CN111669814A - 月面无线携能传感器网络的功率传输优化方法及装置 - Google Patents

月面无线携能传感器网络的功率传输优化方法及装置 Download PDF

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CN111669814A CN202010627849.7A CN202010627849A CN111669814A CN 111669814 A CN111669814 A CN 111669814A CN 202010627849 A CN202010627849 A CN 202010627849A CN 111669814 A CN111669814 A CN 111669814A
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Abstract

本申请公开了一种月面无线携能传感器网络的功率传输优化方法及装置，优化方法包括：月面无线携能传感器网络中的中心节点获取传感器节点对应的信道矢量、传感器节点的信噪比及节点电量状态信息参数，对传感器节点配置满足通信速率的最小电量阀值；中心节点获取传感器节点的电量状态信息，对电量状态信息进行解析，确定电量不足的传感器节点，并调整电量不足的传感器节点的最小电量阀值；利用调整后的传感器节点的最小电量阀值、节点电量状态信息参数对正常传感器组建立波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型；利用波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型确定中心节点的发射功率波束赋形因子，实现月面无线携能传感器网络的功率传输优化。

Description

月面无线携能传感器网络的功率传输优化方法及装置
技术领域
本申请涉及无线传感器网络和无线通信技术领域，尤其涉及一种月面无线携能传感器网络的功率传输优化方法及装置。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，能源消耗问题日益严重，受电池供电系统发展相对滞后的影响，能量受限成为了无线传感网络应用的瓶颈问题，月面无线携能传感器网络包括中心节点和传感器节点，其中，对传感器节点进行电池更换几乎是不可能的，如何解决月面无线携能传感器网络中传感器节点能源供给是关键问题。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种月面无线携能传感器网络的功率传输优化方法及装置，解决月面无线携能传感器网络中传感器节点能源供给问题。
为实现上述目的，本申请实施方式提供一种月面无线携能传感器网络的功率传输优化方法，包括：
所述月面无线携能传感器网络中的中心节点获取所述传感器节点对应的信道矢量、传感器节点的信噪比及节点电量状态信息参数，对所述传感器节点配置满足通信速率的最小电量阀值；同时，对所述月面无线携能传感器网络中所有传感器节点放在正常传感器组中，备用传感器组为空；
所述中心节点获取所述传感器节点的电量状态信息，对所述电量状态信息进行解析，确定电量不足的传感器节点，并调整电量不足的传感器节点的最小电量阀值；
利用调整后的传感器节点的最小电量阀值、所述节点电量状态信息参数对正常传感器组建立波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型；
利用所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子，实现月面无线携能传感器网络的功率传输优化。
可选地，所述节点电量状态信息参数包括传感器节点的功率分割因子、传感器节点在能量接收时获取的噪声、传感器节点在信息解码时获取的噪声、微波无线能量传输的能源转换效率。
可选地，利用所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子的步骤包括：
对所述波束赋形因子和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果；
如果判断结果是能求解，则对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
判断所述月面无线携能传感器网络中是否存在备用传感器；
如果所述月面无线携能传感器网络中不存在备用传感器，则根据所述正常传感器组在最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
可选地，利用所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子的步骤包括：
对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果；
如果判断结果是不能求解，则将信噪比最小的传感器节点作为备用传感器，获得更新后的正常传感器组；
对更新后的正常传感器组建立对应的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型，继续进行优化求解，直至所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能求解；
对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
如果所述月面无线携能传感器网络中存在备用传感器，则判断所述正常传感器组的最小发射功率是否小于所述中心节点的最大发射功率；
如果小于所述中心节点的最大发射功率，则根据所述正常传感器组在最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
可选地，利用所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子的步骤包括：
对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果；
如果判断结果是不能求解，则将信噪比最小的传感器节点作为备用传感器，获得更新后的正常传感器组；
对更新后的正常传感器组建立对应的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型，继续进行优化求解，直至所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能求解；
对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
如果所述月面无线携能传感器网络中存在备用传感器，则判断所述正常传感器组的最小发射功率是否小于所述中心节点的最大发射功率；
如果大于所述中心节点的最大发射功率，则对所述备用传感器组建立所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型；
利用所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
