采用WPT技术的WBAN的能量和数据传输时间分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种采用WPT技术的WBAN的能量和数据传输时间分配方法，包括：任意第m个无线传感器节点通过公共导频信道获取信道衰落系数，并发送至手持终端；手持终端收到M个无线传感器节点的信道衰落系数后，将其发送给基站；基站获取全部M个无线传感器节的信道衰落系数后，分配给全部N个WPT发射源用于并发传输能量的时间为

【技术实现步骤摘要】
采用WPT技术的WBAN的能量和数据传输时间分配方法
本专利技术涉及一种针对采用无线充电技术的无线体域网进行能量和数据传输时间的分配方法，具体涉及一种在采用无线充电技术的无线体域网中，控制多个无线能量传输发射源向多个用于人体监测的无线传感器节点进行无线能量传输的时间，并控制无线传感器节点使用充电后的能量进行数据传输时间的方法，属于无线通信

技术介绍
无线体域网(WBAN)由大量无线传感器节点组成，这些低功耗传感器节点可以持续监测人体重要生理信息并把这些数据传输给远端服务器，如文献[1]。WBAN的应用领域包括医疗护理、消费电子和个人监护等。在传统的WBAN中，如文献[2]，传感器节点由电池供电，一旦电池耗尽，WBAN监测服务就被迫停止。所以高能效和长使用寿命是WBAN的重要支撑技术。最新出现的无线充电技术为突破无线传感器节点受电池电量限制提供了一种有效的解决方案，如文献[3]。使用无线能量传输(WPT)技术，传感器节点可以从WPT发射源辐射的射频信号中捕获能量。文献[4]在理论上论证了WBAN无线传感器节点通过WPT技术捕获能量的可行性并给出了基本的设计框架。文献[4]指出：如何公平且高效的在多个传感器节点之间分配能量传输时间和数据传输时间是采用WPT技术的WBAN亟待解决的重要科学问题。为了提高WBAN的无线能量捕获效率，文献[5]提出通过分配能量传输时间和数据传输时间，最大化所有传感器节点总的数据传输速率。然而，总数据速率最大化方法容易引起各传感器节点数据传输速率的不公平性，即：有的传感器节点长期保持高数据速率传输，而另一些传感器节点的数据传输速率接近于0。为了解决这一不公平问题，文献[5]进一步优化WBAN中的能量传输时间和数据传输时间，使所有传感器节点获得相同的数据传输速率。另外，文献[6]也提出了一种解决上述不公平性问题的能量传输时间和数据传输时间分配方法，该方法能使WBAN中的所有传感器节点从WPT发射源获得相同的能量。文献[5]和文献[6]中所提出的能量传输时间和数据传输时间分配方法虽然保证了每个传感器节点之间数据传输速率或者能量捕获速率的公平性，但是降低了具备较好无线信道条件节点的数据传输速率。文献1：S.Ullah,H.Higgins,B.Braem,etal.,“Acomprehensivesurveyofwirelessbodyareanetworks,”JourneyofMedicalSystems,vol.36,no.3,pp.1065-1094,Jun.2012.文献2：D.B.Smith,D.Miniutti,T.A.Lamahewa,andL.W.Hanlen,“Propagationmodelsforbody-areanetworks:Asurveyandnewoutlook,”IEEEAntennasandPropagationMagazine,vol.55,no.5,pp.97-117,Oct.2913.文献3：P.Kamalinejad,C.Mahapatra,Z.Sheng,etal.,“WirelessenergyharvestingfortheInternetofThings,”IEEECommunicationsMagazine,vol.53,no.6,pp.102-108,Jun.2015.文献4：H.M.Saraiva,L.M.Borges,P.Pinho,etal.,“ExperimentalcharacterizationofwearableantennasandcircuitsforRFenergyharvestinginWBANs,”inProc.IEEE79thVehicularTechnologyConference,Seoul,SouthKorea,May.2014,pp.1-5.文献5：H.JuandR.Zhang,“Throughputmaximizationinwirelesspoweredcommunicationnetworks,”IEEETransactionsonWirelessCommunications,vol.13,no.1,pp.418-428,Jan.2014.文献6：J.C.KwanandA.O.Fapojuwo,“Radiofrequencyenergyharvestinganddatarateoptimizationinwirelessinformationandpowertransfersensornetworks,”IEEESensorsJournal,vol.17,no.15,pp.4862-4874,Aug.2017.
