1.能量收集解码‑转发中继系统的功率在线控制方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)分析信号传输的整个过程,得到功率控制优化问题的数学模型;信号传输为源节点、中继节点和目的节点间的三节点两跳解码转发:包括第一跳,源节点发送信息到中继节点,中继节点对接收到的信号进行译码,并将译码得到的数据存储在数据缓冲器中,第二跳,中继节点利用电池中的能量将缓存的数据重新编码后转发到目的节点;
所述功率控制优化问题的数学模型为数据队列和电池电量的更新公式以及功率控制的优化目标函数和约束条件;具体为:电池状态的更新方程为
Eb(t+1)=min(Eb(t)‑TsPR(t)+Es(t),Emax)数据队列长度的更新方程为
+
Q(t+1)=min((Q(t)‑TsR2(t)) +TsR1(t),Qmax)数据队列的稳定由控制源节点的发送功率来实现,而电池电量的稳定由控制中继节点的发送功率来实现,两个优化问题分别为:P1:
s.t.C11:0≤PS(t)≤PSmaxC12:Q(t)稳定
P2:
s.t.C21:0≤PR(t)≤PRmaxC22:TsPR(t)≤Eb(t)C23:TsR2(t)≤Q(t)C24:Eb(t)稳定
上式中,Ts表示一个时隙的长度,PR(t)为中继节点的转发功率,Es(t)表示中继节点在时隙t收集并储存到电池中的电量,Ecmax为电池每时隙允许的最大充电量,Eb(t)表示时隙t电池中存储的电量,Q(t)表示中继节点处数据队列的长度,Qmax为数据缓冲器的容量,R1(t)+
为第一跳的传输速率,R2(t)为第二跳的传输速率,(a) =max(a,0);
(2)运用Lyapunov优化框架将所述数学模型中的优化问题转换为分别在源节点和中继节点的功率控制优化问题;
所述转换后的优化问题为:
P1b:
s.t.0≤PS(t)≤PSmaxP2b:
s.t.C1:0≤PR(t)≤PRmaxC2:TsPR(t)≤Eb(t)优化问题P1b中,定义虚队列 A1为一个常数,参数V1>0是漂移和惩罚之间的权重,PS(t)为源节点的发送功率, 表示从起始时刻到t时隙的R2(t)的平均值,优化问题P2b中,构造虚队列 A2>0是一个常数,表示能量队列的偏移;
(3)源节点根据当前中继节点数据队列的状态和源‑中继信道状态,控制其发送功率,在满足数据队列稳定的条件下,最小化源节点平均消耗的能量;
(4)中继节点根据电池的电量状态和中继‑目的信道状态,控制其发送功率,在保持电池储存的电量稳定的条件下,最大化中继转发的平均速率。
2.根据权利要求1所述能量收集解码‑转发中继系统的功率在线控制方法,其特征在于:步骤(2)所述Lyapunov优化框架将系统优化问题转换为仅依赖于当前系统状态的凸优化问题。
3.根据权利要求1或2所述能量收集解码‑转发中继系统的功率在线控制方法,其特征在于:所述步骤(3)采用凸优化求解方法,得到每时隙源节点转发功率与当前源‑中继间信道系数、中继节点数据缓冲区队列长度,以及过去时隙速率平均值的关系的函数,在满足数据队列稳定的条件下,获得源节点的最优功率值
4.根据权利要求3所述能量收集解码‑转发中继系统的功率在线控制方法,其特征在于:所述源节点的最优功率值 为为虚队列, A1表示数据队列长度的偏移量,Q(t)表示中继节点处数据队列的长度, 表示是从起始时刻到t时隙的R2(t)的平均值,参数V1>0是漂移和惩罚之间的权重,γ1(t)为第一跳归一化信道增益,PSmax为源节点的最大功率限制,Qmax为数据缓冲器的容量。
5.根据权利要求1或2所述能量收集解码‑转发中继系统的功率在线控制方法,其特征在于:所述步骤(4)采用凸优化求解方法,得到每时隙中继节点转发功率与当前中继‑目的节点间信道系数和中继节点电池电量关系的函数,在保持电池储存的电量稳定的条件下,获得中继节点的转发功率PR(t)。
6.根据权利要求5所述能量收集解码‑转发中继系统的功率在线控制方法,其特征在于:所述中继节点的转发功率PR(t)为参数V2>0是漂移和惩罚之间的权重,PRmax为中继节点的最大功率限制,Eb(t)表示时隙t电池中存储的电量,γ2(t)为第二跳归一化信道增益, 为虚队列,A2>0表示能量队列的偏移。