无线集能网络中的能量管理与时延优化

Considering the demands of delay-sensitive services, the energy management with the delay objective can make the energy harvesting and energy consumption more efficient in energy harvesting wireless networks. In this project, we plan to investigate the energy management and delay optimization for energy harvesting wireless networks. Based on the analysis on the random energy harvesting, the node energy is used more efficiently and the delay performance is optimized. First, we analyze the stability region for energy harvesting wireless networks to provide an upper bound for the load of the delay-optimal transmission. Second, to optimize the delay, we consider the scenarios with uncontrolled and controlled energy harvesting respectively. The relationship between the energy queue and the packet queue is discussed and the properties of delay optimization are exploited. Third, we design the distributed cross-layer delay optimization for energy harvesting wireless networks. The delay performance of delay-sensitive services in the application layer is guaranteed by energy management. In this way, the efficiencies of both energy harvesting and energy consumption are improved. The achievements of this project will provide a feasible route and possible approaches towards practical energy harvesting wireless networks. The proposed schemes can optimize the delay performance significantly, which provides a new perspective for the next generation wireless networks.

考虑时延敏感业务的需求，以时延优化为目标对能量进行合理管理，可以使无线集能网络中能量的采集和使用更具有针对性。本项目拟研究无线集能网络中的能量管理和时延优化的理论与方法，在深入分析能量采集随机性规律的基础上，高效利用节点采集的能量，优化无线传输时延性能。分析无线集能网络的稳定容量区，提供时延优化传输机制可支持的负载上限。为了优化传输时延，针对非受控和受控能量采集分别开展研究，探索能量队列和数据包队列的内在联系，发掘时延优化控制的本质特征，联合控制能量队列和数据包队列，提出有效的能量管理和时延优化机制。针对无线集能网络设计分布式跨层时延优化机制，通过能量管理为应用层的时延敏感业务提供可靠的传输时延保障，提高无线集能网络的能量采集效率和传输效率。研究结果将为无线集能网络向实用化推进提供可行的途径、整体的策略和针对性的技术，有效优化无线传输的时延性能，为下一代无线通信网络的设计提供新的思路。

本项目针对无线集能网络，以降低时延为目标，从基于随机能量采集的无线传输稳定容量区研究、面向非受控能量采集的能量管理与时延优化传输机制、面向受控能量采集的能量管理与时延优化传输机制、随机无线集能网络的分布式跨层时延优化等四个方面开展了深入的研究。通过本项目的研究，建立了随机能量采集环境下物理层性能和时延性能的明确关系，为低时延通信机制设计提供基础；提出了基于随机优化的跨层资源分配方案，对网络随机性进行动态适配，有效降低了系统时延；提出了异构无线网络中低开销高鲁棒性的干扰估计和干扰协调机制，解决了系统间干扰造成的时延性能瓶颈。. 本项目在能量与时延优化的机器通信大规模随机接入、大规模能量采集网络中的时延优化随机接入、时延约束下的能量有效频谱聚合、云无线接入网中的时延优化前传链路容量分配、低时延分布式通信和存储资源分配、时延约束下的计算负载分配、时延约束下的云雾混合计算卸载、计算能力受限情况下的时延优化计算卸载等技术上取得了一定的进展。. 本项目的研究成果在有影响力的国际期刊和国际会议上发表论文34篇，其中包括IEEE期刊论文14篇，申请和授权发明专利7项，达到项目预期目标。项目成果受到国内外同行的认可，获得教育部高等学校优秀成果奖自然科学奖二等奖、浙江省通信学会科学技术奖一等奖（第一完成人）。项目负责人入选中国科协青年人才托举工程，获得浙江省杰出青年科学基金资助。