能量捕获无线通信网络资源调度优化研究

　　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，如何实现节能降耗己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（CSI）随机变化和能量传输时间有限条件F，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动率阈值算法。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。