[发明专利]一种无线供电传感器网络最优功率分配方法及装置

权利要求书

1.一种无线供电传感器网络最优功率分配方法，其特征在于，包括：

构建由无线能量发射器和无线传感器组成的无线供电传感器网络；

根据无线传感器能量的动态特性，利用非合作微分博弈的方法控制上行链路发射功率，获得纳什均衡解，得到无线供电传感器网络中的上行链路发射功率最优控制策略；

其中，所述无线能量发射器作为能量和信息传输的混合接入点；

所述无线能量发射器在下行链路中实现电力供应，在上行链路作为无线信息传输的接入点，从无线传感器接收信号；

其中，每个无线传感器配有可充电电池，每个无线传感器从无线能量发射器处收集的能量存储在可充电电池中，用于无线信息传输；

其中，所述根据无线传感器能量的动态特性，利用非合作微分博弈的方法控制上行链路发射功率，获得纳什均衡解，得到无线供电传感器网络中的上行链路发射功率最优控制策略包括：

在无线供电传感网络中，将无线传感器能量的动态特性表征为微分方程；

根据无线传感器的总收入及能量消耗，构建最大收益的目标函数；

根据表征无线传感器能量动态特性的微分方程和构建的最大收益的目标函数，分别求解有限时域下的纳什均衡解和无限时域下的纳什均衡解，得到有限时域下和无限时域下的上行链路发射功率最优控制策略；

其中，表征无线传感器能量动态特性的微分方程为：

其中，x_i表示无线传感器i的能量状态；μ_i表示能量损失系数；p_i表示无线传感器i的上行链路发射功率；η_i表示无线传感器i的能量转换效率；τ_i表示无线能量传输的持续时间；表示下行链路信道增益；表示从无线能量发射器到无线传感器i的下行链路传输功率；t表示时刻；表示在时间间隔[0,T]上，无线传感器i从无线能量发射器处获得的能量；x_i(0)＝0是初始状态，表示在博弈开始时没有能量传输；

其中，构建的最大收益的目标函数表示为：

其中，L_i表示无线传感器i的最大收益，表示无线传感器i的总收入；用于评估能量消耗和服务质量在时间间隔[0,T]上的平衡；ε表示能量的单价；g_i表示上行链路信道功率增益，表示信道高斯白噪声；r表示折扣率；α_i表示常数参数；S_i表示目标服务质量等级；ρ表示单位费率收益；

L_i受确定性动态影响：

其中，根据表征无线传感器能量动态特性的微分方程和构建的最大收益的目标函数，求解有限时域下的纳什均衡解，得到有限时域下的上行链路发射功率最优控制策略包括：

基于贝尔曼动态规划原理，根据构建的最大收益的目标函数，构建贝尔曼方程Vⁱ(t,x)，其中，Vⁱ(t,x)在时间间隔[0,T]上满足每个i∈N，N表示无线供电传感器网络中的无线传感器，策略满足：

其中，p_i^*表示最优上行链路发射功率，x_i^*表示无线传感器i最优的能量状态轨迹，s表示时间；

对Vⁱ(t,x)进行求解，得到无线供电传感器网络中无线传感器i的最优上行链路发射功率为：

其中，根据表征无线传感器能量动态特性的微分方程和构建的最大收益的目标函数，求解无限时域下的纳什均衡解，得到无限时域下的上行链路发射功率最优控制策略包括：

当T接近无穷大，构建的最大收益的目标函数可以表示为：

基于贝尔曼动态规划原理，根据表征无线传感器能量动态特性的微分方程和构建贝尔曼方程Wⁱ(x)，其中，Wⁱ(x)的偏微分方程在时间间隔[0,T]上满足每个i∈N，策略{q_i^*,for i∈N}满足：

其中，表示Wⁱ(x)关于x的偏导，q_i^*表示无线传感器i的最优上行链路发射功率，q_i表示无线传感器i的上行链路发射功率；

对Wⁱ(x)进行求解，得到无线供电传感器网络中无线传感器i的最优上行链路发射功率q_i^*为：

其中，在得到无线传感器i的最优上行链路发射功率q_i^*之后，所述方法还包括：

将代入求解得到无线传感器i最优的能量状态轨迹，表示为：