On Optimal Offline Time Sharing Policy for Energy Harvesting Underlay Cognitive Radio
RF能量收集可以用于为通信设备供电，使得可以确保这样的设备的永久操作。我们考虑一个RF能量收集的认知无线电系统工作在时隙的方式。主用户（PU）配备有可靠的电源，并且在所有时隙中以恒定的功率进行传输。然而，次用户（SU）从主用户的传输中获取能量，并且同时传输其自己的数据，使得主接收机（PR）处的干扰保持在可接受的阈值以下。在次级发射机（ST）处，每个时隙被划分为两个阶段：能量收集（EH）阶段和信息传输（IT）阶段。将在主接收机保护准则下最大化可达到的副和速率的问题表示为凸优化问题，得到了EH和IT相位之间的最优分时分配和离线设置下的最优副发射功率。最佳离线方案，然后比较与在线近视的政策，其中EH和IT阶段之间的最佳分时，和最佳的二次发射功率的基础上获得的瞬时信道增益。
2016-05-01 cs.IT math.IT
Information-Theoretic Analysis of an Energy Harvesting Communication System
在能量收集通信系统中，外源再充电过程为数据传输提供能量，并且到达的能量可以在消耗之前缓冲在电池中。如果没有足够的能量，传输就会中断。我们在信息论的背景下处理这种随机能量到达的通信。基于经典的加性高斯白噪声（AWGN）信道模型，研究了发射端能量到达随机时的编码问题。我们表明，随机能量到达的AWGN信道的容量等于平均功率约束等于平均充电率的容量。我们提供了两种不同的容量实现方案：{ \it save-and-transmit}和{ \it best-effort-transmit}。接下来，我们考虑的情况下，能量到达具有随时间变化的平均在一个较大的时间尺度。我们推导出最大平均吞吐量的最佳离线功率分配，并提供了一个算法，找到最佳的功率分配。
2010-09-29 cs.IT math.IT
Offline Delay-Optimal Transmission for Energy Harvesting Nodes
本文研究了能量收集发射机的离线分组延迟最小化问题。为了克服该问题的非凸性，提出了一种C2-凸纯变换，并给出了变换后的问题为标准凸优化问题的充要条件.基于这个条件，一个简单的选择的变换是确定的，它允许一个分析听话的解决方案，原来的非凸问题，可以很容易地得到一次变换后的凸问题得到解决。我们进一步研究了在特殊情况下的最优传输策略的结构，发现它遵循一个加权的方向注水结构。特别地，最优策略倾向于在较早的时隙中分配更多的功率，而在较晚的时隙中分配更少的功率。仿真结果验证了我们的分析见解。
2016-07-26 cs.IT math.IT
Optimal Offline Packet Scheduling in Energy Harvesting 2-user Multiple Access Channel with Common Data
利用最优分组调度的能量收集发送器可以增加无线传感器网络（WSNs）的生命周期和可持续性。另一方面，无线传感器网络被观察到收集空间或时间相关的数据，应该考虑在能量收集系统中的最佳分组调度。然而，可用于具有能量收集发射器的2用户多址信道（MAC）系统的解决方案不考虑公共数据或数据之间的相关性。本文通过假设数据和能量包的确定性知识，即，离线解决方案最佳的偏离区域被发现通过使用Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件推广的MAC没有共同的数据获得的解决方案。定义了一种有效的迭代后向注水算法。最佳的解决方案是数值比较的情况下，没有调度，统一的功率调度和以前的解决方案定义的MAC没有共同的数据，通过显示与优化获得的改善。
2015-04-25 cs.IT math.IT
Online Power Control for Block i.i.d. Energy Harvesting Channels
