一种自适应二维无线能量传输方法
【专利摘要】一种自适应二维无线能量传输方法包括以下步骤：1)假定在t＝1,2,…,T时刻预知节点1和节点2获得能量的总数分别为和并规定能量在时间维度是单向传输的，在节点维度是可以双向传输的；2)基于二维无线能量传输方法实现在节点维度上的能量传递，使得每个节点在相同的时刻具有相等的能量；3)基于二维无线能量传输方法实现在时间维度上的能量传递，从第1个时刻开始，在同一节点内，如果当前时刻的能量大于未来相邻时刻的能量，则进行时间维度上的能量传输，使得两个时刻的能量相等；否则由于时间维度上能量传输的不可逆性，不进行能量传输。本发明提出了一种有效的无能能量传输方法，它可以优化网络节点能量分配、提高节点的总吞吐量。
【专利说明】一种自适应二维无线能量传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自适应时间维度和节点维度的无线能量传输方法。
【背景技术】
[0002]无接触感应电能传输技术即无线能量传输技术是一种新型技术。从法拉第发现电磁感应现象以来，电能主要是由导线传输，用电设备主要是通过插头和插座等连接器的接触来获取能量，这种传输方式存在很多的不足。例如它很容易产生摩擦、损耗和导体裸露等现象，从而影响用电设备寿命和人类自身安全。随后赫兹通过实验证明了电磁波可以在自由空间中产生，并能在接收端被检测到，这是最早的无线能量传输实验。由于早期无线能量传输的效率很低并且没有市场需求，因此人们对这一研究缺乏热情，使得这项技术一直停滞不前。
[0003]直到二十世纪末，随着无线网络的发展，人们对这一技术研究的兴趣越来越浓厚，并开始对其进行深入的研究，从而满足各行各业对无线能量传输技术的需求。无线能量传输技术是一种很前沿的技术，但是它现在还并不是很成熟。在未来的无线网络中，节点被设想能够从外界环境收集能源，并且可以将能量传输到其它节点，从而网络节点都能从外界环境或者其他节点处获得足够维持自己正常工作所需的能量。虽然无线能量传输是无线通信中一个相对较新的概念，但它已经被运用在很多其他场合中。例如，在光通信或者太空任务中使用的微波功率传输技术。然而，这些系统总是需要特定的硬件或基础设施来实现，不能直接应用于无线网络节点。传统无线网络的主要任务是实现无线数据传输，即通过电磁波实现网络节点间的数据通信。其网络节点往往具有体积小、移动性高和电池容量小等特点，并通过能量捕获单元从周围环境中采集能量，增加网络节点的使用寿命。然而某些节点由于地理位置或移动性等原因，无法采集到足够的能量，此时需要无线能量传输技术将能量从储备较丰富的邻居节点传输到该节点。因此如何在现有无线网络节点的基础上，将能量通过电磁波进行节点间的无线传输是一个新的难题，亟需一种新的无线能量传输技术来保证能量的传输。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种自适应时间维度和节点维度的能量传输方法，依靠现有无线传输技术实现节点之间的传输能量，并使网络的总吞吐量打到最大化。它是一种可以控制能量在时间维度是单向传输的，即能量只能从现在时刻传输到未来时刻，在节点维度是可以双向传输的，即节点之间的能量可以相互传输，并且能使网络总吞吐量达到最大的无线能量传输方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种自适应二维无线能量传输方法，所述无线能量传输方法包括以下的内容:
[0007]考虑一个由两个节点组成的双工通信信道模型。节点I和节点2分别具有各自的能量队列和数据队列。每个节点在不同的时刻获得不等的能量，为了增加无线网络的使用寿命、平衡网络节点间能量需求，因此会产生能量传输问题。本发明提出了一种通过能量的传输使得节点总吞吐量达到最大化的方法。
[0008]假设在某时间段内节点I和节点2在每个时刻(t = 1，2，一,T，其中T表示最
大时刻)通过能量捕获获得的总能量分别为巧\ E12,…，4和五？，E”…，El,
其中字母E表示获得的能量，右上角的数字I和2分别表示节点I和节点2，右下角的数字1，2，…，T表示每个时刻。节点I和节点2在每个时刻用于传输数据队列的能量分别为
圩P …，/^和片，P22,…，疔，其中字母P表示用于数据队列的能量，右上角的
数字I和2分别表示节点I和节点2，右下角的数字1，2，…，T表示每个时刻。所提方法设定:能量在时间维度是单向传输的，即能量只能从现在时刻传输到未来时刻，在节点维度是可以双向传输的，即节点之间的能量可以相互传输。其中，节点维度的能量传输效率为
a (O≤α≤1)，所以节点U传输的能量到节点V时，节点U的能量队列有5的能量离
开，同时节点V的能量队列有《<的能量进入，其中字母U代表能量多的节点序号(U= I或2)，字母V代表能量少的节点序号(V= I或2)，i表示某一时刻(i e 1，2，...，Τ，其中T表示最大时刻)。
[0009]引入能量传输方向函数?)和攸E1i,Ef):当五;>五,2时，φ{Ε),Ε;)^\，φ{ΕχηΕ；) = ?,即能量可以从节点I传输到节点2 ;当我1 <吃1时，
#￡;,￡::) = 0，我片)=1，即能量可以从节点2传输到节点I。对于每个节点，具有如
下能量约束条件:
[0010]
【权利要求】
1.一种自适应二维无线能量传输方法，其中二维表示时间维度和节点维度，其特征在于:所述无线能量传输方法包括以下步骤: 1)假定在某时间段内能预知节点I和节点2在每个时刻(t= 1,2,…，T，其中T表示最大时刻)通过能量捕获获得的总能量分别为埒和拉,每,…,苟，其中字母E表示获得的能量，右上角的数字I和2分别表示节点I和节点2，右下角的数字1，2，…，T表示每个时刻；每个节点在不同的时刻获得不等的能量，其中，能量在时间维度是单向传输的，即能量只能从现在时刻传输到未来时刻，在节点维度是可以双向传输的，即节点之间的能量可以相互传输；考虑无线能量传输的约束条件:①第i时刻节点I用于数据队列传输的能量P'小于或等于节点I在第i时刻捕获的总能量4 ；②第i时刻节点2用于数据队列传输的能量疔小于或等于节点2在第i时刻捕获的总能量<，③第i时刻被传输的能量f必须小于等于传输节点从环境中捕获的总能量巧"，其中U= I或2。结合上述3个约束条件，网络总吞吐量H可以用以下拉格朗日函数来求解:
【文档编号】H04B5/00GK104022801SQ201410188229
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】姚信威, 王万良, 郑星航, 张羽方, 岑跃峰, 赵燕伟 申请人:浙江工业大学