一种自适应二维无线能量传输方法

摘要

一种自适应二维无线能量传输方法包括以下步骤：1)假定在t＝1,2,…,T时刻预知节点1和节点2获得能量的总数分别为和并规定能量在时间维度是单向传输的，在节点维度是可以双向传输的；2)基于二维无线能量传输方法实现在节点维度上的能量传递，使得每个节点在相同的时刻具有相等的能量；3)基于二维无线能量传输方法实现在时间维度上的能量传递，从第1个时刻开始，在同一节点内，如果当前时刻的能量大于未来相邻时刻的能量，则进行时间维度上的能量传输，使得两个时刻的能量相等；否则由于时间维度上能量传输的不可逆性，不进行能量传输。本发明提出了一种有效的无能能量传输方法，它可以优化网络节点能量分配、提高节点的总吞吐量。

主权项

一种自适应二维无线能量传输方法，其中二维表示时间维度和节点维度，其特征在于：所述无线能量传输方法包括以下步骤：1)假定在某时间段内能预知节点1和节点2在每个时刻通过能量捕获获得的总能量分别为和其中字母E表示获得的能量，右上角的数字1和2分别表示节点1和节点2，右下角的数字1,2,…,T表示每个时刻，T表示最大时刻；每个节点在不同的时刻获得不等的能量，其中，能量在时间维度是单向传输的，即能量只能从现在时刻传输到未来时刻，在节点维度是双向传输的，即节点之间的能量相互传输；考虑无线能量传输的约束条件：①第i时刻节点1用于数据队列传输的能量P_i¹小于或等于节点1在第i时刻捕获的总能量②第i时刻节点2用于数据队列传输的能量P_i²小于或等于节点2在第i时刻捕获的总能量③第i时刻被传输的能量必须小于等于传输节点从环境中捕获的总能量其中U＝1或2；结合上述3个约束条件，网络总吞吐量H用以下拉格朗日函数来求解：$H=\underset{i=1}{\overset{T}{\Sigma }}\left(\frac{1}{2}{\log }_{10}\right(1+{P_i}^1)+\frac{1}{2}{\log }_{10}(1+{P_i}^2\left)\right)+\underset{i=1}{\overset{T}{\Sigma }}{\lambda }_i{C}_1+\underset{i=1}{\overset{T}{\Sigma }}{\mu }_i{C}_2+\underset{i=1}{\overset{T}{\Sigma }}{\nu }_i{C}_3;$其中λ_i、μ_i和ν_i分别表示3个拉格朗日函数因子，表示以i为变量的求和函数，C₁、C₂和C₃分别由约束条件①、②和③转化得到：其中α表示无线能量传输的效率，和表示能量传输方向函数：当时，即能量从节点1传输到节点2；当时，即能量从节点2传输到节点1；通过求解拉格朗日函数最优条件，得到当无线传输效率α＝1的情况下，能量队列最优化的条件是P_i¹＝P_i²，此时网络的总吞吐量达到最大；同理，单个节点内时间维度的能量传输也用上述拉格朗日函数来求解；由于能量只能从现在时刻传输到未来时刻，所以当能量队列的最优化条件是而当时，则在时间维度不进行能量传输；2)通过步骤1)的分析，节点先进行节点维度上的能量传输，当第i时刻节点1的能量大于节点2的能量，即i∈1,2,…,T，那么在该时刻进行节点维度的能量传输，节点1向节点2传输能量，直到两个节点各自的能量总数相等；同理，当第i时刻节点1的能量小于节点2的能量，即i∈1,2,…,T，那么在该时刻也进行节点维度的能量传输，节点2向节点1传输能量，直到两个节点各自的能量总数相等；当第i时刻节点1的能量和节点2的能量相等，即i∈1,2,…,T，那么在该时刻不进行节点维度的能量传输，节点1和节点2之间不进行能量传输；3)节点再进行时间维度上的能量传输，设定时间维度从第1时刻到第T时刻，当节点1在第j时刻的能量大于第j+1时刻的能量，即j∈1,2,…,T‑1，则节点1进行时间维度方向上的能量传输，即节点1从第j时刻将能量传输到第j+1时刻，直到节点1在第j时刻与第j+1时刻的能量相等；反之当节点1在第j时刻的能量小于或等于第j+1时刻的能量，即j∈1,2,…,T‑1，由于能量在时间维度上的传递是单向不可逆的，即节点1不能将未来时刻的能量传输到当前时刻，因此节点1不进行能量传输；同理，当节点2在第j时刻的能量大于第j+1时刻的能量，即j∈1,2,…,T‑1，则节点2进行时间维度上的能量传输，即节点2从第j时刻将能量传输到第j+1时刻，直到节点2在第j时刻与第j+1时刻的能量相等；反之当节点2在第j时刻的能量小于或等于第j+1时刻的能量，即j∈1,2,…,T‑1，由于能量在时间维度上的传递是单向不可逆的，即节点2不能将未来时刻的能量传输到当前时刻，因此节点2不进行能量传输。