研究了能量到达随机、电池有限的能量收集通信节点的在线功率控制问题。我们假设一个块身份证。能量到达的随机模型，其中能量到达在固定持续时间$T$内是恒定的，但是在不同的块之间是独立的，从任意分布中得出。该模型作为一个简单的近似随机过程的相干时间$T$。我们提出了一个简单的在线功率控制策略，并证明了其性能差距的最佳吞吐量是有界的一个常数是独立的参数的问题。这也产生了一个简单的公式，近似最佳的长期平均吞吐量，这揭示了一些光的吞吐量的定性行为，以及它如何取决于能量到达过程的相干时间。我们的研究结果表明，也许违反直觉，对于一个固定的平均能量到达率的吞吐量随着增加的相干时间$T$的能量到达过程。特别地，接近信道的AWGN容量所需的电池尺寸随着过程的相干时间线性地增加。最后，我们表明，我们的研究结果可以提供一个近似的信息理论容量相同的信道。
2017-06-25 cs.IT math.IT
On the Optimality of the Greedy Policy for Battery Limited Energy Harvesting Communications
考虑具有在线功率控制的电池有限能量收集通信系统。假设独立同分布（i.i.d.）能量到达和收获存储使用架构，它表明，贪婪的政策实现最大的吞吐量，当且仅当电池容量低于一定的正阈值，承认一个精确的表征。简单的下限和上限，这个阈值的建立。通过几个例子分析了阈值和能量到达过程均值之间的渐近关系。
2019-09-17 cs.IT math.IT
On Optimal Power Control for Energy Harvesting Communications with Lookahead
考虑能量收集通信系统的功率控制问题，其中发射机配备有有限尺寸的可充电电池，并且能够向前看以观察固定数量的未来能量到达。通过Bellman方程，在能量到达过程平稳无记忆的假设下，给出了在加性高斯白噪声信道下的最大平均吞吐量和最优功率控制策略.伯努利能量到达的情况下，通过渐近紧的最大平均吞吐量和最优功率控制策略的上限和下限得到一个更明确的表征。除了他们的关键作用，在获得所需的分析结果，这样的界限是非常有价值的，从数值的角度来看，因为它们可以有效地计算使用凸优化求解器。
2022-02-28 cs.IT math.IT
Near Optimal Energy Control and Approximate Capacity of Energy Harvesting Communication
我们考虑了一个能量收集通信系统，其中发射机由外源能量到达过程供电，并配备了一个有限的电池大小$B_{max}$通过离散时间AWGN信道进行通信。我们首先集中在一个简单的伯努利能量到达过程中，在每个时间步，无论是一个大小为$E$的能量包被收获的概率$p$，或没有能量被收获在所有，独立于其他时间步。我们提供了一个接近最优的能量控制策略和一个简单的近似的信息理论容量的信道。我们的近似这两个问题是通用的，在所有的系统参数（$p$，$E$和$B_{max}$），即我们约束的近似间隙的参数值无关的常数。我们的研究结果表明，电池大小$B_{max}\geq E$（大约）足以提取该通道的无限电池容量。然后，我们将我们的结果推广到一般的独立同分布。能量到达过程。我们的近似容量特征提供了重要的见解，在政权的能量收集通信系统的最佳设计，其中电池的大小和平均能量到达率都很大。
2015-01-09 cs.IT math.IT
Competitive Ratio Analysis of Online Algorithms to Minimize Data Transmission Time in Energy Harvesting Communication System
我们认为最佳的在线数据包调度问题，在单用户能量收集无线通信系统中，能量是从自然的可再生能源，使未来的能源到达的瞬间和数量随机的性质。任意能量到达的最一般的情况下被认为是未来的能量到达时刻或数量，也不知道它们的分布。所考虑的问题是自适应地改变传输速率，根据因果能量到达信息，使所有数据包被传递的时间最小化。我们假设所有的比特都已经到达，并且在传输开始之前在源处准备就绪。对于最小化问题，在线算法的效用通过找到其竞争比或竞争力来测试，该竞争比或竞争力被定义为在线算法与最优离线算法在所有输入序列上的增益的比率的最大值。我们推导出一个上下限的任何在线算法的竞争比，以最大限度地减少总的传输时间在能量收集系统。上限是使用一个“懒惰”的传输策略，选择其传输功率，以尽量减少传输时间，假设没有进一步的能源到达将在未来发生。懒惰的传输策略被证明是严格的两个竞争。我们还推导出了一个对抗性的下界，表明任何在线算法的竞争比至少为1.325。
2012-11-21 cs.IT math.IT
