[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

说明书

本发明公开了一种基于无线射频能量传输的WLAN协议设计与分析方法，首先引入无线射频能量传输技术，提出一种WLAN场景下的基于传统CSMA/CA的新型MAC协议；接着对发明的新型协议构建三维离散马尔科夫模型，分析各个状态的稳态概率；然后对发明的新型协议进行上下行吞吐量性能分析；最后对发明的新型协议进行上下行的传输时延分析。本发明通过在传统的CSMA/CA协议中引入无线射频能量传输技术，为未来物联网巨连接的场景提供了更加简单便捷的节点充电方式，同时大幅降低了能量的损耗，满足了巨连接节点的能量需求，愈加接近未来绿色通信的新概念。

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，具体涉及一种基于无线射频能量传输的WLAN协议设计与分析方法的设计。

背景技术

能量收割技术，意为通信网络中的节点可以收集自身周围的能量。其作为一种新型的通信技术，可以有效的解决通信节点中的能量瓶颈问题，同时可以大幅的增长通信节点的生命周期，因此在近年来掀起了国内外广大学者的研究热潮。能量收割技术中的能量来源可以是太阳能、风能、热能等自然界常见的能源，但是，由于此类能源的能量到达过程是一个不确定性过程，这就增大了我们对通信网络性能控制与优化的难度，而无线射频能量传输技术由此诞生。通过该新型技术，能量可以通过无线电磁波的形式人为的进行传输，因此我们可以更加方便的对能量传输的方向和功率等进行控制，进而更好的优化通信网络的性能。

近年来，无线射频能量传输技术的MAC层协议已经得到了广泛的研究，其中最为常见的两种分支技术分别为无线数能同传技术(SWIPT，Simultaneously WirelessInformation and Power Transfer)和无线供能通信网(WPCN，Wireless PoweredCommunication Network)。针对SWIPT技术，有着多种的数能同传MAC协议，包括时分复用、频分复用、功分复用和空分复用等。其中两种较为普遍的数据能量分割模式分别为时隙切换(TS，Time Switching)和功率分割(PS，Power Splitting)，对于TS模式，在接收端配置一个能量数据转换开关，对于一个周期，可以动态的分配能量传输与数据传输的时隙比例来满足不同的能量与数据需求；而对于PS模式，接收端将接收到的信号的功率根据一定的比例分割为两部分，一部分用于数据的解调，另一部分用于能量的接收。对于WPCN技术，意为用户通过下行的无线能量传输进行能量采集，并且将采集到的能量用于自身的上行数据传输，上下行的时隙比例同样也是可以动态调节的。SWIPT和WPCN两种分支技术被广泛应用与无线数据能量同传的领域，为通信网络的多种优化提供了有效的技术支持。

由于无线能量传输中的能量是通过无线电磁波的形式进行传输，故肯定也会遭受到一定的路径损耗和阴影衰落等信道衰减，这将大大降低传输信号的功率，使接收端不能收集到足够多的能量。因此，为了避免能量传输的巨大路径损耗，我们应尽可能的将无线能量传输技术应用于有着较短传输距离的场景，而室内WLAN也成为了一个非常不错的选择。

传统的WLAN都是采用CSMA/CA协议作为MAC层的接入控制，通过双向握手的方式，避免了多个用户同时传输所产生的碰撞，提高了无线数据传输的效率。但是，所有通信节点都是以电网或自身电池供能，如果考虑到未来物联网的巨连接，所有通信节点的数量会增大，同时嵌入式节点也会大大增多，所以，如何对节点进行有效的充电也会成为一个瓶颈问题。为了解决这种问题，我们将无线射频能量传输技术与WLAN场景相结合，设计出基于无线射频能量传输的WLAN协议，同时对该协议的性能进行一定的分析。

发明内容

本发明的目的是为了解决未来物联网巨连接的能量供应瓶颈问题，并延长通信节点的生命周期，提出了一种基于无线射频能量传输的WLAN协议设计与分析方法。

本发明的技术方案为：基于无线射频能量传输的WLAN协议设计与分析方法，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；