本文關(guān)鍵詞： 無(wú)線供能網(wǎng)絡(luò) 雙隊(duì)列 先充能再傳輸協(xié)議 多維資源分配 李亞普諾夫優(yōu)化 凸優(yōu)化　出處：《浙江理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：有限的設(shè)備電池壽命這一問(wèn)題一直制約著現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展。而射頻無(wú)線能量傳輸技術(shù)(RF-enabled WET)的出現(xiàn)為該問(wèn)題的解決提供了一種可行的途徑,而后依托于此技術(shù)出現(xiàn)了一種稱為無(wú)線供能的通信網(wǎng)絡(luò)(Wireless Powered Communication Network,WPCN)的通信架構(gòu)。在此架構(gòu)中無(wú)線設(shè)備使用收獲的能量來(lái)傳輸信息。然而,大多數(shù)研究者并沒(méi)有在WPCN通信系統(tǒng)的系統(tǒng)穩(wěn)定方面做更多的理論研究。因此,本文提出了一種基于WPCN的雙隊(duì)列模型,通過(guò)優(yōu)化算法動(dòng)態(tài)調(diào)整雙隊(duì)列穩(wěn)定,并在隊(duì)列穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)WPCN系統(tǒng)優(yōu)化。在無(wú)線供能通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提出之后,為了能使整個(gè)通信系統(tǒng)有序可持續(xù)的運(yùn)行,新一代的通信協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。其中運(yùn)用最為廣泛的協(xié)議是先充能再傳輸信息協(xié)議(Harvest Then Transmit Protocol,HTT Protocol)。本文在充分了解國(guó)內(nèi)外關(guān)于通信協(xié)議的有關(guān)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,通過(guò)結(jié)合本文提出的改進(jìn)HTT協(xié)議來(lái)優(yōu)化各個(gè)資源分配的管理方式,使得系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率、運(yùn)行壽命、傳輸能力、吞吐量等得到有效提升,主要的研究工作如下所示:1)基于HTT協(xié)議以及TDMA方式的通信系統(tǒng)效用優(yōu)化。在原有HTT協(xié)議的基礎(chǔ)上提出了一種新的協(xié)調(diào)各個(gè)無(wú)線設(shè)備之間無(wú)線通信的協(xié)議,通過(guò)將HTT與時(shí)分多址技術(shù)結(jié)合(Time Division Multiple Access,TDMA),從而避免了各個(gè)無(wú)線通信設(shè)備之間的信號(hào)干擾,提高了通信質(zhì)量與保密性,增大了系統(tǒng)容量,并將該協(xié)議應(yīng)用到基于WPCN的雙隊(duì)列模型上。研究長(zhǎng)時(shí)間平均下的系統(tǒng)效用最大化問(wèn)題,結(jié)合李亞普諾夫優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傳感節(jié)點(diǎn)的時(shí)間片分配、源速率控制、能量消耗三種資源的合理控制分配及系統(tǒng)的分布式優(yōu)化,使得系統(tǒng)效用函數(shù)最優(yōu)化,并保證了系統(tǒng)隊(duì)列穩(wěn)定。2)基于HTT協(xié)議的多用戶信息同傳的通信系統(tǒng)效用優(yōu)化。為了縮短每個(gè)無(wú)線通信設(shè)備與信息接收設(shè)備之間的交互時(shí)間,提升整個(gè)通信系統(tǒng)的信息處理速度,采用了在HTT的UL過(guò)程中多設(shè)備信息同傳的方式,但同時(shí)也帶來(lái)了信息干擾的問(wèn)題。由于干擾的存在,使得問(wèn)題轉(zhuǎn)變成為了一個(gè)非凸問(wèn)題,本文采用一階泰勒級(jí)數(shù)松弛和連續(xù)凸近似的方法進(jìn)行問(wèn)題轉(zhuǎn)化,很好的解決了該非凸問(wèn)題,并結(jié)合李亞普諾夫優(yōu)化技術(shù),提出了DAL(Double Approximation with Lyapunov optimization Algorithm)算法,較好的解決了該問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了傳感節(jié)點(diǎn)的時(shí)間片分配、源速率控制、能量消耗三種資源的合理控制分配,使得系統(tǒng)效用函數(shù)最優(yōu)化。
[Abstract]:The problem of limited battery life of equipment has been restricting the development of modern wireless communication technology. However, the emergence of radio frequency wireless energy transmission technology RF-enabled WETprovides a feasible way to solve this problem. Based on this technology, a communication architecture called Wireless Powered Communication Network WPCNhas emerged in which wireless devices use harvested energy to transmit information. However, Most researchers have not done much theoretical research on the stability of WPCN communication system. Therefore, this paper proposes a dual queue model based on WPCN, which dynamically adjusts the stability of double queues by optimization algorithm. Under the premise of stable queue, WPCN system optimization is realized. After the wireless power supply communication network architecture is proposed, in order to make the whole communication system run in an orderly and sustainable manner, A new generation of communication protocols has emerged. The most widely used protocols are Harvest Then Transmit protocol and HTT protocol. By combining the improved HTT protocol proposed in this paper to optimize the management mode of each resource allocation, the operating efficiency, running life, transmission capacity and throughput of the system can be effectively improved. The main research work is as follows: (1) the utility optimization of communication system based on HTT protocol and TDMA. Based on the original HTT protocol, a new protocol to coordinate wireless communication between wireless devices is proposed. By combining HTT with TDMA, time Division Multiple access (TDMA) can avoid signal interference between wireless communication devices, improve communication quality and confidentiality, and increase system capacity. The protocol is applied to the dual-queue model based on WPCN. The system utility maximization problem under long-time average is studied. The time slice allocation and source rate control of sensor nodes are realized by using Lyapunov optimization technology. The rational control and allocation of three kinds of resources and the distributed optimization of the system make the utility function of the system optimized. In order to shorten the interaction time between each wireless communication device and the information receiving device and to improve the information processing speed of the whole communication system, the system queue stability. 2) the multi-user information co-transmission based on HTT protocol is optimized. This paper adopts the method of simultaneous transmission of multi-device information in the UL process of HTT, but at the same time, it also brings the problem of information interference. Because of the existence of interference, the problem is transformed into a non-convex problem. In this paper, the method of first order Taylor series relaxation and continuous convex approximation is used to solve the non-convex problem. Combined with Lyapunov optimization technique, the DAL(Double Approximation with Lyapunov optimization algorithm is proposed, which solves the problem well. The reasonable control allocation of time slice allocation, source rate control and energy consumption of sensor nodes is realized, which makes the utility function of the system optimized.
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN914

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