器有限的电池寿命仍然是设计未来无线网络的关键挑战。

最近，射频无线能量传输(Radio frequency wireless energy transfer，RFWET)实现了从专用能源到WDs的新型电能传输，而无需任何有线连接，这被认为是解决电池能量限制的有前途的解决方案之一。作为射频(Wireless information transfer，WIT)的重要组成部分，无线供电通信网络从专用能源收集能量，每个能源都有稳定的能源供应，支持无线信息传输。与传统的电池供电通信相比，(Wireless powered communicationnetworks，WPCN)有望提高系统吞吐量。因此，WPCN提高了无线网络中的能效，从而降低了其运行成本，使其更适合低能耗使用情况，即无线供电传感器网络(WPSNs)，这将降低网络维护成本并增强传感器的部署灵活性。此外，为了提高超高频谱效率和吞吐量，服务质量被认为是5G及更高网络的重要要求。

智能反射表面(Intelligent reflecting surface，IRS)作为智能无线电环境的关键使能器，是未来第六代(6G)无线网络中提高吞吐量的有前途的技术之一。IRS由大量可重新配置的反射单元组成，由智能控制器管理。这些元件在没有射频处理、编码/解码或重传的情况下操作预期信号的反射功能，这实现了三维(3-D)无源波束成形增益，以通过动态调谐每个元件的相移来将反射信号与直接链路信号构造性地相加，增强接收端期望信号功率，进而提高系统的总吞吐量。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种智能反射面辅助的无线传感器网络的资源分配方法。

本发明的目的是这样实现的：一种智能反射面辅助的无线传感器网络的资源分配方法，它包括：

S1：建立基于智能反射面辅助的多天线功率发射站通过能量波束成形为多个物联网设备无线充电的系统模型，每个设备都利用收集的能量与接入点连接进行信息传输；

S2：联合优化能量波束成形、传输时间调度以及反射面相移约束，构建系统和吞吐量最大化的问题；

S3：提出了一种交替优化的低复杂度方案，以封闭形式导出最优的无线信息传输的智能反射面相移，通过拉格朗日对偶方法、卡鲁什-库恩-塔克条件和优化-最小化算法得到能量波束成形、时间分配和无线能量传输的相移的最优解。

所述的步骤S1具体包括：