CN110992088B - 基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法 - Google Patents

基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110992088B
CN110992088B CN201911158122.2A CN201911158122A CN110992088B CN 110992088 B CN110992088 B CN 110992088B CN 201911158122 A CN201911158122 A CN 201911158122A CN 110992088 B CN110992088 B CN 110992088B
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
node
auxiliary
access point
wireless access
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201911158122.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110992088A (zh
Inventor
郑海娜
熊轲
栾宁
钟章队
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Jiaotong University
Original Assignee
Beijing Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Jiaotong University filed Critical Beijing Jiaotong University
Priority to CN201911158122.2A priority Critical patent/CN110992088B/zh
Publication of CN110992088A publication Critical patent/CN110992088A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110992088B publication Critical patent/CN110992088B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q30/00—Commerce
    • G06Q30/02—Marketing; Price estimation or determination; Fundraising
    • G06Q30/0283—Price estimation or determination
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/06—Selective distribution of broadcast services, e.g. multimedia broadcast multicast service [MBMS]; Services to user groups; One-way selective calling services
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/38—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for collecting sensor information
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S50/00—Market activities related to the operation of systems integrating technologies related to power network operation or related to communication or information technologies
    • Y04S50/14—Marketing, i.e. market research and analysis, surveying, promotions, advertising, buyer profiling, customer management or rewards

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Finance (AREA)
  • Accounting & Taxation (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明提出的基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法，考虑了通过价格激励促成多个辅助节点同时进行能量协助传输的场景，其中目的节点，即无线接入点，通过广播为周围存在的多个节点，即辅助节点，发送一个能量价格，辅助节点根据能量价格判断自身收益，在保证自身收益前提下为源节点，即更新信息采集节点，提供能量供应，源节点收集到足够的能量后，利用收集到的能量将采集到的更新信息发送给目的节点，系统的目标是最大化系统的效用函数，其中，信息年龄越小，系统的效用函数越大；本发明的优点在于，考虑了辅助节点的自私性，通过制定合理的能量价格，激励辅助节点参与能量传输，从而提高了系统的信息新鲜度。

