[發明專利]無線能量傳輸驅動的兩跳多中繼網絡性能分析方法及系統

有效

• 申請號: 202010793651.6
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111988797B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 張煜;熊軻;吳鵬;單葆國;譚顯東;王成潔;唐偉;劉小聰;賈躍龍;譚清坤;馬捷;霍沫霖;冀星沛;李江濤;張成龍;吳姍姍;徐朝;段金輝;張春成
• 申請（專利權）人: 國網能源研究院有限公司
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04W16/22;H04B17/391;H04L43/0888
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種無線能量傳輸驅動的兩跳多中繼網絡性能分析方法與系統，該方法包括步驟獲取兩跳多中繼網絡相關計算所需數據；計算系統網絡中選定中繼節點接收源節點能量及信息傳輸信號值，及目的節點接收選定中繼節點的信息傳輸信號值；計算確定網絡的端到端中斷概率及吞吐量；根據計算的吞吐量對萊斯衰落信道條件下的網絡性能進行評估，根據評估結果對網絡進行優化。本發明通過分析網絡信息傳輸與能量間的因果關系及系統各因素對戶外無線能量傳輸驅動中繼網絡端到端中斷概率及吞吐量性能的影響，確定能夠適應戶外物聯網形勢發展要求的、能夠克服物聯網節點能量有限缺點的、萊斯衰落信道條件下的網絡性能評估計算方法。

技術領域

本發明涉及網絡性能分析與優化技術領域，具體涉及一種無線能量傳輸驅動的兩跳多中繼網絡性能分析方法及系統。

背景技術

中繼技術可以擴大網絡覆蓋范圍，有效提高網絡容量和用戶服務質量。無線射頻能量收集技術能夠為網絡中能量受限的節點提供穩定的能量，且管理方便，可以解決無線設備電池資源有限、極端環境下不易更換、人工維護成本高的問題，因此基于無線能量傳輸的中繼網絡被廣泛研究。

由于無線能量傳輸網絡可廣泛應用于戶外物聯網中(如鐵路物聯網、礦山物聯網、環境監測物聯網等)，而視野空曠的戶外物聯網主要處于以直射路徑為主的環境中，通常戶外場景下的無線衰落信道建模為萊斯衰落信道，而且在實際的無線能量傳輸中，能量主要來自于直射分量，所以視距傳輸不可忽視，考慮到這一點萊斯衰落信道模型在無線能量傳輸網絡中更具有實用性。

然而，目前研究工作要么針對瑞利衰落信道，要么針對Nakagami-m衰落信道。Nakagami-m雖然可以近似地描述萊斯衰落，但對于精確分析直射分量對能量站輔助的能量收集中繼網絡性能的影響，目前還沒有相關的技術為網絡優化設計提供有效的性能評估參考。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是提供了一種無線能量傳輸驅動的兩跳多中繼網絡性能分析方法，包括以下步驟：

獲取兩跳多中繼網絡相關計算所需數據；包括源節點天線數量及其發射功率、中繼節點數量、源節點發射總功率、源節點至各中繼節點的距離、各中繼節點到目的節點的距離、網絡配置參數；

計算系統網絡中選定中繼節點接收源節點能量傳輸信號及信息傳輸信號，及目的節點接收選定中繼節點的信息傳輸信號；

計算確定網絡的端到端中斷概率及吞吐量；

根據計算的吞吐量對萊斯衰落信道條件下的網絡性能進行評估，根據評估結果對網絡進行優化；其中，

網絡由無線通信連接的一個源節點S，N_R個能量受限的中繼節點R_i(1≤i≤N_R)和一個目的節點D組成；源節點S配備多根天線，各中繼節點R_i和目的節點D均為單天線設備。

在上述方法中，所述計算系統網絡中選定中繼節點接收源節點能量傳輸信號及信息傳輸信號，及目的節點接收選定中繼節點的信息傳輸信號具體包括以下步驟：

(1)在第一階段中ρT內，選定中繼節點R_i從源節點S處收集到的能量E_i為：

式中，η(0＜η＜1)為中繼節點能量轉換效率；N_s為源節點S的天線數量；P_sum為源節點S的發射總功率；發射總功率平均分配，P_s＝P_sum/N_s為源節點S每根天線的發射功率；為源節點S到選定中繼節點R_i鏈路的信道系數；為源節點S到選定中繼節點R_i的距離；m為路徑損耗指數；