[发明专利]一种无线供电通信网络的安全能量效率优化方法

摘要

本发明提出了一种无线供电通信网络的安全能量效率优化方法，包括步骤：首先，能量源节点向信息源节点发送能量信号，信息源节点将接收到的信号转化为能量。然后，信息源节点利用接收到的能量将信息信号发送给目的接收端，但与此同时，由于无线网络的开放特性，网络中的另一窃听节点也能接收到信息信号，对信息进行窃听。本发明构建关于时隙分配比和归一化的信息波束的优化模型，以最大化无线供电通信网络的安全能量效率为优化问题，联合优化时隙分配比和归一化的信息波束，与传统的单一变量优化相比，性能得到很大提升。

主权项

1.一种无线供电通信网络的安全能量效率优化方法，其特征在于，所述无线供电通信网络包括能量源节点、信息源节点、窃听节点和目的接收节点；该方法包括以下步骤：(1)将每个时隙T分为两段，前θT时间为第一段，后(1‑θ)T为第二段，其中θ为时隙分配比；能量源节点在每一时隙的前θT时间内以功率P向信息源节点发射射频信号，信息源节点将接收到的射频信号转化为能量E_h并储存；信息源节点首先对待发送的信息进行波束成形，然后在对应时隙的后(1‑θ)T时间内用从能量源节点获取的能量E_h向目的接收节点发送信号x(θ，w)，其中，w表示归一化的信息波束；记目的接收节点接收到的信号为y_d(θ，w)，窃听节点接收到的信号为y_e(θ，w)；(2)根据y_d(θ，w)和y_e(θ，w)分别计算目的接收节点的接收信噪比γ_d(θ，w)和窃听节点的接收信噪比γ_e(θ，w)；(3)根据目的接收节点的接收信噪比γ_d(θ，w)和窃听节点的接收信噪比γ_e(θ，w)计算目的接收节点的安全速率为：R_s(θ，w)＝(1‑θ)(log₂(1+γ_d(θ，w))‑log₂(1+γ_e(θ，w)))   (1)(4)计算每一时隙的能量总消耗P_t(θ)＝θP+P_f；其中，θP表示能量源节点的发射能量信号消耗，P_f表示除了发射能量信号之外的能量源节点与信息源节点之间的固定能量消耗；(5)根据R_s(θ，w)和P_t(θ)计算所述无线供电通信网络的安全能量效率为：(6)定义中间变量和W＝ww^H并带入式(2)，得到：以式(3)为问题模型，以最大化η_EE(t，W)为目标问题，求解问题模型的最优解(t^*，W^*)，包括步骤：1)给定一初始值t₀，令t＝t₀，定义n＝1；2)求解当前t下使η_EE(t，W)最大化的W⁽ⁿ⁾；3)求解W⁽ⁿ⁾下使η_EE(t，W)最大化的t⁽ⁿ⁾；4)将t⁽ⁿ⁾和W⁽ⁿ⁾带入公式(3)，判断求得的η_EE(t，W)是否已收敛，若判断结果为是，则输出t⁽ⁿ⁾和W⁽ⁿ⁾；若判断结果为否，则令n＝n+1，返回步骤2)；(7)根据步骤(6)中求得的t⁽ⁿ⁾和W⁽ⁿ⁾，由和W＝ww^H计算出最优时隙分配比θ^*和归一化的信息波束w^*。