[发明专利]一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法

权利要求书

1.一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，建立由一个汇聚节点和多个具有能量收集能力的认知传感节点组成的星型认知无线传感网；

步骤2，汇聚节点和认知传感节点在每个传输周期开始前分别进行信道质量评估，各认知传感节点完成信道质量评估后，将评估结果发送给汇聚节点；

步骤3，汇聚节点以最大化网络吞吐量为目标，对多个认知传感节点的传输时间和发射功率进行联合优化，获得最优资源分配结果；

步骤4，汇聚节点将最优资源分配结果广播给认知传感节点，对认知传感节点进行传输调度；

步骤5，认知传感节点进行能量收集或数据传输；

所述步骤3包括以下步骤：

A.以最大化网络吞吐量为目标，以各认知传感节点的传输时间和发射功率为变量，建立如下优化问题P1：

P1:

s.t.C1:

C2:

C3:

C4:

其中，M为认知传感节点的数量；τ_k和P_k分别为认知传感节点CS_k的传输时间和发射功率，τ₀为全部认知传感节点共享，并记τ＝[τ₀,τ₁,τ₂,...,τ_M]和T为一个帧的长度；ξ为各认知传感节点所配备的能量收集装置的能量收集与转化效率；P_t为基站的发射功率；I_p为主用户所能承受的最大干扰功率；h_k为基站与认知传感节点CS_k间的信道功率增益；h₀为基站与汇聚节点间的信道功率增益；g_k为汇聚节点与认知传感节点CS_k间的信道功率增益；f_k为认知传感节点CS_k与主用户间的信道功率增益；N₀为噪声功率；

B.将优化问题P1转换为如下关于传输时间和消耗能量的资源分配问题P2：

P2：

s.t.C1:

C2:

C3:

C4:

其中，e_k＝P_kτ_k为认知传感节点CS_k在分配的传输时间内以分配的发射功率进行数据传输所消耗的能量，并记e＝[e₁,...,e_M]；

C.采用对偶分解方法求解问题P2的拉格朗日对偶问题，即

P3：

其中，为问题P2的部分拉格朗日函数，λ_k和μ分别为问题P2中约束条件C1和C4的拉格朗日乘子，为满足问题P2中约束条件C2和C3的可行域；

D.求解问题P3，得到对于给定λ_k的传输时间和消耗能量的分配结果：

其中，(x)⁺表示x与0的最大值，exp(x)为指数函数，为Lambert W函数；

E.采用椭球法更新拉格朗日乘子λ_k，进而获得最优的传输时间和消耗能量分配；

F.根据获得的关于传输时间和消耗能量的最优资源分配结果，求解关于发射功率的最优分配其中

2.根据权利要求1所述一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法，其特征在于，所述星型认知无线传感网中，以汇聚节点为中心，多个认知传感节点为终端；所述认知传感节点以次用户身份接入到主用户网络的授权频段，并与汇聚节点进行通信；所述主用户网络包含1个无线基站和1个主用户。

3.根据权利要求1所述一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法，其特征在于，所述认知无线传感网采用时分多址接入机制进行传输调度，认知传感节点在其分配的传输时间内与汇聚节点进行周期性通信；其中，一个通信周期的长度与一个帧的长度相同。

4.根据权利要求1所述一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法，其特征在于，所述汇聚节点采用固定能量源进行持续性供电，并负责认知无线传感网的集中式资源分配和传输调度。