技术实现思路
针对采用WPT技术的WBAN，需要协调网络中的无线能量传输时间和数据传输时间，提高网络资源利用率，满足用于人体监测的无线传感器节点的通信需求，为了解决上述存在的技术问题，本专利技术的目的是：提供了一种采用WPT技术的WBAN的能量和数据传输时间分配方法，该方法可以对具有不同无线信道传输条件的传感器节点进行高效率的能量以及数据传输速率分配，其整体性能与最大化系统数据传输速率方法相比差距很小，但是能够保证每个传感器节点获得所需求的最小数据传输速率。本专利技术的技术方案是：一种采用WPT技术的WBAN的能量和数据传输时间分配方法，包括以下步骤：S01：任意第m个无线传感器节点通过公共导频信道(CPICH)获取信道衰落系数，并通过SDCCH信道将其发送至手持终端；手持终端收到M个无线传感器节点的信道衰落系数后，通过SDCCH信道将其发送给基站；S02：基站获取全部M个无线传感器节的信道衰落系数后，分配给全部N个WPT发射源用于并发传输能量的时间为是以下方程的解：其中，ζm是任意第m个传感器节点的能量收集效率，任意第m个传感器节点使用部分接收能量进行数据传输，该比例为θm，hn,m表示第n个WPT发射源和第m个传感器节点之间信道的衰落系数，hm,H表示任意第m个传感器节点和手持终端之间信道的衰落系数，tm表示分配给任意第m个传感器节点的数据传输时间，T表示系统中任一能量和数据传输周期的时长，σ2表示系统无线信道的噪声功率，Pn表示任意第n个WPT发射源的发射功率；S03：分配给任意第m个无线传感器节点传输数据的时间为：S04：基站将和通过SDCCH信道反馈给N个WPT发射源和手持终端；手持终端将和通过SDCCH信道转发给M个无线传感器节点。优选的技术方案中，能量传输时间和数据传输时间的分配结果，通过以下步骤得到：S11：建模为数学最优化问题：S12：得到约束条件：其中，Rm为网络资源的利用率，w表示系统所占用的频谱带宽，Pm为第m个传感器节点的平均传输功率；S13：通过求解上述最优化问题，得到最优的能量传输时间和数据传输时间分配结果。优选的技术方案中，所述步骤S01之前还包括：在任意一个无线能量和数据传输周期开始前，M个无线传感器节点通过独立控制信道(SDCCH)向手持终端发送数据传输请求；手持终端收到M个无线传感器节点的数据传输请求后，通过SDCCH信道将该请求发送给基站；基站许可该请求后，开启一个新的无线能量和数据传输周期，并设定持续时间为T。与现有技术相比，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用WPT技术的WBAN的能量和数据传输时间分配方法，其特征在于，包括以下步骤：S01：任意第m个无线传感器节点通过公共导频信道(CPICH)获取信道衰落系数，并通过SDCCH信道将其发送至手持终端；手持终端收到M个无线传感器节点的信道衰落系数后，通过SDCCH信道将其发送给基站；S02：基站获取全部M个无线传感器节的信道衰落系数后，分配给全部N个WPT发射源用于并发传输能量的时间为

【技术特征摘要】
1.一种采用WPT技术的WBAN的能量和数据传输时间分配方法，其特征在于，包括以下步骤：S01：任意第m个无线传感器节点通过公共导频信道(CPICH)获取信道衰落系数，并通过SDCCH信道将其发送至手持终端；手持终端收到M个无线传感器节点的信道衰落系数后，通过SDCCH信道将其发送给基站；S02：基站获取全部M个无线传感器节的信道衰落系数后，分配给全部N个WPT发射源用于并发传输能量的时间为是以下方程的解：其中，ζm是任意第m个传感器节点的能量收集效率，任意第m个传感器节点使用部分接收能量进行数据传输，该比例为θm，hn,m表示第n个WPT发射源和第m个传感器节点之间信道的衰落系数，hm,H表示任意第m个传感器节点和手持终端之间信道的衰落系数，tm表示分配给任意第m个传感器节点的数据传输时间，T表示系统中任一能量和数据传输周期的时长，σ2表示系统无线信道的噪声功率，Pn表示任意第n个WPT发射源的发射功率；S03：分配给任意第m个无线传感器节点传输数据的时间为：S04...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨峰，徐友庆，申帅，
申请(专利权)人：广州恒创智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44