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申请/专利权人：武汉大学

摘要：本发明提出了一种基于多源WPT使能的纳米通信网络资源分配方法及系统，包括：构建多源无线能量传输使能的分簇多跳纳米通信网络架构并基于簇内收集‑簇间多跳合并转发传输协议进行传输;获取簇内的纳米节点传输的信噪比和簇头进行跨簇传输的信噪比，构建以最小化多个纳米节点间最大错误概率为目标的公平感知联合功率和码长分配问题；基于子时隙分配的多源功率分配策略，构建局部凸的最大传输错误概率最小化的优化问题并通过迭代优化的算法求解。本发明满足密集纳米节点业务需求同时扩展了纳米设备的通信范围，为实现大规模较远距离的高可靠低时延纳米通信提供了可能性。此外，本发明有效提高系统面向公平性的可靠性性能。

主权项：1.基于多源WPT使能的纳米通信网络资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建多源无线能量传输使能的分簇多跳纳米通信网络架构，所述分簇多跳纳米通信网络架构基于簇内收集-簇间多跳合并转发传输协议进行传输;步骤2：基于步骤1中的分簇多跳纳米通信网络架构和簇内收集-簇间多跳合并转发传输协议获取第i个簇内的第j个纳米节点进行簇内短包传输的信噪比和第个簇头进行跨簇传输的信噪比;步骤3：基于步骤2中第i个簇内的第j个纳米节点进行簇内短包传输的信噪比获取第i个簇内的第j个纳米节点与该簇的簇头间的传输错误概率，基于第个簇头进行跨簇传输的信噪比获取第个簇头的传输错误概率，并获取所有纳米节点中的最大短包传输错误概率;步骤4：构建以最小化多个纳米节点间最大错误概率为目标的公平感知联合功率和码长分配问题OP: ；其中，为约束条件，为G个发射源在t时刻的发射功率，表示第个簇内纳米节点的总数，表示纳米节点能量采集的码长，表示第个纳米簇头的充电码长，表示第个纳米簇头的充电码长，表示第个纳米簇头的充电码长，表示第个簇内的第个纳米节点进行簇内短包传输码长，表示第个纳米簇头对第个簇头进行短包传输的码长，表示第个纳米簇头对终端进行短包传输的码长，表示系统总码长上限，表示所有纳米节点中的最大短包传输错误概率，表示个发射源的总发射功率约束，表示单个发射源的瞬时功率上限，为第个发射源在时刻的发射功率，表示G个源在t时刻的发射功率的集合，表示个纳米簇头充电码长的集合，表示所有纳米节点短包传输码长的集合，表示所有簇头短包传输码长的集合;步骤5：基于子时隙分配的多源功率分配策略，将整个通信过程划分为多个子时隙，并对第个簇内的第个纳米节点的整体短包传输错误概率重新近似表征；在共同充电阶段，多源在不超过个子时隙中以个恒定不变的发射功率进行无线能量传输；根据基于子时隙分配的多源功率分配策略，整个通信过程划分为个子时隙，基于子时隙分配重构，则第个簇内的第个纳米节点的整体短包传输错误概率可重新近似表征为： 其中表示子时隙分配重构后第个簇内的第个纳米节点簇内短包传输的错误概率，表示子时隙分配重构后第个纳米簇头短包传输的错误概率，表示子时隙分配重构后第个纳米簇头短包传输的错误概率，表示子时隙分配重构后第个纳米簇头短包传输的错误概率；表示第i个簇内的第个纳米节点到第个簇头的短包传输数据量，表示第个纳米簇头到第个纳米簇头的短包传输数据量，表示第个纳米簇头到终端的短包传输数据量，表示第个子时隙的码长，表示第个子时隙的码长;表示第个簇内的第个纳米节点进行簇内短包传输码长，表示子时隙分配重构后第个簇内的第个纳米节点进行簇内短包传输的信噪比；表示子时隙分配重构后第个簇头的进行跨簇传输的信噪比，表示子时隙分配重构后第个簇头的进行跨簇传输的信噪比； 其中表示第个簇内的第个纳米节到第个簇头的信道状态信息，表示第个簇内的第个纳米节点进行簇内短包传输的噪声功率，表示输出直流功率与多个接收射频功率的非线性函数关系； ，表示第1个发射源在第个子时隙内的发射功率,表示第G个发射源在第个子时隙内的发射功率，表示第个簇头到终端的太赫兹信道状态信息，表示第1个能量发射源到第个簇内的第个纳米节点的太赫兹信道状态信息，表示第1个能量发射源到第个纳米簇头的太赫兹信道状态信息，表示第个能量发射源到第个簇内的第个纳米节点的太赫兹信道状态信息，表示第个能量发射源到第个纳米簇头的太赫兹信道状态信息，表示第个能量发射源到第M个纳米簇头的太赫兹信道状态信息，表示第个子时隙的码长，表示第个簇头对第个簇头进行短包传输的噪声功率;步骤6：通过凸松弛、引入辅助变量、连续凸近似操作，构建局部凸的最大传输错误概率最小化的优化问题P1: 其中，表示第个簇内纳米节点的总数，表示第个簇的簇内短包收集码长上限，表示第个子时隙的码长,表示所有发射源在所有子时隙内的发射功率的集合，表示所有子时隙的码长；通过凸松弛、引入辅助变量、连续凸近似操作，优化问题P1转化为局部问题P2，问题P2为凸问题： 其中，表示所有发射源在第所有子时隙的发射功率的倒数的集合，表示所有纳米节点的短包传输发射功率的集合，表示所有簇头短包传输发射功率的集合；连续凸近似参数； 和为引入的松弛变量，表示第个簇内第个纳米节点的短包传输发射功率，表示第个簇头的短包传输发射功率，表示在第次迭代中第个簇内第个纳米节点的短包传输发射功率、表示在第次迭代中第个发射源在第子时隙的发射功率的倒数、表示在第次迭代中第个簇内第个纳米节点向该簇内的簇头进行短包传输的码长、表示在第次迭代中第个子时隙的码长、连续凸近似参数和分别为： 、、均为辅助变量，，，;参数分别为： 其中表示在第次迭代中第个纳米簇头的短包传输发射功率、表示在第次迭代中第个纳米簇头的短包传输码长；参数和分别为： 其中，为第1个能量发射源到第个簇头的信道状态信息，为第个能量发射源到第个簇头的信道状态信息；步骤7：通过迭代优化的算法求解局部凸的最大传输错误概率最小化的优化问题，获取多源动态功率分配、各个纳米节点能量采集码长和各个纳米节点短包传输码长的资源分配结果。

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