Description

基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法
技术领域
本发明涉及无线通信网络技术领域，尤其涉及一种基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法。
背景技术
近年来，无线通信技术的发展促进了无线通信网络，尤其是物联网的发展。而在物联网中，存在大量的像传感器，可穿戴设备等在内的低功耗设备节点，这些设备节点大多采用电池供电，频繁充电和更换电池的成本很高，严重制约了网络的生存周期和服务质量。能量收集(Energy Harvesting，EH)技术应运而生，其可以从周围环境中收集能量为网络节点设备提供持续供电，极大的提高网络的生存周期和服务质量。相比于风能，太阳能等自然能量源，利用无线信号的射频能量进行供电具有更高的可控性和稳定性，因此具有更为广泛的应用前景。
随着物联网的大规模部署，越来越多的信息实时更新系统和应用也开始涌现，如环境监测、健康监护等，各类更新系统需要基于外部环境变化，实时的进行信息更新，以提供更高质量的信息服务。这些系统对信息的实时性和新鲜程度的需求和敏感性非常高，传统以时延和吞吐量为指标的网络性能测评已不能满足信息实时更新系统对信息实时性的要求。为了有效刻画信息新鲜度，信息年龄(Age of Information，信息年龄)引起了最近的研究热潮。信息年龄主要指更新信息自产生到被目的端接收以来的时间，可以刻画更新信息的新鲜程度。更新系统的目的端希望得到的更新信息越新鲜越好，即信息年龄越小越好。
为了提高更新信息的新鲜程度，一般期望信息采集节点设备尽可能频繁地进行信息更新，但由于节点设备能量有限，如果频繁地进行信息更新，将严重影响节点设备的使用寿命，因此，本发明提出一种基于信息年龄的无线供能网络能量交易机制，在节点设备能量受限的情况下，通过与周围节点进行能量交易，提高信息采集节点设备的能量供应，在保障和延长节电设备使用寿命的同时提高采集信息的新鲜程度。
发明内容
本发明的实施例提供了一种基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法，用于解决现有技术中存在的相应问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法，包括：
无线接入点通过广播向多个辅助节点发送能量价格；
无线接入点接收多个辅助节点发送的基于初始能量价格进行计算获得的最大化辅助节点收益的最优发射功率；
无线接入点基于辅助节点发射功率进行计算，获得最优能量价格和最优接入点发射功率，并将该最优能量价格发送至多个辅助节点；
无线接入点与参与协助能量供应的辅助节点向传感器节点进行能量传输；
无线接入点接收传感器节点发送的具有更新信息的数据。
优选地，无线接入点接收多个辅助节点发送的基于初始能量价格进行计算获得的最大化辅助节点收益的最优发射功率包括：
辅助节点基于初始能量价格进行计算获得最大化辅助节点收益的最优发射功率；
辅助节点基于最大化辅助节点收益的最优发射功率和初始能量价格判断是否参与协助能量供应。
优选地，无线接入点基于辅助节点发射功率进行计算，获得最优能量价格和最优接入点发射功率，并将该最优能量价格发送至多个辅助节点包括：
辅助节点通过公式
Figure BDA0002285355840000021
计算辅助节点收益
Figure BDA0002285355840000022
式中，Ts表示能量传输的时间；
辅助节点通过求解如下问题，
Figure BDA0002285355840000023
计算获得最大化辅助节点收益的最优发射功率
Figure BDA0002285355840000024
问题(2)中，
Figure BDA0002285355840000025
表示第k个辅助节点的最大发射功率阈值，Pk表示待优化的第k个辅助节点的发射功率。
优选地，辅助节点基于最大化辅助节点收益的最优发射功率和初始能量价格判断是否参与协助能量供应包括：
设置辅助节点k协助参与能量供应的成本函数Γk()为待优化的第k个辅助节点的发射功率的二次函数，获得公式Γk(Pk)＝akPk 2+bkPk(4)，其中，ak和bk分别为辅助节点k的成本参数；
通过公式(4)和问题(2)获得协助参量
Figure BDA0002285355840000031
若该协助参量小于初始能量价格λ，辅助节点决定参与协助能量供应；若该协助参量大于或等于初始能量价格λ，辅助节点决定不参与协助能量供应。
优选地，无线接入点基于最大化辅助节点收益的最优发射功率进行计算，获得最优能量价格和最优接入点发射功率包括：
无线接入点通过公式
Figure BDA0002285355840000032
以及通过求解如下问题
Figure BDA0002285355840000033
计算最优能量价格λ*和最优接入点发射功率
Figure BDA0002285355840000034
其中，求解问题(6)通过Dinkelbach’s算法；
公式(5)中，
Figure BDA0002285355840000035
表示无线接入点AP效用函数的初始参考值；
Figure BDA0002285355840000036
