[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

说明书

本发明提供一种无线供电传感器网络最优功率分配方法及装置，能够实现无线供电传感器网络中上行链路发射功率的最优控制。所述方法包括：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。本发明涉及无线通信技术领域。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种无线供电传感器网络最优功率分配方法及装置。

背景技术

在无线供电传感器网络(Wireless Powered Sensor Network，WPSN)中，由于远近效应，无线传感器和能量节点之间的距离可能导致性能不公平，例如，当无线传感器远离能量节点时，由于电力传输衰减，无线传感器将获得更少的能量。在这种情况下，必须研究上行链路发射功率控制问题，以平衡不同无线传感器之间的吞吐量和能量性能。

现有技术中，针对无线供电传感器网络功率控制问题，一般通过联合优化传输的持续时间和功率分配，实现网络吞吐量最大化；或使用迭代方法，解决子信道和功率的分配问题。但这些方法均未考虑传感器能量的动态特性，导致网络性能差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无线供电传感器网络最优功率分配方法及装置，以解决现有技术所存在的未考虑传感器能量的动态特性，导致网络性能差的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种无线供电传感器网络最优功率分配方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，构建的最大收益的目标函数表示为：