基于中继的数能一体化网络部署及资源分配算法研究

The proposal aims at building simultaneous transfer mechanism based on both one-hop and multi-hop and designing a novel system model and the framework. Then multi-dimensional resource joint optimization allocation algorithms should be proposed to achieve the network self-sustainability, under the multi- constraints (e.g. battery capacity constraints, and system resource availability constraints).The proposal shall establish diffusion mechanism based mobile user behavior, design user moving model. Besides, deployment schemes based on fixed relay stations, which can simultaneously transfer energy and information and is used to perceive mobile user behaviors, should be introduced to improve information delivery success rate as well as energy harvesting efficiency.In order to realize the direct communication between user equipments (UEs), a new dynamic opportunity network consisting of a set of UEs shall be developed, by utilizing the intrinsic link between the users’ social behaviors. And the energy utilization process model and the energy transfer process model also should be investigated. Besides, new energy bonus schemes should be put forward to encourage the other node in mobile opportunistic networks to process the information forwarding, except for the source node and the end. Finally, the relay selections and routing algorithms are proposed, when taking into account the characteristics of network topology in a more realistic network environment. The research results of the project are able to provide more important theory evidence and application fundamentals for the data and energy integrated communication networks.

本项目针对数能一体化网络特殊的能量特性以及数能同传时内容扩散和能量传递的相关性和相制约性，以满足数据通信性能与能量传递效率为优化目标，以多维度无线资源在使用上的相互制约关系为优化约束条件，以凸优化和马尔科夫模型为理论基础，采用跨层优化的设计方法，对基于单跳和多跳两种方式的数能一体化网络部署及资源分配算法展开研究。项目的研究场景包括近距离有固定数能中继站类似于蜂窝通信的场景和远距离基于UE中继的动态数能中继场景。具体研究内容包括：用户移动行为感知的固定数能中继站协作方案研究、近距离端基于功率分割的数能同传技术和资源分配算法、远距离基于动态数能中继的数能通信机理及中继路由选择。项目提出了用户移动行为感知的固定数能中继站高效部署方案，提出了满足多约束条件的跨层多维资源联合优化分配算法，建立了基于UE 动态数能中继的能量传递过程模型并设计能量奖励方案，同时提出了一种新型的中继选择及数能路由算法。

本项目针对数能一体化网络特殊的能量特性以及数能同传时内容扩散和能量传递的相关性和相制约性，以满足数据通信性能与能量传递效率为优化目标，以多维度无线资源在使用上的相互制约关系为优化约束条件，以凸优化和马尔科夫模型为理论基础，对数能一体化网络部署及资源分配算法展开研究。具体研究内容包括：用户移动行为感知的固定数能中继站协作方案研究、基于功率分割的数能同传技术和资源分配算法、基于动态数能中继的数能通信机理及中继路由选择。项目取得的成果主要包括：项目提出了一种数能一体化传输系统及信号分割方法；提出了一种全双工云接入数能一体化网络中混合波束成形方法；提出了一种正交多载波系统无线数据与能量一体化传输信号设计方法；构建了点对点单用户场景下以最大化能量传输为目标的波形设计模型、以及多用户场景下以最大化总吞吐量为目标的波形设计模型，设计了相应的算法并证明了算法有效性；提出了基于无线数能同传和协作中继技术进行的模型；在结合通信调制技术理论的基础上，并且同时考虑能量接收机激活门限的情况下，构建了点对点单天线用户场景下以最大化信道速率为传输目标，同时以能量接收以及误比特率为限制的设计模型，设计了相应的算法解决该问题以获取最优调制传输方案；提出了一种基于解码能耗与S-DF中继的资源分配方法；提出了一种基于时变信道与S-DF中继的资源分配方法；设计了基于分组滤波的数能一体化波形；提出了一种新型的基于无人机的数能一体化网络模型；提出一种无人机协同的数能一体化网络的优化方法；提出了一种无人机支持下的无线供电隐蔽通信系统的资源分配方法；提出了一种基于两层数能一体化网络的路由选择方法。