1.能量收集安全传输系统中基于Lyapunov框架的在线功率控制方法,其特征在于:具体步骤如下:(1)信息传输为单个源节点到两个目的节点间的保密通信,为实现保密传输,每时隙源节点仅向信道状态更好的目的节点发送保密信息;
(2)根据优化目标和传输过程中受到的发射功率限制、电池所存电量限制和电池电量稳定,构造在能量收集和使用约束下的优化模型;
(3)运用Lyapunov框架,在兼顾两用户传输公平性的前提下,将电池电量使用约束用能量虚队列表示,将优化问题转换为在保持虚队列稳定条件下的保密速率最大化问题,并进一步转化为约束条件下的漂移加惩罚函数上界的最小化问题;
(4)求解转换后的优化问题,获得每个时隙下的源节点的最优功率值。
2.根据权利要求1所述能量收集安全传输系统中基于Lyapunov框架的在线功率控制方法,其特征在于:步骤(2)所述优化模型包括电池电量的更新公式、能量使用约束、发送功率最大值限制,以及保密速率公式;具体为:电池状态的更新方程为
Eb(t+1)=Eb(t)-P(t)Δt+Es(t)式中,Δt表示一个时隙长度,P(t)表示源节点的发送功率,Es(t)表示源节点在时隙t收集并储存到电池中的电量,Eb(t)表示时隙t电池中存储的电量;
能量使用约束为
0≤ΔtP(t)<Eb(t)
发送功率限制为
0≤P(t)≤Pmax
其中,Pmax表示最大传输功率;
优化目标为平均保密速率,保密速率公式表示为其中,h1(t)和h2(t)分别为源节点到两个目的节点的信道增益系数, 为噪声方差;Rs(t)为可达保密速率。
3.根据权利要求2所述能量收集安全传输系统中基于Lyapunov框架的在线功率控制方法,其特征在于:进一步构造优化问题构造为:P1:
s.t.0≤P(t)≤Pmax
0≤ΔtP(t)<Eb(t)
Eb(t)稳定
其中T表示时隙总长度。
4.根据权利要求2或3所述能量收集安全传输系统中基于Lyapunov框架的在线功率控制方法,其特征在于:所述运用Lyapunov框架将优化问题转换为在保持虚队列稳定条件下的保密速率最大化问题,具体为:定义能量虚队列X(t)为
其中δ为一正常数。
P1优化问题重构为
P2:
s.t.0≤P(t)≤Pmax
0≤ΔtP(t)<Eb(t)
5.根据权利要求4所述能量收集安全传输系统中基于Lyapunov框架的在线功率控制方法,其特征在于:所述将P2问题转化为约束条件下的漂移加惩罚函数上界的最小化问题,具体为:Lyapunov函数为
Lyapunov漂移为
构造漂移加惩罚函数
其中惩罚项为平均保密速率的负值-E[Rs(t)|X(t)],漂移项ΔX(t)代表能量队列的稳定, 是兼顾了两目的节点传输公平性的权重,用公式表示为其中Vmax、Vmin分别为权值上下限,V*(t)为V为惩罚项权重,U表示数据队列长度差对权重的调控项权重,Q1(t)、Q2(t)分别为两目的节点的数据队列长度;
优化问题P2转化为在满足功率、能量限制的条件下最小化漂移加惩罚函数,从而进一步转化为最小化漂移加惩罚函数的上限,即P3:
s.t.0≤P(t)≤Pmax
0≤ΔtP(t)<Eb(t)。
6.根据权利要求5所述能量收集安全传输系统中基于Lyapunov框架的在线功率控制方法,其特征在于:所述步骤(4)采用最小值求解方法,得到每时隙源节点的最优功率值Popt(t);具体为:记 当|h1(t)|>|h2(t)|时:
1)若 最优的发送功率为Popt(t)=0;
2)若 最优发送功率
其中:
3)若X(t)>0,最优的发送功率为当|h1(t)|<|h2(t)|时:
1)若 最优的发送功率为Popt(t)=0;
2)若 最优发送功率
其中
3)若X(t)>0,最优的发送功率为