可选地，利用所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子的步骤包括：
对所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果；
如果不能求解，则将备用传感器组中信噪比最小的传感器节点从备用传感器组中舍弃，获得更新后的备用传感器组；
对更新后的备用传感器组建立对应的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型，继续进行优化求解，直至所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能求解；
对更新后的备用传感器组的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述备用传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
根据所述备用传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
可选地，利用所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子的步骤包括：
对所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果；
如果能求解，则对所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述备用传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
根据所述备用传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
可选地，所述判断结果获得的步骤包括：
将所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型是否满足凸优化问题条件，获得判断结果；其中，所述凸优化问题条件是根据传感器节点的信噪比、传感器节点的信道矢量构成矩阵的秩确定。
可选地，调整电量不足的传感器节点的最小电量阀值的步骤包括：
对电量不足的传感器节点的最小电量阀值扩大α倍；其中，α＞1。
为实现上述目的，本申请实施方式提供一种月面无线携能传感器网络的网络功率传输优化装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述的月面无线携能传感器网络的网络功率传输优化方法。
通过以上技术手段，可以实现以下有益效果：
本技术方案以中心节点发射功率最小化为优化目标，同时根据传感器节点的能源电量反馈，能够精确定位传感器节点电池能量是否满足节点通信速率需求，利用传感器节点反馈节点电量信息进行波束赋形优化，增加相关传感器节点的无线能量传输功率强度，从而增加该类节点通过无线能量传输获取能量的速度，增加能源不足传感器节点的功率传输和能量收集，实现传感器节点的能耗补充。在月面无法更换电池的情况下，保证月面探测无线传感器网络整体性能，提升探测能力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，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为应用于月面无线携能传感器网络架构示意图；
图2为基于功率分割的传感器节点接收端信息解码和能量接收架构示意图；
图3为本申请提出的一种月面无线携能传感器网络的功率传输优化方法流程图；
图4为确定中心节点的发射功率波束赋形因子的流程图之一；
图5为确定中心节点的发射功率波束赋形因子的流程图之二；
图6为确定中心节点的发射功率波束赋形因子的流程图之三；
图7为联合正常传感器组的求解结果和备用传感器组的求解结果确定中心节点的发射功率波束赋形因子的流程图之一；
图8为联合正常传感器组的求解结果和备用传感器组的求解结果确定中心节点的发射功率波束赋形因子的流程图之二；
图9为本申请提出的一种月面无线携能传感器网络的功率传输优化装置框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
目前，月面无线携能传感器网络设计都没有考虑无线供电技术应用，而月面无线携能传感器网络同时实现了传感器节点信息和节点能量的同步传输，综合应用节点能源信息反馈和波束赋形方法对能源不足的传感器节点的能量传输进行优化。波束赋形方法是在微波无线能量传输时通过对阵列天线各阵元加权进行空域滤波，达到增强期望信号传输的同时抑制干扰。现有的针对微波无线能量传输波束赋形方法主要有下列几种：
第一种方法考虑了波束赋形因子和功率分配因子优化问题，但是存在优化问题不能求解的情况，也没有给出优化问题无法求解时的处理办法，也没有节点能源消耗的优化。
第二种方法是用于多个传感器节点数据与能量同时无线传输的下行波束赋形方法，该方法实现了将多余信号尽可能多地转化为各个节点的能量，在优化问题无法解决，就直接删除信道最差用户进行优化，没有实现全部用户的信息和能量优化传输，也没有考虑节点能源消耗信息和耗尽情况。
基于此，本申请提出了一种利用波束赋形方法对月面无线携能传感器网络中的传感器节点的节点能量传输优化方案，解决了传统月面无线携能传感器网络的电池供电问题，以及节点电池能耗大时优化能量传输。在月面无线携能传感器网络中，基于传感器节点能源信息反馈，在中心节点获取各个传感器节点的信道信息与节点电量信息的基础上，进行波束赋形优化，优化能源不足的传感器节点的能量传输，增强能源不足的传感器节点的微波发射功率，提高该节点的无线获取能量的速度，从而提升月面无线携能传感器网络的整体性能。
如图1所示，为应用于月面无线携能传感器网络架构示意图。月面无线携能传感器网络包括中心节点和传感器节点，传感器节点与中心节点实现在同一射频信道上完成信息和能量传输，即传感器节点与中心节点不仅实现通信，同时中心节点与传感器节点完成无线能量传输，在传感器节点能源不足时，传感器节点通过电源信息反馈标识节点的能源不足信息，用A bit信息表示，并传输到中心节点。中心节点配置多个天线，传感器节点采用功率分割方法同时进行信息解码和能量接收。其中，A为经验值，通常情况下取值为1，对于本技术方案来说，并不限定于A只能取值为1。凡是合适的值适于本技术方案，均在本申请保护范围之内。
本申请披露一种月面无线携能传感器网络中的传感器节点的能量传输优化方案，在月面无线携能传感器网络中，月球车、月球基地等作为中心节点通过微波向传感器节点进行能量传输，实现了传感器节点无线供电，由于传感器节点传输数据量的不同，节点消耗的能源也不一样，对于消耗能源大的传感器节点，会出现节点电池能量不能满足通信速率要求的情况，要达到满足通信速率的目的，需要对该节点提高更大功率的能量传输，即需要更多的能源传输，使得该传感器节点不会出现电池能量耗尽而使月面无线携能传感器网络无法工作的情况。本申请披露的技术方案是在进行微波无线能量传输时，利用基于传感器节点的能源信息对月面无线携能传感器网络的波束赋形进行优化，使能源不足的传感器节点获得更多的能量传输，加大传感器节点的能源补充。即增强该传感器节点的微波发射功率，提高该传感器节点的通信速率，从而提升月面无线携能传感器网络的整体性能。
