[发明专利]一种无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法

说明书

本发明公开了一种无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法，通过相互之间的消息帧计算得到数据接收点与能量源之间的距离，以及数据采集节点与消息帧来源设备的距离，从而确定所处的场景，在不同的场景中规划能量源的供能时间。当数据接收点收到至少一个数据采集节点发送的能量值信息时，对收到能量值信息的数据采集节点进行分簇处理，从平均能量值最高的簇中选取一个数据采集节点，向选取的数据采集节点发送告知帧，被选取的数据采集节点接收到告知帧后，持续传输数据给数据接收点。本发明优化时间、能量资源、传输机会的分配，在兼顾网络鲁棒性的情况下，尽可能地提高网络总吞吐量。

技术领域

本申请属于无线传输技术领域，尤其涉及一种无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法。

背景技术

在无线供能通信网络(Wireless-powered Communication Network，WPCN)中，节点通常没有固定的能量供应，需要从能量源发出的无线射频信号中捕获能量，并将能量存储到节点的可充电电池中。当节点有传输数据的需求时，再利用电池中的能量向数据接收点传输数据。在该网络中，节能是需要考虑的重要问题，因为采用节能的数据传输方案可以延长节点的工作时间。此外，在数据传输中增加可供选择的传输节点数量，可以使得由于单个节点突发故障而导致整个网络传输失败的可能性降低，即网络数据传输成功的可能性提升。

基于实际应用中的无线供能通信情况，采用有效的节能方法进行数据通信，显得非常有意义。此外，无线供能通信网络的鲁棒性，即节点存在突发故障的情况下无线供能通信网络仍可成功进行数据传输的能力也是一个值得关注的问题。在考虑网络鲁棒性的情况下，节点如何进行无线能量捕获和无线数据传输以提高无线供能通信网络的吞吐量尚未进行深入的研究。

发明内容

本申请的目的是提供一种无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法，在尽可能提高网络吞吐量的同时考虑网络的鲁棒性，以便在个别节点突发故障失效的情况下，仍有节点可以进行数据传输，从而避免网络吞吐量由于节点故障而急剧下降。

为了实现上述目的，本申请技术方案如下：

一种无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法，所述无线供能通信网络包括能量源、数据采集节点和数据接收点，将以数据接收点为圆心，以数据采集节点与数据接收点通信的最远距离为半径的圆形区域作为数据传输区；将以能量源为圆心，以数据采集节点从能量源捕获到能量的最远距离为半径的圆形区域作为能量捕获区；所述无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法，包括：

数据接收点和能量源轮流以恒定功率广播消息帧，数据接收点和能量源根据是否收到消息帧，以及消息帧的内容计算得到两者之间的距离，所有数据采集节点根据是否收到消息帧，以及消息帧的内容计算数据采集节点与消息帧来源设备的距离；

在数据接收点和能量源之间的距离小于能量捕获区的半径与数据传输区的半径之和时，能量源休眠，否则能量源发射无线射频信号，能量捕获区内数据采集节点从无线射频信号中捕获能量；

位于数据传输区内且电池中的可用能量超过能量阈值的数据采集节点传输包含自身能量值的信息给数据接收点；

当数据接收点收到至少一个数据采集节点发送的能量值信息时，对收到能量值信息的数据采集节点进行分簇处理，从平均能量值最高的簇中选取一个数据采集节点，向选取的数据采集节点发送告知帧；

被选取的数据采集节点接收到告知帧后，持续传输数据给数据接收点。

进一步的，所述从平均能量值最高的簇中选取一个数据采集节点，向选取的数据采集节点发送告知帧，还包括：

启动第一计时器，若数据接收点在第一计时器计时结束还未收到所选取的数据采集节点发送的数据，则判断平均能量值最高的簇中所有数据采集节点是否都被选取过，若都被选取过则数据接收点告知能量源发射无线射频信号进行供能，否则从平均能量值最高的簇中选取另一个数据采集节点，向选取的数据采集节点发送告知帧。