[发明专利]一种无线携能通信网络中最小化上下行链路传输时间方法

说明书

一种无线携能通信网络中最小化上下行链路传输时间方法，包括如下步骤：步骤1，通过对新提出的无线携能通信网络建立数学模型我们发现，该问题是非凸的；步骤2，通过证明我们发现，传输总时间关于下行链路传输时间是凸函数；步骤3，提出黄金分割搜索算法，并进一步缩小搜索范围，求出最优的下行链路传输时间；步骤4，通过求出的下行链路传输时间，求出其他变量以及最小的总时间。本发明通过合理设置源节点的发射功率、源节点的下行链路传输时间、用户节点在上行链路中的传输时间、用户节点的功率分配因子，以达到上下行链路传输时间最小化。

技术领域

本发明属于能量捕获无线传感器网络技术领域，涉及无线携能通信网络中最小化上下行链路传输时间方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)具有广泛应用，约束其进一步发展的瓶颈是能量问题。射频能量捕获网络是解决其能量问题的有效方法，它通过传感器节点捕获外界的射频能量给自身供电，捕获的电量可用于后续发送信号使用。

无线携能通信(Simultaneous wireless information and power transfer，SWIPT)是能量捕获无线传感器网络重要的一个方面。SWIPT主要是通过源节点发送携能信号，接收机在接收到携能信号时，通过功率分配，将一部分信号转换为能量，一部分信号解码为信息。在SWIPT网络中，如果分配过多的信号量用于能量转换，则剩余的用于解码为信息的信号量就少；反之，如果分配过少的信号量给能量转换，则虽然剩余的用于解码为信息的信号量多，但由于转换的能量少节点就没法把自己的信息发送出去。如何分配携能信号，使其网络效率最佳是一个重要的问题。

发明内容

为了平衡无线携能信网络中携能信号分配问题，本发明提出一种最优化下行链路中源节点发射功率、传输时间、以及用户节点的功率分配因子的方法，在上下行链路传输的数据量都满足一定服务质量的前提下，以最小化下行链路与上行链路传输时间和，最终达到提升网络传输效率，最小化频谱占用时间等。

为了实现上述过程，本发明提供以下的技术方案：

一种无线携能通信网络中最小化上下行链路的传输时间方法，包括如下步骤：

步骤1：通过源节点在下行链路中以一定的功率P在τ₀时间发送无线携能信号，每个用户节点i在τ₀时间内接收的数据量要满足一定的服务质量，用户节点i通过功率分配因子α_i，将一部分信号转换为能量，一部分信号解码为信息，在上行链路中，每个用户节点通过在τ₀时间内捕获的能量给源节点发送信号，发送的时间为τ_i。源节点接收到每个用户节点i的数据量要满足一定的服务质量，目标是最小化

步骤2：每个用户节点i在下行链路中接收源节点的数据量为R_D＝τ₀log₂(1+Ph_iα_i)，每个用户节点i所捕获的能量为E_i＝ξPh_i(1-α_i)τ₀，源节点接收每个用户节点i的数据量为其中，h_i表示下行链路中源节点和用户节点i之间的信道增益，α_i表示用户节点i的功率分配因子，ξ表示能量转化效率，g_i表示上行链路中用户节点i到源节点的信道增益；

步骤3：根据步骤1、步骤2所描述，建立如下数学模型：

s.t.0≤α_i≤1 ①

P≤P_max ②