如图2所示，为基于功率分割的传感器节点接收端信息解码和能量接收架构示意图。传感器节点采用功率分割方法实现信息解码与能量同步传输，每个传感器节点的功率分割因子为ρ。其中，0＜ρ＜1，ρ部分用于信息解码，1-ρ用于能量传输。在传感器节点能源不足时，传感器节点反馈节点能源不足信息，用A bit信息表示，并传输到中心节点。采用功率分割的方法实现无线信息与能量同步传输，基于节点能源反馈信息进行波束赋形优化，增加能源不足的传感器节点的功率传输和能量收集，实现能源不足的传感器节点的能耗补充。设有共有k个传感器节点。其中，k＝1,...,K，中心节点有M个天线。如图3所示，为本技术方案的流程图。包括：
步骤301)：所述月面无线携能传感器网络中的中心节点获取所述传感器节点对应的信道矢量、传感器节点的信噪比及节点电量状态信息参数，对所述传感器节点配置满足通信速率的最小电量阀值；同时，对所述月面无线携能传感器网络中所有传感器节点放在正常传感器组中，备用传感器组为空。
在本技术方案中，所述节点电量状态信息参数包括传感器节点的功率分割因子ρ、传感器节点在能量接收时获取的噪声σk、传感器节点在信息解码时获取的噪声δk、微波无线能量传输的能源转换效率ζ。
在本实施例中，定义正常传感器组U和备用传感器组U*。开始把所有传感器节点放在正常传感器组U，备用传感器组U*为空。
步骤302)：所述中心节点获取所述传感器节点的电量状态信息，对所述电量状态信息进行解析，确定电量不足的传感器节点，并调整电量不足的传感器节点的最小电量阀值。
在本技术方案中，某个传感器节点的能源不足时，传感器节点通过1bit的电源信息反馈标识节点能源不足，并传输到中心节点，中心节点收到该传感器节点的电量不足信息时，增加该节点最小电量阀值，扩大为α倍，其中α＞1，比如：α＝1.5，这样该节点最小电量阀值变为
Figure BDA0002567218840000071
步骤303)：利用调整后的传感器节点的最小电量阀值、所述节点电量状态信息参数对正常传感器组建立波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型。
波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型如公式(1)描述；其中wk为波束赋形因子。
Figure BDA0002567218840000072
并满足公式(2)、(3)、(4)、(5)约束条件：
Figure BDA0002567218840000073
Figure BDA0002567218840000074
Figure BDA0002567218840000075
0＜ρ＜1 (5)
其中，中心节点获取各个传感器节点的信道状态信息，即信道矢量，表示为h1,h2,……hk。
Figure BDA0002567218840000076
是传感器节点k信道矢量的转置。wk∈CM×1是波束赋形因子矢量；Pmax为中心节点最大发射功率，在保证传感器节点的信噪比SINR及能量
Figure BDA0002567218840000077
满足预设条件的前提下，尽可能减少中心节点发射功率
Figure BDA0002567218840000078
ρ为传感器节点接收端信息和能量同步传输功率分割因子，其中接收信号功率ρ比例用于信息解码，接收信号功率1-ρ比例用于能量收集；接收端在能量接收时会有噪声，定义为零均值独立复高斯白噪声，用σk表示；在信息解码时，同样会有噪声，用δk表示；γk(k＝1,2……K)表示传感器节点k的信噪比SINR。ζ表示微波无线能量传输能源转换效率。矩阵H定义为
Figure BDA0002567218840000079
Rank(H)表示矩阵H的秩。
步骤304)：利用所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子，实现月面无线携能传感器网络的功率传输优化。
如图4所示，为确定中心节点的发射功率波束赋形因子的流程图之一。包括：
步骤3041)：对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果。
在本技术方案中，将所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型是否满足凸优化问题条件，获得判断结果。判断转换为凸优化问题的条件需满足下面公式(6)。
Figure BDA0002567218840000081
步骤3042)：如果判断结果是能求解，则对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子。
步骤3043)：判断所述月面无线携能传感器网络中是否存在备用传感器。即备用传感器组是否为空。
步骤3044)：如果所述月面无线携能传感器网络中不存在备用传感器，亦即备用传感器组为空。则根据所述正常传感器组在最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
如图5所示，为确定中心节点的发射功率波束赋形因子的流程图之二。包括：
步骤3041’)：对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果。
在本技术方案中，将所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型是否满足凸优化问题条件，获得判断结果。判断转换为凸优化问题的条件需满足下面公式(6)。
Figure BDA0002567218840000082
步骤3042’)：如果判断结果是不能求解，则将信噪比最小的传感器节点作为备用传感器，获得更新后的正常传感器组。
在本技术方案中，将信道最差的传感器节点放入备用传感器组U*。这样正常传感器组变为U'，对于更新后的正常传感器组，建立对应的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型，继续进行优化求解。
步骤3043’)：对更新后的正常传感器组建立对应的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型，继续进行优化求解，直至所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能求解。
步骤3044’)：对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子。
步骤3045’)：判断所述月面无线携能传感器网络中是否存在备用传感器；
步骤3046’)：如果所述月面无线携能传感器网络中存在备用传感器，则判断所述正常传感器组的最小发射功率是否小于所述中心节点的最大发射功率；