表示无线接入点接收到的更新信息的平均信息年龄，通过公式
Figure BDA0002285355840000037
计算获得，式中，Tt表示更新数据包的发送时间；Ξ(λ,Ts,P)表示无线接入点激励辅助节点参与协助能量供应的代价函数，通过公式
Figure BDA0002285355840000038
计算获得，式中，P表示K个辅助节点的发射功率组成的向量；μ，ω分别表示单位信息年龄对应的价格参量因子和无线接入点AP单位发射能量对应的价格参量因子；λ表示初始能量价格；
问题(6)中，
Figure BDA0002285355840000039
表示无线接入点AP的最大发射功率阈值，Eh表示传感器节点收集到的能量值，Bs表示预设的传感器节点发射更新信息的能量阈值。
优选地，通过Dinkelbach’s算法求解公式包括：
S3.1初始化π(0)将公式(5)转化为公式
Figure BDA00022853558400000310
Figure BDA00022853558400000311
其中，η表示传感器节点能量采集电路的效率因子，m表示参与辅助能量供应的辅助节点；初始化∈＝10-4；
S3.2设q＝0；
S3.3对
Figure BDA00022853558400000312
进行更新计算获得公式
Figure BDA00022853558400000313
S3.4对公式(9)进行更新计算获得公式
Figure BDA0002285355840000041
Figure BDA0002285355840000042
S3.5设q＝q+1；
S3.6重复子步骤S3.3至S3.5直至
Figure BDA0002285355840000043
输出最优能量价格λ*和最优接入点发射功率
Figure BDA0002285355840000044
优选地，无线接入点与参与协助能量供应的辅助节点向传感器节点进行能量传输还包括：
无线接入点将最优能量价格发送至辅助节点；
辅助节点根据最优能量价格向传感器节点传输能量，该传输能量的功率为最优辅助节点发射功率；
无线接入点向传感器节点传输能量，该传输能量的功率为最优接入点发射功率；
传感器节点进行能量收集，当收集到的能量阈值达到预设的传感器节点发射更新信息的能量阈值时，传感器节点向无线接入点发送具有更新信息的数据。
优选地，传感器节点进行能量收集，当收集到的能量阈值达到预设的发射更新信息的能量阈值时，传感器节点向无线接入点发送具有更新信息的数据包括：
当传感器节点收集到的能量阈值小于预设的传感器节点发射更新信息的能量阈值时，传感器节点继续进行能量收集；
当传感器节点收集到的能量阈值等于预设的传感器节点发射更新信息的能量阈值时，传感器节点以预设的传感器最大发射功率
Figure BDA0002285355840000045
向无线接入点发送具有更新信息的数据。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提出的基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法，其特点在于：考虑了通过价格激励促成多个辅助节点同时进行能量协助传输的场景，其中目的节点，即无线接入点，通过广播为周围存在的多个节点，即辅助节点，发送一个能量价格，辅助节点根据能量价格判断自身收益，在保证自身收益前提下为源节点，即更新信息采集节点，提供能量供应，源节点收集到足够的能量后，利用收集到的能量将采集到的更新信息发送给目的节点，系统的目标是最大化系统的效用函数，其中，信息年龄越小，系统的效用函数越大；本发明的优点在于，考虑了辅助节点的自私性，通过制定合理的能量价格，激励辅助节点参与能量传输，从而提高了系统的信息新鲜度。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法的处理流程示意图；
图2为本发明提供的一种基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法的流程逻辑框图；
图3为本发明提供的一种基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法的信息年龄变化示意图；
图4为本发明提供的一种基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法的一种优选实施例流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
参见图1至3，本发明提供的一种基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法，包括一个无线接入点AP，K个辅助节点和一个传感器节点S；假设无线接入点AP与传感器节点S之间的信道状态信息ha,d，每个辅助节点k与传感器节点S之间的信道状态信息hk,d都通过信道估计和信息交互成为已知信息；本方法包括如下步骤：
无线接入点通过广播向多个辅助节点发送初始化的能量价格λ；
无线接入点接收多个辅助节点发送的基于初始能量价格λ进行计算获得最大化辅助节点收益的最优发射功率
Figure BDA0002285355840000061
无线接入点基于辅助节点发射功率进行计算，获得最优能量价格和最优接入点发射功率，并将该最优能量价格发送至多个辅助节点；应当理解的是，辅助节点发射功率是其自身固有的发射功率，在本发明中，会对该辅助节点发射功率进行优化；
无线接入点与参与协助能量供应的辅助节点向传感器节点进行能量传输；
