[发明专利]一种干扰感知的无线携能传输路由方法

说明书

本发明公开了一种干扰感知的无线携能传输路由方法，研究无线多跳网络的路由问题，考虑干扰对无线携能传输在信息和能量两方面不用的作用和影响来设计无线多跳网络的路由方法。首先，利用物理干扰模型，建立干扰下的携能传输模型。然后，在满足最少能量获取要求下，构建干扰感知的最大化携能容量分配模型，并设计求解算法。最后，设计干扰感知的无线携能传输路由算法为，在寻路过程中，利用最大化携能容量分配算法计算链路最大的携能传输容量，根据干扰感知的路由指标，选择链路的传输方式和传输容量最大的路径。实验结果表明，与不考虑干扰、考虑干扰的信息传输相比，干扰感知的无线携能传输路由具有更高的路径容量。

技术领域

本发明涉及使用无线携能传输的无线多跳网络的路由方法，特别是一种干扰感知的无线携能传输路由方法。

背景技术

多跳无线网络中节点具有路由功能可转发数据，因此具有组网灵活、易于扩展、自组织、自修复和低部署成本等优点，主要形式包括多跳无线传感网络(WSNs)、移动传感网络(Mobile Sensing Networks)、Ad hoc网等。节点能量受限是多跳无线网络存在的共性问题，这限制多跳无线网络可用性和持久性。以传感网为例，传感节点通常通过电池供电，而电池容量有限，节点电量耗尽死亡后，将导致数据无法获取、数据不可达和绕路等问题。

因此，能量获取技术(Energy Harvesting)被提出，无线节点通过采集周围自然环境中的太阳能、风能或热能等对自身进行能量补充，但这种方式依赖于自然环境资源，存在较大的不确定性。另一种技术则利用无线电波来传输电能，称为无线能量传输(WirelessPower Transfer，WPT)。与自然环境能量来源相比，无线能量传输更稳定、可靠和可控。WPT主要包括两种方式：磁耦合共振(Coupled Magnetic Resonance)和射频信号传输(RadioFrequency Signal)。磁耦合共振要求发送和接收的线圈在完全相同的频率上进行谐振而且线圈体积较大、支持中程距离，射频信号可以实现较远距离的能量传输而备受关注。

同时无线射频信号也是数据传输的有效承载方式，因此最近出现了一种新的无线传输技术——无线携能传输或无线信息和能量同传(Simultaneous WirelessInformation and Power Transfer，SWIPT)。与无线信息传输(Wireless InformationTransfer，WIT)只进行信息传输和WPT只进行能量传输不同，无线携能传输利用同一个无线射频信号来传输信息和能量。

无线携能传输具有以下优势：1)信息传输的同时可以可控地给节点进行能量补充，避免节点因为电量耗尽而死亡；2)与信息和能量分离的传输方式相比，SWIPT的传输效率更高。能量和信息夹带一起发送，不需要额外基础设施，可以应用到一些特殊的场景(如混凝土内等)；3)利用SWIPT可将干扰作为能量的有效来源。同时，无线携能传输本身也面临一些问题，如能量传输使得信息传输的距离变短、无线射频信号损耗和衰落较高导致能量传输效率较低，目前主要通过多天线技术[5]来解决。

在多跳无线网络使用携能传输可带来如下好处：1)所有节点都可以从干扰、噪声射频信号中获得能量，能量获取的范围覆盖整个网络；2)通过将收到的能量作为数据转发能量消耗的补偿，某个节点获取的能量可以多跳地在网络中有目的、可控地传递和共享，均衡网络能量分布；3)不需要配备复杂分离的能量获取、传输和信息传输设备，降低对节点体积要求和节约成本。

然而，携能传输应用到多跳无线网络还面临很多问题。多跳无线网络的核心问题就是根据路由指标确定下一跳节点。携能传输应用于多跳网络时，每一跳数据转发都需要确定最优信息和能量分配，而不同的信息和能量分配又反过来影响网络拓扑以及最优路径选择，路由与携能传输之间相互依存和影响。多业务流的路由选择，决定了流量的分布，将产生不同程度的干扰，干扰信号会降低信息传输的质量，同时又可作为能量来源。干扰对携能传输的影响不仅是单方面的，而是多方面的，到底什么干扰程度合适需要考虑。信息和能量分配、路由选择和干扰相互依存影响，要解决上述问题，极具挑战性。

发明内容