[发明专利]一种无线供电通信网络的信息传输优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种无线供电通信网络的信息传输优化方法及系统，该技术方案求解实际场景中无线供电通信网络WPCN对应的能源效用最大化模型，获取所述实际场景中无线供电通信网络WPCN的优化参数的最优值；调整所述实际场景中无线供电通信网络的优化参数为所述最优值；所述优化参数包括：无线供电通信网络WPCN中混合接入点HAP的传输功率P_HAP、能量收集EH阶段的持续时间T_eh、各无线节点WN的发射功率向量P、信息传输阶段的持续时间T_tx和物联网IoT设备的传输功率P_d；在调整优化参数的过程中通过能源激励机制激励所述无线供电通信网络WPCN中的各无线节点WN为物联网IoT设备进行供电，提高了IoT的能源效用。

技术领域

本发明涉及网络优化设计领域，具体涉及一种无线供电通信网络的信息传输优化方法及系统。

背景技术

近年来，随着物联网(Internet of things，IoTs)的飞速发展，涌现了许多实时状态更新应用程序，例如智能驾驶，库存预测，天气监控和人体健康监控，这些应用程序对信息的新鲜度(freshness of information)非常敏感并且对信息及时性有很高的要求。由于最新的状态更新信息对于实时系统在线做出正确的决策至关重要，因此如何尽快将状态更新信息传输到目标节点已引起了学术界和业界的广泛关注。

为了表征信息的新鲜度，提出了信息年龄(age of information，AoI)这个性能指标，其主要指最新的状态更新信息自生成到被目的节点接收所经过的时间。与传统以延迟和吞吐量为网络性能指标不同，AoI在描述信息的“及时性”方面具有强大的功能，可以更准确的刻画更新信息的新鲜程度。目的节点希望得到的更新信息越新鲜越好，即信息年龄越小越好。到目前为止，基于AoI的无线系统设计已迅速引起人们的关注。

另一方面，在大多数支持状态更新应用程序的物联网网络中，小型物联网设备由容量有限的电池供电。手动更换和充电电池可能会导致巨大的人工成本，尤其是在大规模部署情况下或者在有毒和恶劣的环境中。为了解决这个问题，能量收集(energyharvesting，EH)技术应用而生，与自然能量源风能、太阳能相比，利用无线信号的射频(radio-frequency，RF)能量进行供电具有更高的可控性，并且能够在各种物理条件和环境下为低功率IoT设备提供稳定的电源。因此，基于RF的EH已在学术界的各种IoT场景中得到了广泛的研究。同时无线供电通信网络(WPCN)的硬件原型的成功建立，展示了基于RF的EH系统的实用性。

由于基于RF的EH潜力巨大，可应用于各种能源受限的IoT，并且数据新鲜度是实时状态更新IoT系统的重要性能指标，因此在未来的实时状态更新IoT系统中，设计基于AoI的WPCN有望同时解决能源供应和信息新鲜度需求问题。

在以往的研究工作中，即使无线节点(wireless node，WN)本身受到能量限制，也假设周围的无线节点始终愿意为低功率IoT设备充电，但实际上，无线节点由能量容量有限的电池供电或由稳定的有偿能源供应供电，因此它们可能具有很强的自私性，不愿意通过消耗自己的资源对其他节点的充电。因此，需要一种有效的激励机制来鼓励自私的无线节点对相邻的低功耗IoT设备充电。另外，在现有研究工作中，仅讨论了简单的两节点或三节点网络模型，但实际上，在物联网系统中经常部署大量无线节点，亟需研究多节点网络模型。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提出基于AoI的多节点WPCN有效激励机制，通过能源激励方式克服无线网络的自私性并提高AoI性能。

本发明提供的一种无线供电通信网络的信息传输优化方法，包括：

求解实际场景中无线供电通信网络WPCN对应的能源效用最大化模型，获取所述实际场景中无线供电通信网络WPCN的优化参数的最优值；

调整所述实际场景中无线供电通信网络的优化参数为所述最优值；