能量捕獲無線通信網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度優(yōu)化研究

　　隨著通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，通信行業(yè)能耗不斷增長。在能源日益緊缺的今天，如何實現(xiàn)節(jié)能降耗己成為通信行業(yè)研究的一個焦點。能量捕獲（EH）技術(shù)不僅部署靈活，而且能夠為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備持續(xù)提供綠色無污染的能量，成為應(yīng)用在綠色通信網(wǎng)絡(luò)中的前沿技術(shù)。同時，作為一種非接觸式電能傳輸技術(shù)，無線能量傳輸（ WPT）技術(shù)在頻譜利用、節(jié)能方面也起到巨大推動作用。但能量捕獲無線通信網(wǎng)絡(luò)存在能量來源不穩(wěn)定、存儲設(shè)備容量有限等特性，加上無線信道狀態(tài)的隨機性，給網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度和分配帶來諸多挑戰(zhàn)。為了提高能量使用效率和保障數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量，本論文考慮能量捕獲無線通信網(wǎng)絡(luò)中隨機性因素，利用隨機優(yōu)化理論對網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度和分配問題進行分析、建模和優(yōu)化，具體的工作如下：

　　1．研究了一個點對點無線能量傳輸系統(tǒng)中能量傳輸調(diào)度問題。接收端沒有固定能源供給，需通過捕獲發(fā)射端傳輸?shù)臒o線能量來維持運作。在信道狀態(tài)信息（CSI）隨機變化和能量傳輸時間有限條件F，發(fā)射端選擇CSI好的時隙來執(zhí)行能量傳輸任務(wù)能夠減少能量消耗，提高能量傳輸效率。該調(diào)度問題被轉(zhuǎn)化為一個馬爾科夫決策過程（MDP）。利用隨機動態(tài)規(guī)劃方法，本論文分別提出不可中斷和可中斷傳輸情況下的計算動率閾值算法。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了無線能量傳輸調(diào)度策略，并通過數(shù)值仿真實驗對所提策略進行了性能驗證。

　　2．研究了能量捕獲無線通信網(wǎng)絡(luò)中可伸縮編碼（SVC）視頻傳輸模型，考慮可用能量受限條件下多用戶SVC視頻層數(shù)分配問題。在SVC視頻傳輸過程中，能量到達是隨機的，同時每個用戶在不同時隙下的CSI也是隨機變化的。在這些隨機因素下，為了保證SVC視頻傳輸?shù)倪B續(xù)性以及視頻層數(shù)分配的公平性，本文將SVC視頻層數(shù)分配問題建模為帶約束的傳輸效用最大化問題，并基于大偏差原理（LDP）提出了基于在線測量的視頻層數(shù)分配策略（OM-VLAS）和基于在線測量的啟發(fā)式視頻層數(shù)分配策略（ OM-HVLAS）。最后，基于真實的SVC視頻序列進行了仿真實驗，實驗結(jié)果驗證了所提策略的有效性。

　　3．設(shè)計了微波式無線能量傳輸系統(tǒng)控制協(xié)議：（1）根據(jù)信息和能量交互的不同階段，本文分別定義了發(fā)射端和接收端的不同狀態(tài)，并根據(jù)定義的狀態(tài)設(shè)計了信息和能量交互方法，通過無線信息交互便可實現(xiàn)無線輸能連接的建立、發(fā)起和釋放；（2）為了有效控制發(fā)射端傳輸功率，提出了一種基于迭代學(xué)習(xí)的PID控制方法；（3）提出了一種多接收端調(diào)度方法用以實現(xiàn)接收端的有序管理與調(diào)度。