Energy Harvesting Transmitters that Heat Up: Throughput Maximization under Temperature Constraints
由于在传感器操作加热损坏的动机，我们认为在能量收集发射机的吞吐量最佳离线数据调度问题，使由此产生的温度升高保持在一个临界水平以下。我们建模的发射机的温度动态作为一个线性系统，并确定在这样的温度约束下，以及在AWGN信道的能量收集约束下的最佳发射功率策略。我们首先推导出的结构特性的解决方案的一般情况下，多个能量到达。我们证明了最优功率策略是分段单调递减的，在能量收集时刻可能有跳跃。我们推导出单能量到达情况下最优解的解析表达式。我们表明，在单能量到达的情况下，最佳功率是单调递减的，由此产生的温度是单调增加的，并且两者在温度达到临界水平后保持恒定。然后，我们推广的多能量到达的情况下的解决方案。
2015-09-02 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Offline Broadcast Scheduling with an Energy Harvesting Transmitter
我们考虑一个能量收集发射机向两个接收机广播数据。假设能量和数据到达发生在任意但已知的时刻。我们的目标是最小化在特定时间窗口内到达的数据包的总传输时间，使用在此期间可用的能量。假设一个可达到的速率区域，其结构特性满足两个用户的AWGN BC容量区域。建立了最优策略中功率和速率分配的结构性质，以及在“较弱”用户的所有数据在开始时可用的条件下，最优策略的唯一性。一个迭代算法，DuOpt，基于块坐标下降，实现相同的结构特性的最佳描述。研究了在能量效率和最小传输持续时间方面具有两个连续时期的最优调度的方法，结果表明，DuOpt在相同的特殊唯一性条件下实现了最佳性能。
2011-11-28 cs.IT math.IT
Spatial Throughput of Mobile Ad Hoc Networks Powered by Energy Harvesting
设计手机来收集周围的能量，如动能活动或电磁辐射，将使无线网络能够自我维持，除了缓解全球变暖。本文采用随机几何模型分析了由能量收集驱动的移动自组网的空间吞吐量。在该模型中，发射机分布为泊松点过程，能量以均匀的平均速率随机到达每个发射机，称为能量到达速率;在收获足够的能量后，每个发射机在目标信号与干扰和噪声比的中断概率约束下以固定功率发送到预期接收机。假设发射器将能量存储在具有无限容量的电池中。应用随机游走理论，证明了当能量到达率大于发射功率或等于发射功率与能量到达率之比时，发射机发射的概率等于1，称为发射概率。这一结果和工具，从随机几何适用于最大化网络吞吐量为一个给定的能量到达率，通过优化传输功率。示出的最大网络吞吐量是成比例的最佳传输概率，这是等于一个，如果发射机密度是低于能量到达率的导出函数，否则小于一个，并解决了一个给定的多项式方程。最后，在高能量到达率和密集网络的极端情况下，得到了最大网络吞吐量的极限。
2013-06-27 cs.IT math.IT
Finite Horizon Energy-Efficient Scheduling with Energy Harvesting Transmitters over Fading Channels
在本文中，能量有效的传输方案，实现最大的吞吐量在有限的时间间隔内的问题设置，包括能量收获，数据到达和信道变化进行了研究。我们的目标是以一种有利于良好的在线解决方案的方式来表达离线最优策略。我们表示任何吞吐量最大化的能源效率的离线时间表（EE-TM-OFF）明确的水位。这允许使用相关联的离线水位的估计来对发射功率和速率决策进行每时隙实时评估。为了计算在线功率水平，我们构造了一个随机动态规划，将离线最优解作为一个随机过程。我们引入了“立即填充”度量，它提供了一个下界的任何在线政策的效率相对于相应的最佳离线解决方案。这种方式获得的在线算法表现出接近离线最优的性能，不仅从长远来看，而且在短期的问题视野，认为他们适合于实际应用。
2017-02-21 cs.IT math.IT
Scheduling Status Updates to Minimize Age of Information with an Energy Harvesting Sensor
