具有能量收集的中继系统最优传输策略研究

摘要

无线网络的生存周期受到节点电池的限制，提高网络节点的生存周期就显得尤为重要。带有能量收集功能的无线系统能够显著的提升节点的生存周期并且稳定性更高。这类系统的显著特点是节点能够从周围环境中主动采集能量，来用于维持其自身通信。节点的传输策略要根据节点收集的能量状况进行优化，来更好的利用能量。由于具备部署灵活、维护便利和绿色环保等优点，将可再生能源应用在无线通信中越来越受到人们的关注。
　　首先，从优化问题角度出发，分析了带有能量收集的单节点的最优传输策略。在单节点的基础上，进一步研究了一个两跳中继网络的传输策略。系统由一个固定电池供电的源节点，一个采用能量收集技术供能的中继节点和一个目的节点构成，中继节点电池容量无限大。文中通过推理证明将中继系统的数据传输过程分为源与中继数据传输两个子过程，根据各自的特点，推导给出了基于最小完成时间的最优传输策略。仿真结果表明系统最小完成时间是源节点能量的减函数，并且当源节点能量达到一定值时，最小完成时间趋于稳定。
　　其次，研究了中继节点电池容量受限制的更一般的情形。中继节点采用能量收集技术供电，并且节点的电池容量有限，不能无限制的储存能量，要考虑能量的溢出情形。由于存在能量溢出的情形比较复杂，文中研究了中继节点收集能量数为2的初级情况。根据源节点与中继节点之间的关系，综合考虑了能量溢出的复杂情形，推导分析，给出了系统基于最小完成时间的最优传输策略。仿真结果表明，节点能发送的最大数据量受限于节点的能量；系统的最小完成时间是源节点能量的减函数，并且当能量达到一定值时，完成时间保持稳定。
　　最后，深入研究分析了中继系统基于最小完成时间的最优传输策略。选取理想传输策略，能量限制策略以及溢出策略，作了全面的对比分析。从源节点能量角度入手，分段比较几种传输策略，深入分析了各种策略的不同情形，以及引起几种策略差异的原因，加深对带有能量收集的中继系统的最优传输策略的理解。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2研究背景

1.3研究意义

1.4论文研究内容以及章节安排

第二章 凸优化和能量收集基础知识

2.1凸优化问题

2.2香农定理

2.3能量收集技术

2.4本章小结

第三章 中继节点容量无限最优传输策略

3.1引言

3.2带有能量收集的单节点传输特性

3.3中继系统基于最小完成时间的最优传输策略

3.4仿真结果与仿真分析

3.5本章小结

第四章 中继节点容量受限的最优传输策略

4.1引言

4.2系统模型

4.3最优策略

4.4仿真结果与仿真分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1本论文工作总结

5.2下一步工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