[发明专利]能量采集通信中的能量存储方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是能量存储辅助的能量采集无线通信系统的设计方法。本发明的方法在现有的能量借还辅助的能量采集通信系统的基础上，通信节点不再向电网借能量，而是向电网存储能量，并获得能量利息。本发明用于能量采集无线通信系统，减少采集能量的随机性和电池容量的有限造成的影响，提高采集能量的利用效率和系统的吞吐量，同时缓解用电高峰期电网的供电压力。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是能量采集无线通信中电网和通信节点之间的能量分配技术。

背景技术

能量采集通信(Energy Harvesting Communication)技术是一种利用可再生能源进行信息传输的绿色通信技术，其基本原理是无线通信系统中的通信节点能够从周围的自然环境中采集能量，并利用自身具备的电池，对采集来的能量进行合理的调度，从而提高信息的传输效率。该技术利用优化技术合理地分配采集能量，实现最优的传输功率，可以有效地克服能量因果约束的限制以及电池容量不足的缺点，提高了对采集能量的利用效率，实现了绿色通信。与利用传统能量的无线通信系统相比，具备能量采集技术的通信节点能够布置于一些传统能量难以到达的地方，提高无线通信系统的覆盖范围；此外，对于可再生能量的利用，能够减少传统能量的消耗，减少二氧化碳的排放。

近来，一种新的能量采集通信方式——基于能量借还(Energy Borrowing)的无线通信系统被提出。对于能量借还的无线通信系统而言，除了通信节点和电网之间可以进行能量借还以外，其他的步骤和传统的能量采集通信系统并没有任何差异。其中，最核心的能量借还指的是通信节点可以在能量短缺时从电网中借能量，能量富余时将能量还给电网，此外，还会额外还能量利息给电网作为报酬。由于采集能量过度地依赖于天气、地理位置等自然因素，通信节点的采集能量是随机的。这有可能会导致通信节点的能量短缺，此时它可以从电网中借取一部分能量，在未来能量充足时将借来的能量还给电网，并且给予电网能量利息作为回报。这既提高了通信系统的吞吐量，同时又使电网获得了能量利息。

现有的能量借还无线通信系统与传统的能量采集无线通信方法相比，有着诸多优点，例如能量借还无线通信系统能量利用效率更高、对抗采集能量的随机性效果更好、吞吐量更高等。缺点是通信节点只能在能量短缺时从电网中借能量，在能量富余时还能量，而并不能够将多余的能量存储在电网当中，此外在用电高峰期，能量借还会进一步加剧电网能量供应紧张的局面。

发明内容

本发明针对现有能量借还辅助的能量采集无线通信系统(EB-aided EH system)中通信节点只能向电网借能量而不能向电网存能量的问题，提出一种能量存储辅助的能量采集系统 (ED-aided EH system)，从而使得通信节点可以将能量存储在电网当中获得能量利息，同时又可以有助于缓解用电高峰期电网自身的供电紧张问题。

本发明的技术方案是：

能量采集通信中的能量存储技术，其特征在于，包括：

a.能量采集模型：整个系统的时间分为N个时隙，t＝[t₀,t₁,...,t_N-1]，在每一个时隙的开始都会有采集能量到达，

b.能量存储模型：通信节点能够将能量存储到电网，而电网将支付相应的能量利息给通信节点。能量在通信节点和电网之间传输，存在传输损耗，用ξ表示。例如，在第i个时隙的开始，通信节点存储单位的能量给电网，由于传输损耗，电网实际上只收到单位的能量，但是电网仍然需要还的能量给通信节点。对于存储在电网中的能量，电网需要支付相应的利息。第i个时隙的能量利息其中η∈(0,1)为能量利率，而为第i个时隙存储在电网中的所有能量，

其中为第i个时隙电网还给通信节点的能量，第i个时隙所产生的能量利息仍然存储在电网中。