[發明專利]一種無線輸能方法、裝置、計算機設備及存儲介質

有效

• 申請號: 202110678858.3
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113423081B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 郭重濤;屈燕淋;符謝力;廖斌
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W52/02;H04W16/22;H02J50/00;H02J50/80
• 代理公司: 深圳市精英專利事務所 44242
• 代理人: 武志峰

本發明公開了一種無線輸能方法、裝置、計算機設備及存儲介質，該方法包括：對無線設備內的能量建立能量隊列模型；計算所述能量隊列模型的能量中斷概率以及無線設備向信息基站發送數據包的平均信息年齡；以所述能量中斷概率和平均信息年齡為約束，基于預置搜索方法求解得到最大的有效能量函數變量θ，然后求解得到最小的基站發射功率P₀^S；車載能量基站在移動過程中，以最小的基站發射功率P₀^S發射能量信號，使無線設備接收到能量信號，并將能量信號轉換為自身可用的電能，同時消耗能量將產生的數據包發送至信息基站。本發明提高了能量的利用率，增強了無線設備的正常工作的可靠性，避免了移動基站發射功率過大而造成的能量浪費。

技術領域

本發明涉及無線能量傳輸技術領域，尤其涉及一種無線輸能方法、裝置、計算機設備及存儲介質。

背景技術

隨著物聯網技術及移動通訊技術的飛速發展，越來越多的新興無線設備被廣泛應用于低成本的數據采集與信息交互。目前，自動駕駛系統，智能家居系統和醫療健康系統等均部署了多種無線設備節點來完成環境感知、數據采集、數據轉發等一系列的工作。另外，在未來第五代移動通信技術打造下的萬物互聯的世界中，人們的生活更加智能化和便利化。許多面向任務的應用對數據傳輸的實時性提出了更高的要求，特別是對狀態數據的“新鮮度”要求極為苛刻。為了更好地保障信息的及時性，當前，提出了一種新的度量指標，即信息年齡(Age of Information，簡稱AoI)。AoI可以從信息接收端的角度衡量最近一次接收到的數據包自其產生以來所經過的時間，能夠反映接收者在任何特定時間上的信息的及時性。為了保障數據新鮮度，無線設備不僅要實時監測網絡或者環境的狀態，還要及時發送包含狀態信息的數據，設備需要消耗更多的能量，因此當前逐步將無線能量傳輸技術(Wireless Power Transfer，簡稱WPT)應用到低功耗的通信網絡中。無線供能的通信網絡(Wireless Powered Communication Networks,簡稱WPCN)作為基于射頻的WPT的無線通信系統的典型模型之一，可以幫助能量受限的低功率傳感器節點來解決能量受限問題。特別地，將移動基站作為能量源，能進一步增強設備充電的靈活性與可控性。然而，基站移動所造成的信道快速變化，使得基站難以捕獲信道瞬時信息，從而無法有效控制能量的到達。這不僅可能導致設備無法提供充足的能量來保障系統的信息新鮮度，還可能導致設備因供能不足而中斷工作，所以人們需對能量的到達及信息的傳輸進行協調與控制。

現有大部分對WPCN的研究都僅考慮使用收獲再傳輸的傳輸協議，即能量和信息的傳輸是不同時發生的情況。然而，當WPCN系統使用專用能量源時，下行能量傳輸和上行信息傳輸可以同時發生，且兩者互不干擾。這種場景下存在的一個關鍵問題，即無線設備只能從射頻信號中獲取能量，使得設備的能量收獲的能量可能難以保證設備以某一固定速率持續耗能，從而會時刻影響設備信息的收集與傳輸。WPCN系統中的收集的能量多少與信息傳輸的質量存在因果關系，因此需要對系統中的資源進行合理地分配，以提高系統性能。

此外，大部分對WPCN系統研究以吞吐量為優化目標，較少考慮從保障數據更新的及時性的角度來衡量系統信息傳輸的性能。

發明內容

本發明實施例提供了一種無線輸能方法、裝置、計算機設備及存儲介質，旨在解決既能保障無線設備的能量中斷概率要求又能滿足信息基站對信息新鮮度的要求的雙重前提下的基站發射功率最小化的問題。

第一方面，本發明實施例提供了一種無線輸能方法，包括：

對無線設備內的能量建立能量隊列模型，其中，使用E表示無線設備任意時刻收獲的能量，使用E_g表示無線設備產生一個數據包需要消耗的固定能量，數據包表示無線設備消耗能量以實時感應周圍環境變化情況并捕獲處理后的數據綜合，使用P_s表示無線設備將數據包發送至信息基站的固定傳輸功率，使用λ_s表示無線設備的固定耗能速率，使用EP(θ)表示無線設備的有效能量函數，其中，θ為有效能量函數變量；