[发明专利]一种无线输能方法、装置、计算机设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种无线输能方法、装置、计算机设备及存储介质，该方法包括：对无线设备内的能量建立能量队列模型；计算所述能量队列模型的能量中断概率以及无线设备向信息基站发送数据包的平均信息年龄；以所述能量中断概率和平均信息年龄为约束，基于预置搜索方法求解得到最大的有效能量函数变量θ，然后求解得到最小的基站发射功率P₀^S；车载能量基站在移动过程中，以最小的基站发射功率P₀^S发射能量信号，使无线设备接收到能量信号，并将能量信号转换为自身可用的电能，同时消耗能量将产生的数据包发送至信息基站。本发明提高了能量的利用率，增强了无线设备的正常工作的可靠性，避免了移动基站发射功率过大而造成的能量浪费。

技术领域

本发明涉及无线能量传输技术领域，尤其涉及一种无线输能方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术

随着物联网技术及移动通讯技术的飞速发展，越来越多的新兴无线设备被广泛应用于低成本的数据采集与信息交互。目前，自动驾驶系统，智能家居系统和医疗健康系统等均部署了多种无线设备节点来完成环境感知、数据采集、数据转发等一系列的工作。另外，在未来第五代移动通信技术打造下的万物互联的世界中，人们的生活更加智能化和便利化。许多面向任务的应用对数据传输的实时性提出了更高的要求，特别是对状态数据的“新鲜度”要求极为苛刻。为了更好地保障信息的及时性，当前，提出了一种新的度量指标，即信息年龄(Age of Information，简称AoI)。AoI可以从信息接收端的角度衡量最近一次接收到的数据包自其产生以来所经过的时间，能够反映接收者在任何特定时间上的信息的及时性。为了保障数据新鲜度，无线设备不仅要实时监测网络或者环境的状态，还要及时发送包含状态信息的数据，设备需要消耗更多的能量，因此当前逐步将无线能量传输技术(Wireless Power Transfer，简称WPT)应用到低功耗的通信网络中。无线供能的通信网络(Wireless Powered Communication Networks,简称WPCN)作为基于射频的WPT的无线通信系统的典型模型之一，可以帮助能量受限的低功率传感器节点来解决能量受限问题。特别地，将移动基站作为能量源，能进一步增强设备充电的灵活性与可控性。然而，基站移动所造成的信道快速变化，使得基站难以捕获信道瞬时信息，从而无法有效控制能量的到达。这不仅可能导致设备无法提供充足的能量来保障系统的信息新鲜度，还可能导致设备因供能不足而中断工作，所以人们需对能量的到达及信息的传输进行协调与控制。

现有大部分对WPCN的研究都仅考虑使用收获再传输的传输协议，即能量和信息的传输是不同时发生的情况。然而，当WPCN系统使用专用能量源时，下行能量传输和上行信息传输可以同时发生，且两者互不干扰。这种场景下存在的一个关键问题，即无线设备只能从射频信号中获取能量，使得设备的能量收获的能量可能难以保证设备以某一固定速率持续耗能，从而会时刻影响设备信息的收集与传输。WPCN系统中的收集的能量多少与信息传输的质量存在因果关系，因此需要对系统中的资源进行合理地分配，以提高系统性能。

此外，大部分对WPCN系统研究以吞吐量为优化目标，较少考虑从保障数据更新的及时性的角度来衡量系统信息传输的性能。

发明内容

本发明实施例提供了一种无线输能方法、装置、计算机设备及存储介质，旨在解决既能保障无线设备的能量中断概率要求又能满足信息基站对信息新鲜度的要求的双重前提下的基站发射功率最小化的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种无线输能方法，包括：

对无线设备内的能量建立能量队列模型，其中，使用E表示无线设备任意时刻收获的能量，使用E_g表示无线设备产生一个数据包需要消耗的固定能量，数据包表示无线设备消耗能量以实时感应周围环境变化情况并捕获处理后的数据综合，使用P_s表示无线设备将数据包发送至信息基站的固定传输功率，使用λ_s表示无线设备的固定耗能速率，使用EP(θ)表示无线设备的有效能量函数，其中，θ为有效能量函数变量；