[发明专利]基于无线射频能量传输的WLAN协议设计与分析方法

权利要求书

1.基于无线射频能量传输的WLAN协议设计与分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建WLAN模型场景，引入无线射频能量传输技术，基于传统的CSMA/CA设计新型MAC层协议；确定WLAN场景模型中有一个中心接入点AP，有N个用户节点STA，AP与所有STA均相互可见；其中，AP的能量由电网供应，而STA的能量则全部来自于对无线射频信号的能量采集；同时假设这N个用户与AP在同一个信道上进行传输，AP与所有用户竞争同一个信道；AP与STA发送信号的方式均为广播方式，如果AP向其中一个STA发送相应的数据信息，那么其他STA也会收到相应的信号，但是并不进行数据解调，而是进行相应的能量采集，收集到的能量存储在电池中；STA的能量全部来自于AP发送信号的无线能量采集；

所述步骤S1包括以下分步骤：

S11、确定WLAN场景与模型；

S12、确定新型MAC层协议；所述分步骤S12包括以下子分步骤：

S121、初始化场景，AP与所有STA拥有相同的优先级来竞争同一个信道，因此将AP与所有STA均视为网络中的节点；在退避窗口范围内随机初始化所有节点的退避计数器；

S122、若在当前时隙网络中没有任何事件发生，即没有RTS、CTS、数据包或ACK帧的发送与接收，则所有节点经过单位退避计数时间后将自身退避计数器减1；

S123、若某个节点的退避计数器减为0，并且自身能量值足够，则退避暂停，准备尝试发送数据，即广播一RTS帧，帧内包含所发送数据的目的节点的MAC地址；

S124、若某个节点接收到了目的MAC地址为自身的RTS帧，退避暂停，并且在同时满足下列两种情况时，向源节点广播CTS帧，否则退避继续；

(1)明确只接收到一个源节点的RTS帧；

(2)自身当前时隙并未发送RTS帧；

S125、若某节点在发送完RTS帧后，并未收到来自目的节点的CTS帧，则视为发生碰撞；将自身退避窗口大小翻倍，并且在新的退避窗口范围内随机生成一退避计数器进行退避；

S126、若某节点在发送完RTS帧后收到来自目的节点的CTS帧，则视为可成功进行数据包传输；数据传输成功后目的节点向源节点发送ACK确认帧，同时源节点的退避窗口大小还原为最小值，并且在退避窗口范围内随机生成一新的退避计数器进行退避；若源发送节点为AP，则对于其他非源非目的节点，退避暂停，并且在源节点发送数据时进行能量采集，直至收到目的节点的ACK确认帧后退避继续开始；若源发送节点为STA，则对于其他非源非目的节点，只退避暂停，直至收到目的节点的ACK确认帧后退避计数继续开始；

S2、根据设计的新型协议构建三维马尔科夫模型，确定各个离散状态并且分析相应的稳态概率；

S3、根据构建的马尔科夫模型分析新型协议的上下行吞吐量性能；

S4、根据构建的马尔科夫模型分析新型协议的上下行时延性能。

2.根据权利要求1所述的WLAN协议设计与分析方法，其特征在于，所述分步骤S11具体为：

确定WLAN场景模型中有一个中心接入点AP，有N个用户节点STA，AP与所有STA均相互可见；其中，AP的能量由电网供应，而STA的能量则全部来自于对无线射频信号的能量采集；同时假设这N个用户与AP在同一个信道上进行传输，AP与所有用户竞争同一个信道；AP与STA发送信号的方式均为广播方式，如果AP向其中一个STA发送相应的数据信息，那么其他STA也会收到相应的信号，但是并不进行数据解调，而是进行相应的能量采集，收集到的能量存储在电池中；STA的能量全部来自于AP发送信号的无线能量采集。

3.根据权利要求2所述的WLAN协议设计与分析方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：

S21、确定STA节点的马尔科夫模型，以及各个离散状态与相应的稳态概率；

S22、确定AP节点的马尔科夫模型，以及各个离散状态与相应的稳态概率；

S23、通过联合迭代的方式求出整个系统场景所有节点的稳态概率。

4.根据权利要求3所述的WLAN协议设计与分析方法，其特征在于，所述分步骤S21包括以下子分步骤：

S211、确定STA节点的三维马尔科夫模型的各个状态；

S212、构建二维马尔科夫链，确定马尔科夫状态转移概率。