无线接入点接收传感器节点发送的具有更新信息的数据。
在本发明提供的实施例中，
进一步的，在一些优选实施例中，上述的无线接入点接收多个辅助节点发送的基于所述初始能量价格进行计算获得最大化辅助节点收益的最优发射功率的步骤包括：
辅助节点基于所述初始能量价格进行计算获得所述最大化辅助节点收益的最优发射功率；
辅助节点基于所述最大化辅助节点收益的最优发射功率和所述初始能量价格判断是否参与协助能量供应。
更进一步的，上述第一个子步骤包括：
辅助节点通过公式
Figure BDA0002285355840000062
计算辅助节点收益
Figure BDA0002285355840000063
即辅助节点的最大化效益，式中，Ts表示能量传输的时间；
辅助节点通过求解如下问题，
Figure BDA0002285355840000071
计算获得所述最大化辅助节点收益的最优发射功率
Figure BDA0002285355840000072
上述问题(2)中，
Figure BDA0002285355840000073
表示第k个辅助节点的最大发射功率阈值，Pk表示待优化的第k个辅助节点的发射功率
更进一步的，上述第二个子步骤包括：
设置辅助节点k协助参与能量供应的成本函数Γk()为所述待优化的第k个辅助节点的发射功率的二次函数，获得公式Γk(Pk)＝akPk 2+bkPk(4)，其中，ak和bk分别为辅助节点k的成本参数；
通过公式(4)和所述问题(2)获得协助参量
Figure BDA0002285355840000074
若该协助参量小于所述初始能量价格λ，辅助节点决定参与协助能量供应；若该协助参量大于或等于所述初始能量价格λ，辅助节点决定不参与协助能量供应。
进一步的，无线接入点基于辅助节点发射功率进行计算，获得最优能量价格和最优接入点发射功率，并将该最优能量价格发送至多个辅助节点的步骤包括：
无线接入点通过自身预设的效用函数的公式
Figure BDA0002285355840000075
以及通过求解如下问题
Figure BDA0002285355840000076
计算最优能量价格λ*和最优接入点发射功率
Figure BDA0002285355840000077
其中，求解公式(6)通过Dinkelbach’s算法，PAP为初始接入点发射功率；
公式(5)中，
Figure BDA0002285355840000078
表示无线接入点AP效用函数的初始参考值；
Figure BDA0002285355840000079
表示无线接入点接收到的更新信息的平均信息年龄，通过公式
Figure BDA00022853558400000710
计算获得，式中，Tt表示更新数据包的发送时间；Ξ(λ,Ts,P)表示无线接入点激励辅助节点参与协助能量供应的代价函数，通过公式
Figure BDA00022853558400000711
计算获得，式中，P表示K个辅助节点的发射功率组成的向量；μ，ω分别表示单位信息年龄对应的价格参量因子和无线接入点AP单位发射能量对应的价格参量因子；λ表示初始能量价格；
问题(6)中，
Figure BDA00022853558400000712
表示无线接入点AP的最大发射功率阈值，Eh表示传感器节点收集到的能量值，Bs表示预设的传感器节点发射更新信息的能量阈值。
更进一步的，通过Dinkelbach’s算法求解公式包括：
S3.1初始化π(0)将公式(5)转化为公式
Figure BDA0002285355840000081
Figure BDA0002285355840000082
其中，η表示传感器节点能量采集电路的效率因子，m表示参与辅助能量供应的辅助节点；初始化∈＝10-4；
S3.2设q＝0；
S3.3对
Figure BDA0002285355840000083
进行更新计算获得公式
Figure BDA0002285355840000084
S3.4对公式(9)进行更新计算获得公式
Figure BDA0002285355840000085
Figure BDA0002285355840000086
S3.5设q＝q+1；
S3.6重复子步骤S3.3至S3.5直至
Figure BDA0002285355840000087
输出最优能量价格λ*和最优接入点发射功率
Figure BDA0002285355840000088
更进一步的，上述公式(7)中，
Figure BDA0002285355840000089
的定义如图三所示，Ts，i代表第i个更新数据包的能量收集时间，Tt，i代表第i个更新数据包的发送时间，gi代表第i个更新数据包的产生时间，di代表第i个更新数据包的到达时间，Qi代表图中第i个三角形的面积，从图中可以看出，
Figure BDA00022853558400000810
的计算可通过三角形的面积除以横轴时间得到，故
Figure BDA00022853558400000811
其中，考虑发送两个相邻更新数据包的时间小于信道的变化时间，可利用Tt,i＝Tt,i+1(12)和Ts,i＝Ts,i+1(13)，故
Figure BDA00022853558400000812
更进一步的，无线接入点通过传感器节点与参与协助能量供应的辅助节点进行能量传输还包括：
无线接入点将最优能量价格发送至辅助节点；
辅助节点根据所述最优能量价格向传感器节点传输能量，该传输能量的功率为所述最优辅助节点发射功率；
无线接入点向传感器节点传输能量，该传输能量的功率为所述最优接入点发射功率；
