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能量捕获无线通信网络资源调度优化研究

发布时间:2018-03-29 03:13

  本文选题:能量捕获 切入点:无线能量传输 出处:《中国科学技术大学》2017年硕士论文


【摘要】:随着通信网络规模的扩大,通信行业能耗不断增长。在能源日益紧缺的今天,如何实现节能降耗已成为通信行业研究的一个焦点。能量捕获(EH)技术不仅部署灵活,而且能够为网络设备持续提供绿色无污染的能量,成为应用在绿色通信网络中的前沿技术。同时,作为一种非接触式电能传输技术,无线能量传输(WPT)技术在频谱利用、节能方面也起到巨大推动作用。但能量捕获无线通信网络存在能量来源不稳定、存储设备容量有限等特性,加上无线信道状态的随机性,给网络资源调度和分配带来诸多挑战。为了提高能量使用效率和保障数据传输服务质量,本论文考虑能量捕获无线通信网络中随机性因素,利用随机优化理论对网络资源调度和分配问题进行分析、建模和优化,具体的工作如下:1.研究了 一个点对点无线能量传输系统中能量传输调度问题。接收端没有固定能源供给,需通过捕获发射端传输的无线能量来维持运作。在信道状态信息(CS1)随机变化和能量传输时间有限条件下,发射端选择CSI好的时隙来执行能量传输任务能够减少能量消耗,提高能量传输效率。该调度问题被转化为一个马尔科夫决策过程(MDP)。利用随机动态规划方法,本论文分别提出不可中断和可中断传输情况下的计算功率阈值算法。在此基础上,设计了无线能量传输调度策略,并通过数值仿真实验对所提策略进行了性能验证。2.研究了能量捕获无线通信网络中可伸缩编码(SVC)视频传输模型,考虑可用能量受限条件下多用户SVC视频层数分配问题。在SVC视频传输过程中,能量到达是随机的,同时每个用户在不同时隙下的CSI也是随机变化的。在这些随机因素下,为了保证SVC视频传输的连续性以及视频层数分配的公平性,本文将SVC视频层数分配问题建模为带约束的传输效用最大化问题,并基于大偏差原理(LDP)提出了基于在线测量的视频层数分配策略(OM-VLAS)和基于在线测量的启发式视频层数分配策略(OM-HVLAS)。最后,基于真实的SVC视频序列进行了仿真实验,实验结果验证了所提策略的有效性。3.设计了微波式无线能量传输系统控制协议:(1)根据信息和能量交互的不同阶段,本文分别定义了发射端和接收端的不同状态,并根据定义的状态设计了信息和能量交互方法,通过无线信息交互便可实现无线输能连接的建立、发起和释放;(2)为了有效控制发射端传输功率,提出了一种基于迭代学习的PID控制方法;(3)提出了一种多接收端调度方法用以实现接收端的有序管理与调度。
[Abstract]:With the expansion of communication network scale, the energy consumption of communication industry is increasing. Nowadays, how to realize energy saving and consumption reduction has become a focus of communication industry research. As a non-contact power transmission technology, wireless energy transmission (WPTT) technology is used in the spectrum. Energy conservation also plays an important role. But the energy capture wireless communication network is characterized by unstable energy sources, limited storage capacity, and the randomness of wireless channel state. In order to improve the efficiency of energy use and ensure the quality of service for data transmission, this paper considers the randomness of energy capture wireless communication network. The problem of network resource scheduling and allocation is analyzed, modeled and optimized by using stochastic optimization theory. The specific work is as follows: 1. The problem of energy transmission scheduling in a point-to-point wireless energy transmission system is studied. There is no fixed energy supply at the receiving end. Under the condition of random variation of channel state information (CS1) and limited energy transmission time, the transmitter chooses a good time slot of CSI to perform energy transmission tasks, which can reduce energy consumption. In order to improve the efficiency of energy transmission, the scheduling problem is transformed into a Markov decision process (MDP). By using stochastic dynamic programming method, this paper proposes algorithms for calculating power threshold in the case of uninterruptible and interruptible transmission, respectively. The scheduling strategy of wireless energy transmission is designed, and the performance of the proposed strategy is verified by numerical simulation. 2. The video transmission model of scalable coded SVCin wireless communication network is studied. The problem of multi-user SVC video layer allocation under the condition of limited available energy is considered. In the process of SVC video transmission, the energy arrival is random, and the CSI of each user in different time slots is also randomly changed. In order to ensure the continuity of SVC video transmission and the fairness of video layer allocation, the SVC video layer allocation problem is modeled as the constrained transmission utility maximization problem in this paper. Based on the principle of large deviation, a video layer allocation strategy based on on-line measurement (OM-VLASA) and a heuristic video layer allocation strategy (OM-HVLASA) based on on-line measurement are proposed. Finally, simulation experiments are carried out based on real SVC video sequences. Experimental results verify the effectiveness of the proposed strategy .3.The control protocol of microwave wireless energy transmission system is designed. According to different stages of information and energy interaction, the different states of transmitter and receiver are defined in this paper. The method of information and energy interaction is designed according to the defined state. The wireless power transmission connection can be established, initiated and released by wireless information interaction) in order to control the transmission power of the transmitter effectively, A PID control method based on iterative learning is proposed. A multi-receiver scheduling method is proposed to realize the orderly management and scheduling of the receiver.
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN92

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本文编号:1679292

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