步骤3047’)：如果小于所述中心节点的最大发射功率，则根据所述正常传感器组在最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
如图6所示，为确定中心节点的发射功率波束赋形因子的流程图之三。包括：
步骤3041”)：对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果。
在本技术方案中，将所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型是否满足凸优化问题条件，获得判断结果。判断转换为凸优化问题的条件需满足下面公式(6)。
Figure BDA0002567218840000091
步骤3042”)：如果判断结果是不能求解，则将信噪比最小的传感器节点作为备用传感器，获得更新后的正常传感器组。
步骤3043”)：对更新后的正常传感器组建立对应的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型，继续进行优化求解，直至所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能求解。
步骤3044”)：对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
步骤3045”)：判断所述月面无线携能传感器网络中是否存在备用传感器；
步骤3046”)：如果所述月面无线携能传感器网络中存在备用传感器，则判断所述正常传感器组的最小发射功率是否小于所述中心节点的最大发射功率；
步骤3047”)：如果大于所述中心节点的最大发射功率，则对所述备用传感器组建立所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型。
本技术方案中，对备用传感器组U*建立优化求解模型，功率约束为剩余功率，
Figure BDA0002567218840000092
求解模型如公式(7)描述；其中wk为波束赋形因子。
Figure BDA0002567218840000093
并满足公式(8)，(9)，(10)，(11)约束条件：
Figure BDA0002567218840000101
Figure BDA0002567218840000102
Figure BDA0002567218840000103
Figure BDA0002567218840000104
步骤3048”)：利用所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
在本技术方案中，步骤3048”)进一步包括两种方式。如图7所示，为第一种方式流程图。包括：
步骤A)：对所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果。
在本技术方案中，判断转换为凸优化问题的条件需满足下面公式(12)。
Figure BDA0002567218840000105
在式12中，J为备用传感器组中传感器数量的最大值。
步骤B)：如果不能求解，则将备用传感器组中信噪比最小的传感器节点从备用传感器组中舍弃，获得更新后的备用传感器组；
步骤C)：对更新后的备用传感器组建立对应的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型，继续进行优化求解，直至所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能求解；
步骤D)：对更新后的备用传感器组的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述备用传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
步骤E)：根据所述备用传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
如图8所示，为第二种方式流程图。包括：
步骤a)：对所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果。
在本技术方案中，判断转换为凸优化问题的条件需满足下面公式(12)。
Figure BDA0002567218840000111
在式12中，J为备用传感器组中传感器数量的最大值。
步骤b)：如果能求解，则对所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述备用传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
步骤c)：根据所述备用传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
月面无线携能传感器网络是实现在同一射频信号上同时完成能量和信息传输，在传感器节点采用功率分割方法实现信息和能量同步传输，功率优化传输方法是通过中心节点与传感器节点之间信息和能量同时无线传输的波束赋形优化算法实现，在中心节点配有阵列天线，而每个传感器节点配有单个天线，当传感器节点能量不足时，通过A bit的反馈信息链路传输给中心节点，中心节点根据传感器节点反馈信息进行无线信息和能量同步传输的波束赋形参数优化，求解得出实现无线信息和能量同步传输的波束赋形矢量因子，利用传感器节点反馈节点电量信息进行波束赋形优化，增加相关传感器节点的无线能量传输功率强度，从而增加该类传感器节点通过无线能量传输获取能量的速度，增加能源不足传感器节点的功率传输和能量收集，实现能源不足的传感器节点能耗补充，从而提升月面无线携能通信传感器网络系统整体性能。
如图9所示，为一种月面无线携能传感器网络的功率传输优化装置框图。包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如图3所示的月面无线携能传感器网络的功率传输优化方法。
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现客户端和服务器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得客户端和服务器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种客户端和服务器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施方式或者实施方式的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。尤其，针对客户端和服务器的实施方式来说，均可以参照前述方法的实施方式的介绍对照解释。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

Claims (10)

1.一种月面无线携能传感器网络的功率传输优化方法，其特征在于，包括：
