一种无线供电传感器网络最优功率分配方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术涉及无线通信技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种无线供电传感器网络最优功率分配方法及装置
本专利技术涉及无线通信
，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。
技术介绍
在无线供电传感器网络(WirelessPoweredSensorNetwork，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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，xi表示无线传感器i的能量状态；μi表示能量损失系数；pi表示无线传感器i的上行链路发射功率；ηi表示无线传感器i的能量转换效率；τi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；xi(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：其中，Li表示无线传感器i的最大收益，表示无线传感器i的总收入；用于评估能量消耗和服务质量在时间间隔[0,T]上的平衡；ε表示能量的单价；gi表示上行链路信道功率增益，表示信道高斯白噪声；r表示折扣率；αi表示常数参数；Si表示目标服务质量等级；ρ表示单位费率收益；Li受确定性动态影响：进一步地，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，求解有限时域下的纳什均衡解，得到有限时域下的上行链路发射功率最优控制策略包括：基于贝尔曼动态规划原理，根据构建的最大收益的目标函数，构建贝尔曼方程Vi(t,x)，其中，Vi(t,x)在时间间隔[0,T]上满足每个i∈N，N表示无线供电传感器网络中的无线传感器，策略满足：其中，pi*表示最优上行链路发射功率，xi*表示无线传感器i最优的能量状态轨迹，s表示时间；对Vi(t,x)进行求解，得到无线供电传感器网络中无线传感器i的最优上行链路发射功率为：进一步地，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，求解无限时域下的纳什均衡解，得到无限时域下的上行链路发射功率最优控制策略包括：当T接近无穷大，构建的最大收益的目标函数可以表示为：基于贝尔曼动态规划原理，根据表征无线传感器能量动态特性的微分方程和构建贝尔曼方程Wi(x)，其中，Wi(x)的偏微分方程在时间间隔[0,T]上满足每个i∈N，策略{qi*,fori∈N}满足：其中，表示Wi(x)关于x的偏导，qi*表示无线传感器i的最优上行链路发射功率，qi表示无线传感器i的上行链路发射功率；对Wi(x)进行求解，得到无线供电传感器网络中无线传感器i的最优上行链路发射功率qi*为：进一步地，在得到无线传感器i的最优上行链路发射功率qi*之后，所述方法还包括：将代入求解得到无线传感器i最优的能量状态轨迹，表示为：本专利技术实施例还提供一种无线供电传感器网络最优功率分配装置，包括：构建模块，用于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；确定模块，用于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。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，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，平衡不同传感器之间的吞吐量和能量性能，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，提高网络性能。附图说明图1为本专利技术实施例提供的无线供电传感器网络最优功率分配方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的无线供电传感器网络最优功率分配装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术针对现有的未考虑传感器能量的动态特性，导致网络性能差的问题，提供一种无线供电传感器网络最优功率分配方法及装置。实施例一如图1所示，本专利技术实施例提供的无线供电传感器网络最优功率分配方法，包括：S101，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；S102，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。本专利技术实施例所述的无线供电传感器网络最优功率分配方法，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，平衡不同传感器之间的吞吐量和能量性能，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，提高网络性能。为了更好地理解本专利技术实施例提供的无线供电传感器网络最优功率分配方法，对其进行详细说明，所述方法可以包括以下步骤：S101，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。本实施例中，一个无线供电传感器网络可以由一个无线能量发射器和若干个无线传感器组成。每个无线能量发射器为若干个无线传感器提供服务。本实施例中，所述无线能量发射器作为能量和信息传输的混合接入点(HybridAccessPoint，HAP)，在下行链路中实现恒定的电力供应，在上行链路作为无线信息传输的接入点，从分布式无线传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线供电传感器网络最优功率分配方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种无线供电传感器网络最优功率分配方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的无线供电传感器网络最优功率分配方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的无线供电传感器网络最优功率分配方法，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的无线供电传感器网络最优功率分配方法，其特征在于，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。5.根据权利要求4所述的无线供电传感器网络最优功率分配方法，其特征在于，表征无线传感器能量动态特性的微分方程为：其中，xi表示无线传感器i的能量状态；μi表示能量损失系数；pi表示无线传感器i的上行链路发射功率；ηi表示无线传感器i的能量转换效率；τi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；xi(0)＝0是初始状态，表示在博弈开始时没有能量传输。6.根据权利要求5所述的无线供电传感器网络最优功率分配方法，其特征在于，构建的最大收益的目标函数表示为：其中，Li表示无线传感器i的最大收益，表示无线传感器i的总收入；用于评估能量消耗和服务质量在时间间隔[0,T]上的平衡...

【专利技术属性】
技术研发人员：许海涛，赵新颖，杨利峰，段瑞丰，林福宏，周贤伟，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11