传感器节点进行能量收集，当收集到的能量阈值达到预设的传感器节点发射更新信息的能量阈值时，传感器节点向无线接入点发送具有更新信息的数据。
更进一步的，传感器节点进行能量收集，当收集到的能量阈值达到预设的发射更新信息的能量阈值时，传感器节点向无线接入点发送具有更新信息的数据包括：
当传感器节点收集到的能量阈值Eh小于预设的传感器节点发射更新信息的能量阈值Bs时，传感器节点继续进行能量收集；
当传感器节点收集到的能量阈值Eh等于预设的传感器节点发射更新信息的能量阈值Bs时，传感器节点以预设的传感器最大发射功率
Figure BDA0002285355840000091
向无线接入点发送具有更新信息的数据。
本发明还提供一个实施例，用于示例性地展示本发明提供的方法的执行流程：
S1无线接入点AP通过广播向周围存在的K个辅助节点发送一个初始化的初始能量价格λ；
S2周围存在的K个辅助节点接收到无线接入点AP发送的初始能量价格λ，并根据各自的辅助节点效用函数进行是否参与协助能量供应的判断；
S3假设有M个辅助节点决定参与协助能量供应，M个辅助节点根据能量价格计算最大化辅助节点收益发射功率Pk,并将计算得到的最优辅助节点发射功率P* k的结果发送给无线接入点AP；
S4无线接入点AP收到辅助节点发送的最大化辅助节点收益发射功率Pk后，以无线接入点效用函数为目标，对能量价格λ和初始接入点发射功率PAP进行联合优化，求出最优能量价格λ*和最优接入点发射功率P* AP；
S5无线接入点AP将最优的能量价格λ*通过广播发送给周围的辅助节点；
S6周围存在的辅助节点根据接收到的能量价格λ*重新进行是否参与协助能量供应的判断以及参与协助能量供应的最优辅助节点发射功率P* k的计算；
S7无线接入点AP和参与协助能量供应的辅助节点同时以最优接入点发射功率P* AP和最优辅助节点发射功率P* k进行能量传输；
S8传感器节点S进行能量收集，当收集到的能量阈值Eh到达发射更新信息的能量阈值Bs焦耳时，以传感器最大发射功率Pd max将更新信息的数据包发送给无线接入点AP。
综上所述，本发明提出了一种基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法，其特点在于：考虑了通过价格激励促成多个辅助节点同时进行能量协助传输的场景，其中目的节点，即无线接入点，通过广播为周围存在的多个节点，即辅助节点，发送一个能量价格，辅助节点根据能量价格判断自身收益，在保证自身收益前提下为源节点，即更新信息采集节点，提供能量供应，源节点收集到足够的能量后，利用收集到的能量将采集到的更新信息发送给目的节点，系统的目标是最大化系统的效用函数，其中，信息年龄越小，系统的效用函数越大；
具体涉及的三个阶段：①目的节点通过广播为周围存在的多个辅助节点发送能量价格；②辅助节点根据能量价格为源节点提供定量的能量供应；③源节点收集到足够的能量后，利用收集到的能量将采集到的更新信息发送给目的节点；
本发明的优点在于，考虑了辅助节点的自私性，通过制定合理的能量价格，激励辅助节点参与能量传输，从而提高了系统的信息新鲜度。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法，其特征在于，包括：
无线接入点通过广播向多个辅助节点发送能量价格；
无线接入点接收多个辅助节点发送的基于初始能量价格进行计算获得的最大化辅助节点收益的最优发射功率；具体包括：
辅助节点基于所述初始能量价格进行计算获得所述最大化辅助节点收益的最优发射功率，包括：辅助节点通过公式
Figure FDA0003585332720000018
计算辅助节点收益
Figure FDA0003585332720000019
式中，Ts表示能量传输的时间；
辅助节点通过求解如下问题，
Figure FDA0003585332720000011
计算获得所述最大化辅助节点收益的最优发射功率
Figure FDA0003585332720000012
所述问题(2)中，
Figure FDA0003585332720000013
表示第k个辅助节点的最大发射功率阈值，Pk表示待优化的第k个辅助节点的发射功率；
辅助节点基于所述最大化辅助节点收益的最优发射功率和所述初始能量价格判断是否参与协助能量供应，包括：设置辅助节点k协助参与能量供应的成本函数Γk()为所述待优化的第k个辅助节点的发射功率的二次函数，获得公式Γk(Pk)＝akPk 2+bkPk (4)，其中，ak和bk分别为辅助节点k的成本参数；
通过公式(4)和所述问题(2)获得协助参量
Figure FDA0003585332720000014
若该协助参量小于所述初始能量价格λ，辅助节点决定参与协助能量供应；若该协助参量大于或等于所述初始能量价格λ，辅助节点决定不参与协助能量供应；
无线接入点基于辅助节点发射功率进行计算，获得最优能量价格和最优接入点发射功率，并将该最优能量价格发送至多个辅助节点；具体包括：
无线接入点通过公式
Figure FDA0003585332720000015
以及通过求解问题
Figure FDA0003585332720000016
计算所述最优能量价格λ*和最优接入点发射功率
Figure FDA0003585332720000017
其中，求解问题(6)通过Dinkelbach’s算法；式(6)中，Bs为预设的传感器节点发射更新信息所需的能量阈值；
公式(5)中，
Figure FDA0003585332720000021
