本發明公開了無線體域網的同時分配時間和功率的能量收集優化方法，屬于無線通信領域，包括構建無線體域網單點能量收集模型；利用無線體域網信道模型、能量收集模型、信息傳輸模型以及優化目標，推導出最大化體域網信息吞吐量的時間比和傳輸功率的分配方法；提出最優時間和最優功率的求解算法。本發明針對無線體域網中能量收集裝置的時間和功率分配問題，克服了傳統電池固定生命周期具有局限性的缺點，同時也首次將時間分配與功率分配同時考慮并應用于無線體域網。在滿足人體傳輸功率限制以及能量收集的約束條件下，該方法最大化了網絡的信息吞吐量，更加適用于人體生理參數的健康監測。

技術領域

本發明涉及無線體域網能量收集技術領域，具體是無線體域網的同時分配時間和功率的能量收集優化方法。

背景技術

無線體域網作為人體監測網絡被廣泛應用于健康診斷等多個領域，放置于人體的傳感器節點負責采集生理參數信息，并通過人體信道將信息傳送給AP節點。因為傳統無線體域網的傳感器節點能量供應有限，節點的能量供應問題面臨著巨大挑戰，一種新興的能量供應技術-能量收集技術就成了一種有效的解決辦法。針對該技術的研究具有理論意義的同時同樣具有實際應用的價值。

由于電池能力的限制，能量供應問題已經成為一項研究的熱點問題。2010 年R.J.Vullers等提出了多種從環境中收集能量的理論，包括太陽能、光能和風能等，但是僅適用于無線傳感器網絡。2012年C.K.Ho等對能量分配問題加以考慮，分析了功率分配問題來實現最大化無線網絡吞吐量的目標。2013年S.Luo 等提出了能量收集存儲轉發協議，進而達到了最小化無線信息傳輸中斷概率的目的。2014年D.Gunduz等針對能量收集無線通信系統，分析了能量管理策略的發展。2014年J.Xu等從能量在發射器和接收器間流動的角度，提出了關于時間分配的優化。2015年D.Mishra等考慮了適用于人體的能量收集方式，包括射頻能量收集、運動能量收集和利用溫度變化收集能量等。2016年T.A.Zewde等從能量效率的角度研究了能量收集通信網絡的性能，該研究建立在服務質量(QoS， quality ofservice)約束條件下。

雖然已經有大量的有關于能量問題的發明，但都是針對傳感器網絡，很少有文章針對無線體域網的特殊結構設計一種合理且有效的分配方案來解決能量供應問題。

發明內容

本發明的目的在于提供無線體域網的同時分配時間和功率的能量收集優化方法，克服了傳統傳感器節點使用固定電池的缺點，同時也首次將該方法應用到傳輸功率受限的無線體域網中。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

無線體域網的同時分配時間和功率的能量收集優化方法，具體步驟如下：

(1)無線體域網單點能量收集模型，包括初始化、時間和功率優化、最優時間和功率分配判斷；

1)初始化：

過程包括：無線體域網網絡模型中匯聚節點AP和采集人體生理信息的傳感器節點放置在固定位置不再改變；傳感器節點本身不具有能量，所需要的能量由配備的能量收集裝置提供；放置結束后，傳感器節點利用能量收集裝置收集能量，能量來源包括運動能量，生物能量；當能量達到啟動值時，允許信息傳輸過程開啟，傳感器節點將采集到的信息傳輸給AP節點，完成網絡的組建；

2)時間和功率優化：

先進行能量收集再進行信息傳輸的協議，在第一段時間t∈(0,τT)內，能量收集裝置持續收集能量，能量超過啟動閾值E_on時，第二階段t∈(τT,T)信息傳輸過程開啟，同時收集裝置繼續收集能量，但受信息傳輸的干擾，使能量轉換效率下降，代表該方法的信息吞吐量函數R(τ,P_t)如下公式(1)所示：