[发明专利]一种基于多射频信号能量采集的多传感器网络资源调度方法

说明书

本发明涉及一种基于多射频信号能量采集的多传感器网络资源调度方法，具体为：多源节点以不同发射功率广播射频信号，多个无源传感器通过能量采集技术将射频信号转化为自身可用的电能；多传感器在时分复用协议下，利用采集的能量，依次以一定的传输码长进行短包传输至同一信息处理终端，对多源节点发射功率和多传感器短包传输码长进行联合优化来最小化所有传感器短包传输中最大误块率。本发明使用多射频信号能量采集技术，不需要依赖传统的电力供应，可以在没有电力供应的地方实现能量采集和资源分配。此外，该方法的公平性调度算法可以灵活适应具有不同业务需求的多传感器网络，保证资源分配公平性的同时提高资源利用率和系统效率。

技术领域

本申请涉及无线通信领域，具体涉及一种基于多射频信号能量采集的多传感器网络资源调度方法。

背景技术

在未来第六代(6G)通信系统中，极大规模的连接是实现所谓万物互联(IoE)的主要性能指标之一。与此同时，爆炸性的连接设备数量将从两个方面提出新的要求。一方面，如何为大量设备提供稳定和低成本的能量补给。另一方面，如何在海量设备间分配有限的通信资源，实现高效通信。传统的供电方式，即电池、电缆，存在寿命、容量等方面的局限性，并且铺设电缆和更换电池(由人类或机器人)会导致巨大的不便和成本，特别是在海量设备网络中。对此，基于射频的无线能量传输(WPT)技术能够以可控、稳定的方式将接收到的射频信号转化为电力资源，从而实现对设备的即时充电，满足实际服务需求。更重要的是，多个设备可以通过能量采集(Energy Harvesting,EH)技术从被广播的射频信号中获得能量，有利于大规模设备网络中的电力供给。

相较于单源节点的无线能量传输，多源节点能进一步提高系统能效。由多个信源引入的信道多样性可以很好地补偿某些信道衰落带来的极大负面影响。但是，多源节点的联合无线能量传输也为系统分析带来极大挑战。一方面，接收节点收到的来自多个源节点的射频信号间会产生相互干扰，这将对系统的WPT能效带来不可预知的影响。另一方面，当总的可用资源有限的情况下，不同资源调度方式将导致不同的系统性能，尤其是不同设备与源节点和终端节点的信道质量和传输需求各不相同。传统的功率和码长(Blocklength)分配方案难以实现多用户传输可靠性最大化的目标。

发明内容

本发明提出了一种基于多射频信号能量采集的多传感器网络资源调度方法。多传感器通过对多源节点的射频信号进行能量采集获得其短包传输所需的能量。通过优化源节点发射功率和传感器的短包传输码长，提高系统公平性和可靠性。

本发明的技术方案为一种基于多射频信号能量采集的多传感器网络资源调度方法，包含以下步骤：

步骤1：确定多传感器无线能量传输系统的节点数量，包括多源节点、多传感器和信息处理终端的位置信息；确定信道质量，包括多源节点与多传感器间信道状态信息和多传感器与数据处理终端的信道状态信息；根据实际业务需求，确定多传感器信息传输的数据包大小；

步骤2：采用基于电路的实际非线性能量采集模型对接收到的多射频信号进行整合处理，进行能量采集，基于该非线性能量采集模型构建用户采集的能量与多源节点发射功率间的数学模型获取用户采集的能量；

步骤3：多传感器通过消耗在第一阶段中采集的能量以时分复用的方式依次传输自己的数据短包至同一终端，公平考虑所有传感器的可靠性传输，将所有传感器短包传输的最大误块率作为系统可靠性的衡量指标，基于此构建传感器短包传输误块率与短包传输码长和源节点发射功率间的数学模型；

步骤4：在多源节点总功率和多传感器短包传输总码长有限的情况下，通过联合优化多源节点发射功率和多传感器的短包传输码长，构建传感器短包传输最大误块率最小化的优化问题，并将原问题拆解为两个子问题：功率分配问题和码长分配问题；

步骤5：在功率分配问题中，固定传感器的短包传输码长，解耦源节点对系统可靠性的直接关联，引入松弛变量，即传感器的发射功率，然后采用连续凸近似算法将原问题塑造为多个凸的局部问题，利用迭代算法获得功率分配问题的次优解；