表示无线接入点AP效用函数的初始参考值；
Figure FDA0003585332720000022
表示无线接入点接收到的更新信息的平均信息年龄，通过公式
Figure FDA0003585332720000023
计算获得，式中，Tt表示更新数据包的发送时间；Ξ(λ，Ts，P)表示无线接入点激励辅助节点参与协助能量供应的代价函数，通过公式
Figure FDA00035853327200000210
计算获得，式中，P表示K个辅助节点的发射功率组成的向量；μ，ω分别表示单位信息年龄对应的价格参量因子和无线接入点AP单位发射能量对应的价格参量因子；λ表示所述初始能量价格；
问题(6)中，
Figure FDA0003585332720000024
表示无线接入点AP的最大发射功率阈值，Eh表示传感器节点收集到的能量值，Bs表示预设的传感器节点发射更新信息的能量阈值；
无线接入点与参与协助能量供应的辅助节点向传感器节点进行能量传输；具体包括：
无线接入点将所述最优能量价格发送至辅助节点；
辅助节点根据所述最优能量价格向传感器节点传输能量，该传输能量的功率为最优辅助节点发射功率；
无线接入点向传感器节点传输能量，该传输能量的功率为所述最优接入点发射功率；
传感器节点进行能量收集，当收集到的能量阈值达到预设的传感器节点发射更新信息的能量阈值时，传感器节点向无线接入点发送具有更新信息的数据，包括当传感器节点收集到的能量阈值小于预设的传感器节点发射更新信息的能量阈值时，传感器节点继续进行能量收集；当传感器节点收集到的能量阈值等于预设的传感器节点发射更新信息的能量阈值时，传感器节点以预设的传感器最大发射功率
Figure FDA0003585332720000025
向无线接入点发送具有更新信息的数据；
无线接入点接收传感器节点发送的具有更新信息的数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的通过Dinkelbach’s算法求解公式包括：
S3.1初始化π(0)将公式(5)转化为公式
Figure FDA0003585332720000026
Figure FDA0003585332720000027
其中，η表示传感器节点能量采集电路的效率因子，m表示参与辅助能量供应的辅助节点；初始化∈＝10-4；
S3.2设q＝0；
S3.3对
Figure FDA0003585332720000028
进行更新计算获得公式
Figure FDA0003585332720000029
S3.4对公式(9)进行更新计算获得公式
Figure FDA0003585332720000031
Figure FDA0003585332720000032
S3.5设q＝q+1；
S3.6重复子步骤S3.3至S3.5直至
Figure FDA0003585332720000033
输出所述最优能量价格λ*和最优接入点发射功率
Figure FDA0003585332720000034
CN201911158122.2A 2019-11-22 2019-11-22 基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法 Expired - Fee Related CN110992088B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911158122.2A CN110992088B (zh) 2019-11-22 2019-11-22 基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911158122.2A CN110992088B (zh) 2019-11-22 2019-11-22 基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110992088A CN110992088A (zh) 2020-04-10
CN110992088B true CN110992088B (zh) 2022-06-03

Family

ID=70085995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911158122.2A Expired - Fee Related CN110992088B (zh) 2019-11-22 2019-11-22 基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110992088B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113316215B (zh) * 2021-07-13 2022-10-11 山东协和学院 基于无线能量的数据传输方法及系统
WO2024108443A1 (zh) * 2022-11-23 2024-05-30 华为技术有限公司 通信方法及装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102340667A (zh) * 2011-09-16 2012-02-01 沈阳航空航天大学 一种面向无线多媒体传感器网络的分布式图像传输方法
CN107682880A (zh) * 2017-09-13 2018-02-09 中南大学 一种云无线接入网络的资源分配方法
