[發(fā)明專利]基于無線射頻能量傳輸?shù)腤LAN協(xié)議設(shè)計與分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710024165.6
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106713346B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡杰;趙毅哲;于秦;楊鯤
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04B5/00
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發(fā)明公開了一種基于無線射頻能量傳輸?shù)腤LAN協(xié)議設(shè)計與分析方法，首先引入無線射頻能量傳輸技術(shù)，提出一種WLAN場景下的基于傳統(tǒng)CSMA/CA的新型MAC協(xié)議；接著對發(fā)明的新型協(xié)議構(gòu)建三維離散馬爾科夫模型，分析各個狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)概率；然后對發(fā)明的新型協(xié)議進(jìn)行上下行吞吐量性能分析；最后對發(fā)明的新型協(xié)議進(jìn)行上下行的傳輸時延分析。本發(fā)明通過在傳統(tǒng)的CSMA/CA協(xié)議中引入無線射頻能量傳輸技術(shù)，為未來物聯(lián)網(wǎng)巨連接的場景提供了更加簡單便捷的節(jié)點充電方式，同時大幅降低了能量的損耗，滿足了巨連接節(jié)點的能量需求，愈加接近未來綠色通信的新概念。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無線射頻能量傳輸?shù)腤LAN協(xié)議設(shè)計與分析方法的設(shè)計。

背景技術(shù)

能量收割技術(shù)，意為通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點可以收集自身周圍的能量。其作為一種新型的通信技術(shù)，可以有效的解決通信節(jié)點中的能量瓶頸問題，同時可以大幅的增長通信節(jié)點的生命周期，因此在近年來掀起了國內(nèi)外廣大學(xué)者的研究熱潮。能量收割技術(shù)中的能量來源可以是太陽能、風(fēng)能、熱能等自然界常見的能源，但是，由于此類能源的能量到達(dá)過程是一個不確定性過程，這就增大了我們對通信網(wǎng)絡(luò)性能控制與優(yōu)化的難度，而無線射頻能量傳輸技術(shù)由此誕生。通過該新型技術(shù)，能量可以通過無線電磁波的形式人為的進(jìn)行傳輸，因此我們可以更加方便的對能量傳輸?shù)姆较蚝凸β实冗M(jìn)行控制，進(jìn)而更好的優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)的性能。

近年來，無線射頻能量傳輸技術(shù)的MAC層協(xié)議已經(jīng)得到了廣泛的研究，其中最為常見的兩種分支技術(shù)分別為無線數(shù)能同傳技術(shù)(SWIPT，Simultaneously WirelessInformation and Power Transfer)和無線供能通信網(wǎng)(WPCN，Wireless PoweredCommunication Network)。針對SWIPT技術(shù)，有著多種的數(shù)能同傳MAC協(xié)議，包括時分復(fù)用、頻分復(fù)用、功分復(fù)用和空分復(fù)用等。其中兩種較為普遍的數(shù)據(jù)能量分割模式分別為時隙切換(TS，Time Switching)和功率分割(PS，Power Splitting)，對于TS模式，在接收端配置一個能量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換開關(guān)，對于一個周期，可以動態(tài)的分配能量傳輸與數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r隙比例來滿足不同的能量與數(shù)據(jù)需求；而對于PS模式，接收端將接收到的信號的功率根據(jù)一定的比例分割為兩部分，一部分用于數(shù)據(jù)的解調(diào)，另一部分用于能量的接收。對于WPCN技術(shù)，意為用戶通過下行的無線能量傳輸進(jìn)行能量采集，并且將采集到的能量用于自身的上行數(shù)據(jù)傳輸，上下行的時隙比例同樣也是可以動態(tài)調(diào)節(jié)的。SWIPT和WPCN兩種分支技術(shù)被廣泛應(yīng)用與無線數(shù)據(jù)能量同傳的領(lǐng)域，為通信網(wǎng)絡(luò)的多種優(yōu)化提供了有效的技術(shù)支持。

由于無線能量傳輸中的能量是通過無線電磁波的形式進(jìn)行傳輸，故肯定也會遭受到一定的路徑損耗和陰影衰落等信道衰減，這將大大降低傳輸信號的功率，使接收端不能收集到足夠多的能量。因此，為了避免能量傳輸?shù)木薮舐窂綋p耗，我們應(yīng)盡可能的將無線能量傳輸技術(shù)應(yīng)用于有著較短傳輸距離的場景，而室內(nèi)WLAN也成為了一個非常不錯的選擇。

傳統(tǒng)的WLAN都是采用CSMA/CA協(xié)議作為MAC層的接入控制，通過雙向握手的方式，避免了多個用戶同時傳輸所產(chǎn)生的碰撞，提高了無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省５牵型ㄐ殴?jié)點都是以電網(wǎng)或自身電池供能，如果考慮到未來物聯(lián)網(wǎng)的巨連接，所有通信節(jié)點的數(shù)量會增大，同時嵌入式節(jié)點也會大大增多，所以，如何對節(jié)點進(jìn)行有效的充電也會成為一個瓶頸問題。為了解決這種問題，我們將無線射頻能量傳輸技術(shù)與WLAN場景相結(jié)合，設(shè)計出基于無線射頻能量傳輸?shù)腤LAN協(xié)議，同時對該協(xié)議的性能進(jìn)行一定的分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決未來物聯(lián)網(wǎng)巨連接的能量供應(yīng)瓶頸問題，并延長通信節(jié)點的生命周期，提出了一種基于無線射頻能量傳輸?shù)腤LAN協(xié)議設(shè)計與分析方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于無線射頻能量傳輸?shù)腤LAN協(xié)議設(shè)計與分析方法，包括以下步驟：

S1、構(gòu)建WLAN模型場景，引入無線射頻能量傳輸技術(shù)，基于傳統(tǒng)的CSMA/CA設(shè)計新型MAC層協(xié)議；