發(fā)布時間：2018-02-24 09:42

  本文關(guān)鍵詞： 無線供能網(wǎng)絡(luò) 雙隊列 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)備電池壽命這一問題一直制約著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展。而射頻無線能量傳輸技術(shù)(RF-enabled WET)的出現(xiàn)為該問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)中無線設(shè)備使用收獲的能量來傳輸信息。然而,大多數(shù)研究者并沒有在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的雙隊列模型,通過優(yōu)化算法動態(tài)調(diào)整雙隊列穩(wěn)定,并在隊列穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)WPCN系統(tǒng)優(yōu)化。在無線供能通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提出之后,為了能使整個通信系統(tǒng)有序可持續(xù)的運行,新一代的通信協(xié)議應(yīng)運而生。其中運用最為廣泛的協(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,通過結(jié)合本文提出的改進HTT協(xié)議來優(yōu)化各個資源分配的管理方式,使得系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率、運行壽命、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)各個無線設(shè)備之間無線通信的協(xié)議,通過將HTT與時分多址技術(shù)結(jié)合(Time Division Multiple Access,TDMA),從而避免了各個無線通信設(shè)備之間的信號干擾,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的雙隊列模型上。研究長時間平均下的系統(tǒng)效用最大化問題,結(jié)合李亞普諾夫優(yōu)化技術(shù)實現(xiàn)了傳感節(jié)點的時間片分配、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。為了縮短每個無線通信設(shè)備與信息接收設(shè)備之間的交互時間,提升整個通信系統(tǒng)的信息處理速度,采用了在HTT的UL過程中多設(shè)備信息同傳的方式,但同時也帶來了信息干擾的問題。由于干擾的存在,使得問題轉(zhuǎn)變成為了一個非凸問題,本文采用一階泰勒級數(shù)松弛和連續(xù)凸近似的方法進行問題轉(zhuǎn)化,很好的解決了該非凸問題,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,較好的解決了該問題,實現(xiàn)了傳感節(jié)點的時間片分配、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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN914

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃可嘉;林創(chuàng)魯;劉洋;吳熠銘;;一種低功耗無線傳感節(jié)點設(shè)計[J];自動化與信息工程;2010年01期

2 張志新;邱奇;劉沖;宋麗青;王天嬈;;無線傳感節(jié)點的濾波處理探究[J];電子測試;2013年11期

3 肖巍巍;;不確定性環(huán)境下傳感節(jié)點跟蹤優(yōu)化過程仿真[J];計算機仿真;2014年07期

4 楊文海;;一種無線傳感節(jié)點風(fēng)能自供電系統(tǒng)的設(shè)計[J];河南科學(xué);2013年10期

5 張紅;;智能溫室大棚無線傳感節(jié)點傳輸距離問題的研究[J];福建電腦;2013年10期

6 徐磊;時維鐸;王軍;邢玉秀;李陽;;用于生態(tài)環(huán)境微傳感節(jié)點的光電能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計[J];傳感器與微系統(tǒng);2014年07期

7 邱慧敏;石新茹;楊義先;賈凡;;一種安全的無線傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)設(shè)計方案[J];計算機工程與應(yīng)用;2006年11期

8 王俊;張發(fā)明;吳剛;張保立;秦琳琳;;無線傳感節(jié)點節(jié)能措施的研究[J];電子技術(shù);2008年07期

9 吳楓;;物聯(lián)網(wǎng)傳感節(jié)點的無線供電技術(shù)研究[J];單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2012年03期

10 孫行行;盧偉;錢宇寧;嚴如強;;一種新型節(jié)能無線傳感節(jié)點的設(shè)計與組網(wǎng)[J];南京信息工程大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年05期

相關(guān)會議論文 前2條

1 李耀曾;袁慎芳;;面向主動健康監(jiān)測的高速無線傳感節(jié)點的設(shè)計[A];全國第三屆信號和智能信息處理與應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會專刊[C];2009年

2 李鯤;劉鵬;齊望東;;基于無線電干涉的移動傳感節(jié)點精確定位[A];2007通信理論與技術(shù)新發(fā)展——第十二屆全國青年通信學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 李毅;高能效無線傳感節(jié)點芯片關(guān)鍵技術(shù)研究與實現(xiàn)[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 徐琮輝;用于無線傳感的模擬信號處理和數(shù)據(jù)采集[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李夢陽;自供電、自報警無線傳感節(jié)點的設(shè)計與實現(xiàn)[D];蘇州大學(xué);2016年

2 郝占雪;室外安防小型智能聲測傳感節(jié)點測向方案研究[D];南京理工大學(xué);2017年

3 黃博聞;無線供電網(wǎng)絡(luò)的多維資源優(yōu)化分配研究[D];浙江理工大學(xué);2017年

4 殷悅;面向健康監(jiān)測的無線傳感節(jié)點的研制[D];南京航空航天大學(xué);2006年

5 魏海龍;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量管理策略研究[D];電子科技大學(xué);2011年

6 戴由旺;基于ZigBee的無線智能傳感節(jié)點設(shè)計與實現(xiàn)[D];大連理工大學(xué);2008年

7 王玉峰;基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)傳感節(jié)點的研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 萬國;光纖水聽器無線傳感節(jié)點軟件的研究與實現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2007年

9 徐洋;一種多層輕量型低功耗的WSN協(xié)議的研究與實現(xiàn)[D];北京郵電大學(xué);2015年

10 聶夏天;基于ATmega128L的館藏文物保存環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D];西北大學(xué);2015年

，

本文編號：1529779