空中智能反射面辅助的无线供能通信网络轨迹优化研究

由于无人机(UAV)良好的机动性、可靠性和快速部署等特性,无人机搭载智能反射面(IRS)可以有效解决复杂无线场景中混合接入点和节点之间由于障碍物遮挡导致信息传输和能量传输效率低的问题。该文提出一种基于时间划分的空中智能反射面辅助无线供能通信网络架构,充分利用空中智能反射面的灵活性提高网络性能。该架构针对每一个时隙,采用先收集能量后传输信息方案实现能量和数据的分时传输。在满足节点能量收集阈值的前提下,建立一个联合空中智能反射面飞行轨迹、节点选择关联变量、时隙分配比率和智能反射面相位的多变量耦合优化问题。采用块坐标下降算法把原始优化问题分解为4个子问题分别进行求解。首先根据波束对齐原理求解出智能反射面最优相位的闭式解,然后通过引入辅助变量并采用连续凸近似方法使非凸问题转变为凸问题,最后利用交替优化算法迭代求解。仿真结果表明,该文提出的联合优化方案具有很好的收敛性能并可以显著提高系统平均吞吐量。

无线供能通信网络的边缘节点可实现速率最大化

为了解决无线供能通信网络(Wireless Power Communication Network,WPCN)中因“双远近”效应导致的边缘节点可实现速率差的问题,引入智能反射面(Intelligent Reflective Surface,IRS)以增加通信路径,同时借助无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)作为能量站为地面节点供能。具体而言,在满足IRS恒定模量约束、UAV最大步长约束和无线设备发射功率等约束条件下,建立了一个联合优化IRS相移、UAV轨迹、传输功率和传输时间等优化变量的优化模型。为了解决这个复杂非凸的多变量耦合优化模型,基于块坐标下降法(Block Coordinate Descent,BCD)的思想,分别利用半正定松弛法(Semi-positive Definite Relaxation,SDR)、逐次凸近似(Successive Convex Approximation,SCA)和引入松弛因子等方法,求解出IRS端变量、UAV路径变量和发射端资源变量。仿真表明,所提方案相较传统方案的边缘节点可实现速率提升了11.02%,能够有效减小“双远近”效应带来的影响。

STAR-RIS辅助无线供能通信网络的优化

提出一种基于可同时透射和反射的可重构智能表面(STAR-RIS)辅助的无线供能通信网络,其中两个传感器节点组(SNG)利用供电站(PS)的无线能量信号采集能量,并利用所获取的能量将其信息发送至接入点(AP). STAR-RIS部署在两个SNG的中间,为无线能量和信息传输提供帮助.通过联合优化STAR-RIS的相移参数和通信资源分配以实现系统吞吐量最大化.由于优化问题的非凸性,采用块坐标下降法对问题进行求解.通过引入辅助变量并利用连续凸逼近和罚函数等方法将原问题转化为凸问题进行求解.实验结果表明,提出的通信方案可以为系统提供更高的性能增益.

智能反射面辅助无线充电通信网络技术研究

无线充电通信网络(Wireless Powered Communication Network,WPCN)是一种利用无线信号传输能量的技术,可以为远程或难以接入电源的设备持续供电。然而,WPCN性能受到路径损耗、长距离传输等因素的影响,易导致能量传输效率低下。智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)是一种由大量被动元件组成的平面阵列,可以通过调整其相位来实现对入射信号的主动控制,从而改善通信质量。文章分析了IRS辅助WPCN的研究现状,包括IRS-WPCN系统模型、优势及应用,同时给出了IRS辅助多小区WPCN等未来研究方向。将IRS技术引入WPCN中,不仅可以显著提升5G信号质量、传输性能和通信可靠性,还能有效提高系统吞吐量,具有重要的研究意义和应用前景。

绿色无线认知供能通信网络研究

目前,信息和通信技术行业约占全球能源消耗的2%~6%,其中很大一部分来自无线和移动通信行业。随着无线数据应用的激增,无线技术在全球范围内继续以前所未有的速度增长。这导致了基站安装数量的增加,对电网和设备功耗的要求也更高,使全球碳足迹增加。因此,当前的无线认知供能通信网络需要在不同的层面上(从组件、电路、设备到协议、系统和网络)采用环保的绿色通信技术。文章阐述了绿色无线认知供能通信网络设计的4个基本权衡,从香农容量公式的角度对其进行分析,并总结了最新研究进展及未来发展方向。

反向散射辅助的无线供能通信网络中用户能效公平性研究

针对反向散射辅助的无线供能通信网络中由于信道质量差异导致的用户能效不公平问题,提出了一种基于最大最小准则的资源分配方法。首先,考虑用户服务质量与能量因果约束,并以最大最小化用户能效为目标,将优化问题建模为混合整数非凸分式规划问题。其次,利用广义分式规划理论将其转化为一个混合整数非凸减式优化问题,并通过引入松弛变量、反证法和辅助变量将非凸减式问题进一步转化为一个等价的凸问题。最后,提出一种迭代算法来获取原优化问题的最优解。实验仿真验证了所提迭代算法的快速收敛性,并证明了所提资源分配方法能够有效地保障用户能效公平性。

