[發明專利]一種多時隙能量采集多歸屬異構網絡的功率分配方法

有效

• 申請號: 201810688097.8
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108833183B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 溫培博;周雨荷;但黎琳
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04W52/26
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于能量采集技術領域，具體的說是一種多時隙能量采集多歸屬異構網絡的功率分配方法。本發明的基本思路是將能量采集技術在多時隙的多歸屬異構網絡中進行分析，并且以網絡的能效作為優化目標建立相應的分數規劃模型，考慮連接的損耗。本發明的有益效果為，本發明將能量采集技術引入到異構網絡模型中，同時在網絡模型中加入多歸屬技術，彌補能量采集技術不穩定的特性。

技術領域

本發明屬于能量采集(Energy Harvesting)技術領域，具體涉及一種采用能量采集技術的多歸屬(multi-homing)異構網絡(Herterogeneous)的優化接入方法。

背景技術

在通信行業重視能量采集之前，能量采集主要是指把大自然中的一些能源收集起來轉化為電能給系統供電，這些能量主要包括動能、光能、電磁能、熱能的收集。而通信行業將其與無線通信進行結合，即通過利用能量采集到的能源進行無線通信。這樣就實現了通信設備可以隨時隨地的有能量供給，不再因電池能量不足而困擾。同時，也解決了廢棄電池對環境的污染，是綠色通信研究的一個重要研究課題。

在異構網絡中，移動終端可以裝備多個功能的系統模塊，如聲音，圖像和數據處理模塊。特別地，移動終端能夠通過多個無線接口和使用多歸屬特性，與基站進行通信，同時，通過接入點接入不同的網絡。將能量采集技術加入到異構網絡中，即網絡中每一個基站具有能量采集系統，可以從自然界采集能量。

在單時隙能量采集的多歸屬異構網絡最大吞吐量問題的研究中，由于采用能量采集技術，使得在每個時隙進行傳輸時受到了能量的限制，并且在每個時隙傳輸數據的多少就會受到此時隙能量采集的限制，而在每個時隙的結束采集的能量都將使用完。這使得當采集能量過少時，可能會無法進行傳輸。這樣就不能體現出能量采集的優勢性，只能說是在每個利用貪婪的思想達到最大，但并不是最優的功率分配方式。所以將單個時隙擴大到多個時隙進行分析，并且為了簡化模型，假設基站配備有容量無限大的電池，避免因電池容量不足而浪費了能量。同時，為了彌補能量采集不穩定的因素引進了多歸屬技術，而在優化目標仍然沿用最大化吞吐量。而對于網絡系統，多數是以能效來比較網絡的性能，所以以能效為優化目標進行優化。為了更貼近實際模型，在與基站進行連接通信時，加入了連接損耗，從而也盡可能的降低了用戶在一些基站之間的連續切換，降低了對基站系統的損耗。

將能量采集技術和多重歸屬技術一起應用在異構網絡中，因為異構網絡允許同時接入多層網絡，當某層基站的采集能量不足時，因為用戶是接入多層網絡，所以可以間接從其他層的基站中獲得吞吐量保持系統的穩定性。

發明內容

本發明將能量采集技術引入到異構網絡模型中，同時在網絡模型中加入多歸屬技術彌補能量采集技術不穩定的特性。將能量采集技術在多時隙的多歸屬異構網絡中進行分析，并且以網絡的能效作為優化目標建立相應的分數規劃模型，考慮連接的損耗。因為是否連接使得模型引入0-1變量，為了降低采用遍歷算法的復雜度，本發明采用交叉熵算法來確定0-1變量。

本發明的技術方案是：

首先介紹系統模型：

假設一共有N層網絡，在每層網絡中有S個基站，并設在整個異構網絡系統中有I個用戶。因為本發明考慮的是多時隙能量采集系統，所以假設一共有J個時隙。為了保證用戶的QoS，每個用戶存在一個傳輸速率的下限值同時，由于用戶所使用的時隙的不同，本發明假設用戶在不同時隙傳輸速率的下限值也會隨時間隨機變化，所以第i個用戶在第j個時隙所要求的下限值記為R_ij。所以對于任何用戶和任何時隙對于服務質量的約束條件為

其中r_nsij為在第j個時隙第n層網絡中的第s個基站傳輸給第i個用戶的速率。

因為能量采集所到達的能量是隨機的，所以當用戶在傳輸數據時會受到能量多少的限制，并且由于時間的約束，采集的能量可以在余留一部分能量提供為未來時隙使用。綜上所述，系統的能量因果約束為：