信息年龄是在监控应用程序和基于更新的系统中状态更新的新鲜度的度量。我们研究了一个实时遥感的情况下，传感器是受时变的能源约束和电池的限制。传感器通过数据包擦除通道发送更新，但不提供反馈。的问题，找到一个年龄最优的阈值政策，与传输阈值是一个功能的能量状态和估计的当前年龄，制定。分析了无记忆能量到达过程下单位电池的平均寿命。有些令人惊讶的是，对于任何有限的能量到达速率，存在正的传输年龄阈值，其对应于以低于能量到达速率所指示的速率的速率进行传输。一般电池尺寸的平均年龄的下限。
2017-02-05 cs.IT math.IT
Optimal Power Control for Transmitting Correlated Sources with Energy Harvesting Constraints
本文研究了在高斯信道中使用两个能量收集节点传输两个相关高斯源的加权和失真最小化问题。为此，我们开发离线和在线功率控制策略，以优化两个节点的发射功率。在离线的情况下，我们把问题作为一个凸优化和调查的最优解的结构。我们还开发了一个广义的注水功率分配算法，以获得有效的最优解。对于在线的情况下，我们量化的失真的系统使用的成本函数，并表明，预期的成本等于预期的加权和失真。基于Banach不动点定理，我们进一步提出了一个几何收敛的算法，通过简单的迭代来找到最小费用。仿真结果表明，我们的在线功率控制优于贪婪的功率控制，每个节点使用所有可用的能量在每个时隙和执行接近的建议离线功率控制。此外，我们的离线功率控制的性能几乎与系统的性能极限相吻合。
2017-06-07 cs.IT math.IT
On Achievable Rates of AWGN Energy-Harvesting Channels with Block Energy Arrival and Non-Vanishing Error Probabilities
本文研究了加性高斯白噪声（AWGN）能量收集（EH）信道的可达速率。EH过程的特征在于一系列收集的能量块，其在源处是因果已知的。所收集的能量在块内保持恒定，而跨不同块的所收集的能量的特征在于独立且同分布（i.i.d.）随机变量块具有长度$L$，其可以被解释为能量到达过程的相干时间。如果$L$是一个常数或次线性增长的块长度$n$，我们充分表征的最大传输速率的渐近展开的一阶项受到一个固定的可容忍的错误概率$\varepsilon$。一阶项称为$\varepsilon$ -容量。此外，我们还得到了渐近展开式中二阶项的上下界，这表明对于任何小于$1/2$的$\varepsilon$，二阶项都是$\sqrt{\frac{L}{n}}$.通过对保存传输策略的分析，得到了该策略的下界。如果$L$在$n$中线性增长，我们得到了$\varepsilon$ -容量的上下界，只要EH随机变量的累积分布函数（cdf）是连续的和严格增加的，它们就重合。为了达到这个下界，我们提出了一种新的自适应保存和发送策略，该策略根据块之间的能量变化在不同的块之间选择不同的保存和发送码。
2017-09-02 cs.IT math.IT
A General Framework for the Optimization of Energy Harvesting Communication Systems with Battery Imperfections
能量收集已经成为一种强大的技术，用于补充当前电池供电的通信系统，以延长其寿命。在本文中，一个通用的框架介绍了优化的通信系统中，发射机能够收获能量从它的环境。假设能量到达过程是已知的非因果关系在发射机，结构的最佳传输方案，它最大限度地提高了发送的数据量由一个给定的最后期限，被确定。我们的框架包括具有连续能量到达以及电池约束的模型。进一步研究了存在能量泄漏的蓄电池，给出了泄漏率恒定时的最优传输方案。
2012-03-13 cs.IT math.IT
A Maximin Optimal Online Power Control Policy for Energy Harvesting Communications
离散时间电池有限的能量收集通信的在线功率控制的一般理论的开发，这导致，除其他事项外，一个明确的表征的最大最小的最优策略。该策略仅需要能量到达过程的（有效）均值的知识，并最大化最小渐近期望平均奖励（最小化在给定（有效）均值的所有能量到达分布上进行）。此外，它是普遍接近最优的，并有一个严格更好的最坏情况下的性能，以及严格改进的低乘法因子相比，固定分数的政策，提出了由Sznov和Özgür时，目标是最大限度地提高吞吐量在加性高斯白噪声信道。最后通过数值例子证明了该最大最小最优策略的竞争力。