CN108738118A (zh) * 2018-05-22 2018-11-02 广东石油化工学院 无线可充电传感器网络中的能量交易方法
CN110267235A (zh) * 2019-06-14 2019-09-20 北京科技大学 一种无人机辅助无线供电物联网的资源分配方法
CN110289701A (zh) * 2014-12-29 2019-09-27 艾诺格思公司 用于无线电能传输的系统及方法
CN110399218A (zh) * 2019-07-18 2019-11-01 北京邮电大学 一种数据调度方法及装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110241843A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-06 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte, Ltd. Battery-less operated bi-stable display by wireless power transmission
KR101844283B1 (ko) * 2011-08-18 2018-04-03 삼성전자주식회사 무선 디바이스의 에너지 공유 방법 및 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102340667A (zh) * 2011-09-16 2012-02-01 沈阳航空航天大学 一种面向无线多媒体传感器网络的分布式图像传输方法
CN110289701A (zh) * 2014-12-29 2019-09-27 艾诺格思公司 用于无线电能传输的系统及方法
CN107682880A (zh) * 2017-09-13 2018-02-09 中南大学 一种云无线接入网络的资源分配方法
CN108738118A (zh) * 2018-05-22 2018-11-02 广东石油化工学院 无线可充电传感器网络中的能量交易方法
CN110267235A (zh) * 2019-06-14 2019-09-20 北京科技大学 一种无人机辅助无线供电物联网的资源分配方法
CN110399218A (zh) * 2019-07-18 2019-11-01 北京邮电大学 一种数据调度方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110992088A (zh) 2020-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fekri et al. Distributed load forecasting using smart meter data: Federated learning with Recurrent Neural Networks
CN110992088B (zh) 基于信息年龄的无线供能网络能量交易的方法
CN101790251B (zh) 基于改进粒子群优化算法的无线传感器节点联盟生成方法
CN111050286B (zh) 一种无人机辅助传感器网络中的轨迹和资源优化方法
CN101188444A (zh) 一种无线传感网的分布式分簇组网的方法
CN103298154B (zh) 一种基于温差电池的无线传感器网络动态能量分配方法
CN110798858A (zh) 基于代价效率的分布式任务卸载方法
CN102316496A (zh) 无线传感器网络中基于卡尔曼滤波的数据融合方法
CN108541001B (zh) 一种用于能量可收集双向协作通信的中断率优化方法
CN107820309B (zh) 低功耗通信设备的唤醒策略和时隙寻优算法
CN105722179A (zh) 一种协作中继系统信息吞吐量最大化的无线能量传输方法
CN101789836A (zh) 一种节省网络通信开销的合作频谱感知方法
CN103796273A (zh) 一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略
CN108738118B (zh) 无线可充电传感器网络中的能量交易方法
CN105517135A (zh) 一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法
CN104661278A (zh) 一种基于演化博弈的分簇协作路由方法
TWI398127B (zh) 無線感測網路及其取樣頻率設定方法
CN103068033B (zh) 一种无线网络分布式网同步退避参数优化方法
CN108012318A (zh) 一种采用随机能量收集技术提高双向中继网络性能的方法
CN111884688A (zh) 基于ops结构的多节点多天线swipt网络r-e域优化方法
CN109150333B (zh) 基于能量共享的分布式基站远程天线单元选择方法
CN116614195A (zh) 基于边缘容器的电碳计算智能融合终端及时间同步方法
CN104780601A (zh) 多中继信能同传网络中的迭代动态功率分离方法
CN109195216A (zh) 一种适用于双向中继通信网络源节点的随机能量调度方法
CN112351400B (zh) 一种基于改进强化学习的水下多模态网络路由策略生成方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20220603