[發明專利]一種智能反射面輔助的無線傳感器網絡的資源分配方法

在審

• 申請號: 202110971274.5
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113709687A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 朱政宇;徐金雷;楚征;孫鋼燦;李錚;楊晨一;郝萬明;劉沛佳;王寧;王忠勇
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W84/18;H04Q9/00;H04B7/145;H04B7/06;H04W72/04;H04W72/08;G16Y10/75;G16Y20/30
• 代理公司: 鄭州匯科專利代理事務所(特殊普通合伙) 41147
• 代理人: 穆艷菡

本發明涉及一種智能反射面輔助的無線傳感器網絡的資源分配方法，所述方法包括：建立基于智能反射面輔助的多天線功率發射站通過能量波束成形為多個物聯網設備無線充電的系統模型，每個設備都利用收集的能量與接入點(AP)連接進行信息傳輸；聯合優化能量波束成形、傳輸時間調度以及反射面相移的約束，構建系統和吞吐量最大化的問題；由于多個耦合變量的存在，首先以封閉形式導出最優的無線信息傳輸的智能反射面相移；提出了一種交替優化的低復雜度方案，通過拉格朗日對偶方法、卡魯什?庫恩?塔克條件和優化?最小化算法得到能量波束成形、時間分配和無線能量傳輸的相移的最優解。本發明將智能反射面部署在物聯網設備無線傳感器網絡的系統中，聯合優化能量波束成形、傳輸時間調度以及反射面相移的約束，提高系統和吞吐量。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體涉及一種智能反射面輔助的無線傳感器網絡的資源分配方法。

背景技術

物聯網(Internet of thing，IoT)是第五代(5G)和寬帶網絡的重要組成部分，這顯著提高了無處不在的無線設備(Wireless devices，WDs)的高數據訪問速率。設備依賴于有限的能量模式來維持計算和通信操作。傳感器通常配備傳統的電池，這限制了它們潛在的實際應用。此外，傳感器通常部署在極端環境、基礎設施或人體中，因此電池維護或更換非常具有挑戰性。因此，傳感器有限的電池壽命仍然是設計未來無線網絡的關鍵挑戰。

最近，射頻無線能量傳輸(Radio frequency wireless energy transfer，RFWET)實現了從專用能源到WDs的新型電能傳輸，而無需任何有線連接，這被認為是解決電池能量限制的有前途的解決方案之一。作為射頻(Wireless information transfer，WIT)的重要組成部分，無線供電通信網絡從專用能源收集能量，每個能源都有穩定的能源供應，支持無線信息傳輸。與傳統的電池供電通信相比，(Wireless powered communicationnetworks，WPCN)有望提高系統吞吐量。因此，WPCN提高了無線網絡中的能效，從而降低了其運行成本，使其更適合低能耗使用情況，即無線供電傳感器網絡(WPSNs)，這將降低網絡維護成本并增強傳感器的部署靈活性。此外，為了提高超高頻譜效率和吞吐量，服務質量被認為是5G及更高網絡的重要要求。

智能反射表面(Intelligent reflecting surface，IRS)作為智能無線電環境的關鍵使能器，是未來第六代(6G)無線網絡中提高吞吐量的有前途的技術之一。IRS由大量可重新配置的反射單元組成，由智能控制器管理。這些元件在沒有射頻處理、編碼/解碼或重傳的情況下操作預期信號的反射功能，這實現了三維(3-D)無源波束成形增益，以通過動態調諧每個元件的相移來將反射信號與直接鏈路信號構造性地相加，增強接收端期望信號功率，進而提高系統的總吞吐量。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，而提供一種智能反射面輔助的無線傳感器網絡的資源分配方法。

本發明的目的是這樣實現的：一種智能反射面輔助的無線傳感器網絡的資源分配方法，它包括：

S1：建立基于智能反射面輔助的多天線功率發射站通過能量波束成形為多個物聯網設備無線充電的系統模型，每個設備都利用收集的能量與接入點連接進行信息傳輸；

S2：聯合優化能量波束成形、傳輸時間調度以及反射面相移約束，構建系統和吞吐量最大化的問題；

S3：提出了一種交替優化的低復雜度方案，以封閉形式導出最優的無線信息傳輸的智能反射面相移，通過拉格朗日對偶方法、卡魯什-庫恩-塔克條件和優化-最小化算法得到能量波束成形、時間分配和無線能量傳輸的相移的最優解。

所述的步驟S1具體包括：