后向散射辅助无线供能网络中的节点间高吞吐量通信方案

本文研究后向散射辅助无线供能网络中两个边缘节点到一个中继节点的信息传输,节点可工作于后向散射模式和主动通信模式。引入后向散射该辅助功能有助于节点吞吐量提高,但也使通信方案设计更加复杂。提出了由节点后向散射/能量传输阶段和节点主动通信阶段构成的方案。接着,将最大化总吞吐量问题建模为非线性优化问题,并证明其凸特性。最后,基于后向散射时长与节点能量捕获时长阈值的关系,将该问题分解为多个仅需优化后向散射时长的子问题,并设计高效的两层黄金分割搜索算法来求解子问题。基于子问题的最优解来得到原问题的最优解。仿真结果表明,与纯主动通信方案和纯后向散射通信方案比,所提出的方案能有效地提高吞吐量。

无线供能网络中的节点间高吞吐量通信方案

目前针对无线供能通信网络的研究主要考虑节点发送数据到网关的场景,很少考虑节点间通信的场景。本文研究邻近节点对之间的高吞吐量通信问题,通过最优化能量供给时长与数据发送时长来达到较优的吞吐量。具体来说,研究节点对的总吞吐量最大化问题,首先将其建模为非线性优化问题,接着证明其凸特性,最后设计了一个结合黄金分割搜索和二分搜索的高效算法来获得最佳时间分配。另外,研究较差节点吞吐量最大化问题,同样证明其凸特性并且设计一个基于黄金分割搜索的高效算法来获得最佳时间分配。仿真结果表明,最大化较差节点吞吐量要比最大化总吞吐量更具公平性,但以降低总吞吐量为代价。

反向散射辅助的无线供能通信网络的节点间通信

目前几乎没有无线供能通信网络节点间的信息传输方案设计,研究了反向散射辅助无线供能通信网络节点间的高传输速率信息传输,节点有储能容量且可工作于反向散射通信和主动通信。提出了由节点反向散射/能量传输阶段和节点主动通信阶段构成的方案,并将总传输速率最大化建模为凸优化问题。然后基于反向散射总时长与节点能量捕获时长阈值的关系,将该问题分解为多个仅需优化两个反向散射时长的子问题,并设计高效的两层黄金分割搜索算法求解子问题,从子问题最优解得到原问题最优解。仿真结果表明,与纯主动通信方案和纯反向散射通信方案相比,所提出的方案能有效地提高传输速率。

射频供能无线传感器网络高能效数据收集方案

在射频供能无线传感器网络中,提高网络能效和吞吐率是一个重要的研究问题.该文统筹考虑信道分配、节点的能量阈值以及MAC(Medium Access Control)帧分块重传机制,提出高能效和高吞吐率的数据收集方案;推导了节点的充电时间、节点传输一个MAC帧的平均能耗和平均时延、网络能效和吞吐率,定义了网络效用函数,形成了最大化网络效用的优化问题.通过调整效用系数并求解优化问题,可以获得使网络能效和吞吐率最大化的最优能量阈值和MAC帧最优分块个数.仿真结果表明,所提方案的能效和吞吐率高于已有方案.

无人机辅助反向散射通信计算任务卸载与资源分配

针对边缘计算网络中用户能量短缺问题,该文提出一种无人机(UAV)辅助的反向散射通信网络计算任务卸载和资源分配方案。首先,通过联合考虑飞行轨迹、用户的计算频率、任务卸载比例、无人机及用户的发射功率、反向散射时间分配以及主动通信时间分配,构建最小化无人机总能耗优化问题。其次,利用交替优化算法,将原非凸问题分解为两个子问题,并通过连续凸逼近方法将原问题转化为凸问题进行求解。仿真结果表明,所提算法使得无人机能耗显著减少,且具有良好的收敛性。

反向散射辅助的无线供能NOMA-MEC网络中的公平性优化

为了解决物联网节点能量短缺和计算能力有限的问题,提出了一种反向散射通信辅助的无线供能非正交多址接入(NOMA)移动边缘计算(MEC)网络。为了保障物联网节点吞吐量的公平性,基于最大最小准则,以使最差物联网节点吞吐量最大化为目标,建立了一个满足能量因果和计算能力等约束条件的非凸优化问题。通过反证法和辅助变量法对该非凸问题进行转化,并提出了一个有效的迭代算法来求解转化后的问题。仿真实验结果表明,所提算法具有快速收敛性和准确性;与现有方案相比,利用所提资源分配方案能更好地保障物联网节点之间的吞吐量公平性。

WPCN中下行链路能力扩展模型与最大化用户最小速率方法

针对无线供电通信网络的下行阶段缺乏信息传输功能等问题,提出一种基于无线携能通信技术的具有下行链路信息传输能力的网络模型。该模型将一个传输单位分为上、下行两个阶段,在上行阶段,用户发送射频信号进行信息传输,各小区基站完成信息解码任务;在下行阶段,基站通过波束成形技术和多载波技术向用户发送射频信号,各用户通过时分切换或功率分流方式完成信息解码与能量捕获。基于该模型,提出一种最大化最小速率的方法,通过最大化最小用户上行信息传输速率求解各小区内各用户的最优上行发送功率,通过最大化最小用户下行信息传输速率求解各个小区内的基站的最优下行波束成形矢量,实现网络中各用户相对公平的性能最优。仿真结果表明,本文方法提高了用户的最小传输速率。

应急环境辐射监测系统

本发明实施公开了一种应急环境辐射监测系统，该系统包括环境监测车和中心站应急环境辐射监测计算机网络系统，环境监测车配备车载7辐射自动监测仪、全球卫星定位系统GPS、两种可互为转换的无线通信设备以及安全可靠的车载供电设备，确保了系统设备运行的稳定性和实时监测和传输的可靠性。中心站应急环境辐射监测计算机网络系统采用以地理信息GIS为软件平台的数字化电子地图技术，