[发明专利]基于射频能量补偿的能量受限智能感知设备寿命延长方法

说明书

本发明公开了一种基于射频能量补偿的能量受限智能感知设备寿命延长方法，包括建立智能感知设备网络模型；能量充足的智能终端初始化功率划分和时槽划分、计算自身转发的能量受限的智能感知设备的数据传输量并上报；蜂窝基站统计能量充足的智能终端的数据传输量、计算各能量充足的智能终端的频段份额并下发；能量充足的智能终端计算使自身效用最大化的功率划分和时槽划分、计算转发的能量受限的智能感知设备的数据传输量并上报；重复上述步骤直至所有能量充足的智能终端转发的数据传输量最大；按照最优结果进行数据传输。本发明能够为能量充足的智能终端合理划分功率和时槽并使其获取对应的频谱份额，最终达到延长智能感知设备的工作寿命的目的。

技术领域

本发明具体涉及一种基于射频能量补偿的能量受限智能感知设备寿命延长方法。

背景技术

随着经济技术的发展，智慧城市也得到了长足的发展。智慧城市中存在大量的智能感知设备用于感知周围数据，其中绝大多数都是由便携式电池供电，因此运行时间有限。对于需要定期报告的少量数据，例如，感知的城市空气质量数据，城市管道系统状态监测数据，公共建筑结构监测数据，城市桥梁结构监测数据，若智能感知设备配备低功率广域接口(Low Power Wide Area，LPWA)(例如，通用分组无线服务(General Packet RadioService，GPRS)或窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT))，它将能够通过蜂窝基站轻松地向数据中心报告这些感知到的数据。然而，随着此类报告数量的增加，智能感知设备的电池寿命将逐步降低。特别是当它远离基站或在蜂窝覆盖区域的边缘时，电池的能量消耗会更快，并且可能导致相邻蜂窝之间更大的干扰。

通过更换电池可以延长智能感知设备的寿命，但是这可能是费事、费力、昂贵的，甚至是不可能的(例如，医用植入设备：供电电池容量通常是一定的，一般可供使用几年，能量耗尽则需手术更换)。为了延长这类智能感知设备的寿命，无线可充电传感器已被广泛植入智能传感设备中。因此，这类智能感知设备可通过无线能量收集获得电能。在智慧城市中，可以通过移动充电车辆作为能量发射器为智能感知设备无线供电，但是仍难以覆盖所有智能感知设备，而且，很容易造成交通拥堵。在传统的无线供电蜂窝网络中，通常部署专用的功率信标为可充电的无线设备提供能量补充，但是，要达到较高的充电效率需要在充电过程中保证智能感知设备与充电源之间始终保持较近距离。显然，大多数智能感知设备都不具备这样的条件。

而智能感知设备网络中，如果设备的能量不足，则会导致网络的数据传输延时、中断等重大事件发生，严重影响智能感知设备网络的数据传输能力，从而制约了智能感知设备网络的发展和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠性高且全局最优的基于射频能量补偿的能量受限智能感知设备寿命延长方法。

本发明提供的这种基于射频能量补偿的能量受限智能感知设备寿命延长方法，包括如下步骤：

S1.建立智能感知设备网络模型：包括一个蜂窝基站，若干个能量充足的智能终端，以及与每个能量充足的智能终端连接的若干个能量受限的智能感知设备；能量充足的智能终端用于给所连接的能量受限的智能感知设备充电，获取所连接的能量受限的智能感知设备上传的数据并转发蜂窝基站，以及直接向蜂窝基站发送自己的数据；能量受限的智能感知设备接收所连接的能量充足的智能终端的充电能量，并向蜂窝基站直接传输数据或者向所连接的能量充足的智能终端传输数据；针对每个能量充足的智能终端所连接的若干个能量受限的智能感知设备，又分为内圈组智能感知设备和外圈组智能感知设备；所述的能量充足的智能终端定义为剩余能量占总能量80％以上的智能终端；能量受限的智能感知设备定义为智能感知设备网络中使用无线可充电传感器感知周围数据、且剩余能量占总能量50％以下的智能感知设备；每个能量充足的智能终端计算自身与所连接的若干个能量受限的智能感知设备之间的信道增益，并按照递减规则进行排序，排序后的信道增益为前50％所对应的能量受限的智能感知设备定义为内圈组智能感知设备；排序后的信道增益为后50％所对应的能量受限的智能感知设备定义为外圈组感知设备；