所述月面无线携能传感器网络中的中心节点获取所述传感器节点对应的信道矢量、传感器节点的信噪比及节点电量状态信息参数，对所述传感器节点配置满足通信速率的最小电量阀值；同时，对所述月面无线携能传感器网络中所有传感器节点放在正常传感器组中，备用传感器组为空；
所述中心节点获取所述传感器节点的电量状态信息，对所述电量状态信息进行解析，确定电量不足的传感器节点，并调整电量不足的传感器节点的最小电量阀值；
利用调整后的传感器节点的最小电量阀值、所述节点电量状态信息参数对正常传感器组建立波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型；
利用所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子，实现月面无线携能传感器网络的功率传输优化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节点电量状态信息参数包括传感器节点的功率分割因子、传感器节点在能量接收时获取的噪声、传感器节点在信息解码时获取的噪声、微波无线能量传输的能源转换效率。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子的步骤包括：
对所述波束赋形因子和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果；
如果判断结果是能求解，则对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
判断所述月面无线携能传感器网络中是否存在备用传感器；
如果所述月面无线携能传感器网络中不存在备用传感器，则根据所述正常传感器组在最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子的步骤包括：
对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果；
如果判断结果是不能求解，则将信噪比最小的传感器节点作为备用传感器，获得更新后的正常传感器组；
对更新后的正常传感器组建立对应的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型，继续进行优化求解，直至所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能求解；
对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
如果所述月面无线携能传感器网络中存在备用传感器，则判断所述正常传感器组的最小发射功率是否小于所述中心节点的最大发射功率；
如果小于所述中心节点的最大发射功率，则根据所述正常传感器组在最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子的步骤包括：
对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果；
如果判断结果是不能求解，则将信噪比最小的传感器节点作为备用传感器，获得更新后的正常传感器组；
对更新后的正常传感器组建立对应的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型，继续进行优化求解，直至所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能求解；
对所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
如果所述月面无线携能传感器网络中存在备用传感器，则判断所述正常传感器组的最小发射功率是否小于所述中心节点的最大发射功率；
如果大于所述中心节点的最大发射功率，则对所述备用传感器组建立所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型；
利用所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，利用所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子的步骤包括：
对所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果；
如果不能求解，则将备用传感器组中信噪比最小的传感器节点从备用传感器组中舍弃，获得更新后的备用传感器组；
对更新后的备用传感器组建立对应的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型，继续进行优化求解，直至所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能求解；
对更新后的备用传感器组的所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述备用传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
根据所述备用传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，利用所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子的步骤包括：
对所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型能否求解进行判断，获得判断结果；
如果能求解，则对所述备用传感器组的波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型进行求解，获得所述备用传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子；
根据所述备用传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子、所述正常传感器组的最小发射功率以及最小发射功率下的波束赋形因子确定所述中心节点的发射功率波束赋形因子。
8.如权利要求3～7任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述判断结果获得的步骤包括：
将所述波束赋形因子的信息和能量传输优化求解模型是否满足凸优化问题条件，获得判断结果；其中，所述凸优化问题条件是根据传感器节点的信噪比、传感器节点的信道矢量构成矩阵的秩确定。
9.如权利要求3～7任一项权利要求所述的方法，其特征在于，调整电量不足的传感器节点的最小电量阀值的步骤包括：
对电量不足的传感器节点的最小电量阀值扩大α倍；其中，α＞1。
10.一种月面无线携能传感器网络的功率传输优化装置，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～9任一权利要求所述的月面无线携能传感器网络的功率传输优化方法。
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