[发明专利]一种多跳认知无线网络的能量与信道分配方法及装置

说明书

本发明公开了一种多跳认知无线网络的能量与信道分配方法及装置，方法包括：S1.获取物联网节点的能量队列、数据队列和预设的虚拟队列；所述虚拟队列用于控制所述物联网节点的数据延迟；S2.根据所述能量队列、数据队列和虚拟队列构建李雅普诺夫函数的偏移减效函数；S3.以最小化所述偏移减效函数的线性上界作为优化目标，对所述偏移减效函数的线性上界进行优化，得到物联网节点从环境中获取的能量、采集的数据、丢弃的数据量和链路信道分配；S4.将所述从环境中获取的能量、采集的数据、丢弃的数据量和链路信道分配分发给物联网节点。具有有效降低物联网节点的最大有限延时，可更好的优化网络效益等优点。

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种多跳认知无线网络的能量与信道分配方法及装置。

背景技术

随着物联网(Internet of Things，IoT)技术的蓬勃发展，万物互联互通的时代正在到来。无线电技术作为物联网感知层的关键技之一，对于推动物联网的发展至关重要。然而，无线电应用技术的井喷式发展，使得频谱成为了一种稀缺的资源。为了充分利用频谱资源，学术界提出了一种认知无线电网络，它使得非授权用户可以以机会接入的方式使用空闲的频谱。此外，由于无线信道的广播特性，多个非授权用户接入同一空闲频谱时可能会互相干扰。

对于某些恶劣环境下IoT设备，其电池在能量耗尽后往往难以更换或人工更换成本极高，进而影响整个网络的寿命。能量获取技术的出现和发展为解决这一问题提供了新的思路。目前，具备能量获取功能的IoT设备已经开始规模应用。

配备能量获取模块(Energy Harvesting Module，EHM)和认知无线模块(Cognitive Radio Module，CRM)的IoT设备可以从环境能量源中收集能量补充电池能量，并利用空闲的授权频谱发送和接收数据，同时解决了IoT设备能量限制与频谱稀缺性约束。另一方面，边缘计算概念的提出与发展，为IoT设备的能量管理与信道分配提供了一种相对高效、低延迟的解决方案。IoT设备将自身状态参数发送给边缘节点，边缘节点根据网络全局状态及当前可用授权频谱进行集中式信道分配，IoT设备根据边缘节点信道分配结果执行数据发送和接收任务。

目前，关于认知无线电网络的信道分配方案已有一定的研究，但现有的研究仅仅只考虑了认知无线网络在物联网应用中的某个问题，难以实现认知无线网络在考虑链路冲突问题、多跳问题、能耗问题、信道联合分配问题、延时问题等的最优化。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种有效降低物联网节点的最大有限延时，可更好的优化网络效益的多跳认知无线网络的能量与信道分配方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种多跳认知无线网络的能量与信道分配方法，包括如下步骤：

S1.获取物联网节点的能量队列、数据队列和预设的虚拟队列；所述虚拟队列用于控制所述物联网节点的数据延迟；

S2.根据所述能量队列、数据队列和虚拟队列构建李雅普诺夫函数的偏移减效函数；

S3.以最小化所述偏移减效函数的线性上界作为优化目标，对所述偏移减效函数的线性上界进行优化，得到物联网节点从环境中获取的能量、采集的数据、丢弃的数据量和链路信道分配；

S4.将所述从环境中获取的能量、采集的数据、丢弃的数据量和链路信道分配分发给物联网节点，所述从环境中获取的能量用于物联网节点更新能量队列，所述采集的数据用于物联网节点更新数据队列，所述丢弃的数据量用于物联网节点更新虚拟队列，所述链路信道分配用于物联网节点分配通信链路及信道。

进一步地，步骤S2中，所述偏移减效函数如式(1)所示：