2020-04-27 cs.IT math.IT
Universally Near Optimal Online Power Control for Energy Harvesting Nodes
我们考虑一个随机i.i.d.的能量收集系统的在线功率控制。能量到达和有限大小的电池。我们提出了一个简单的在线功率控制策略，这个通道，需要最少的信息，关于能量到达的分布，并证明它是普遍接近最优的所有参数值。特别是，该政策取决于能量到达过程的分布，只有通过其平均值，它实现了最佳的长期平均吞吐量的信道内恒定的加法和乘法间隙。用于在线功率控制的现有算法不能实现这样的通用性能。这一结果还允许我们用一个简单的公式来近似系统的长期平均吞吐量，这揭示了吞吐量的定性行为，即它如何取决于能量到达的分布和电池的大小。
2016-06-30 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Radio Frequency Energy Harvesting with Limited Energy Arrival Knowledge
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Royal Institute of Technology (KTH)（瑞典皇家理工学院）
在本文中，我们制定了最佳的政策，以决定何时无线节点的射频（RF）能量收集（EH）的能力，应该尝试和收获周围的RF能量。虽然RF-EH的想法很有吸引力，但尝试收集能量并不总是有益的;在环境能量低的环境中，节点在其收集电路开启的情况下唤醒可能消耗比它们可以从环境无线电信号中提取的能量更多的能量;然后最好进入睡眠方式直到环境RF能量增加。为此，我们考虑一个场景与间歇性的能量到达和无线节点，唤醒一段时间（在此称为时隙）和收获能量。如果在时隙期间收集足够的能量，则收集成功并且存储过量的能量;然而，如果不存在足够的能量，则收集不成功并且能量丢失。我们假设环境能量水平在时隙期间是恒定的，并且在时隙边界处改变。能级动态由两状态Gilbert-Elliott马尔可夫链模型描述，其中马尔可夫链的状态只能在收获动作期间观察到，而不能在睡眠方式中观察到。在此模型下研究了两种情况。在第一种情况下，我们假设我们有知识的马尔可夫链的转移概率和制定的问题作为一个部分可观察马尔可夫决策过程（POMDP），在那里我们找到一个基于阈值的最优策略。在第二种情况下，我们假设我们没有任何关于这些参数的知识，并制定了贝叶斯自适应POMDP的问题，以减少计算的复杂性，我们还提出了一个启发式后验抽样算法。我们的方法的性能证明通过数值例子。
2015-08-02 cs.IT cs.LG math.IT
Energy Harvesting Networks with General Utility Functions: Near Optimal Online Policies
我们考虑在线调度单用户能量收集通信系统的政策，其目标是表征在线政策，最大限度地提高长期平均效用，为一些一般的凹和单调递增的效用函数。在我们的环境中，发射器依赖于从自然界收集的能量将其信息发送到接收器，并配备了一个有限大小的电池来存储其能量。能量包是独立同分布的（i.i.d.）在时隙上，并且被因果地揭示给发射机。只有平均到达率是先验已知的。我们首先描述的情况下，伯努利到达的最优解。然后，对于一般的i.i.d.到达，我们首先表明，固定分数政策[Svriv-Ozgur]是在一个恒定的乘法差距，从最佳解决方案的所有能源到达和电池的大小。然后，我们推导出一组充分条件的效用函数，以保证固定分数的政策是在一个恒定的添加剂的差距，以及从最优解。
2017-05-31 cs.IT cs.NI math.IT
Transmission Capacity of Wireless Ad Hoc Networks with Energy Harvesting Nodes
当网络中的每个节点从自然界中获取能量时，如太阳能、风能、振动等，分析了ad hoc无线网络的传输容量。传输容量是节点的最大允许密度，满足每个发送器-接收器速率和中断概率约束。假设每个节点处的能量到达遵循伯努利分布，并且每个节点使用能量缓冲器/电池来存储能量。对于ALOHA媒体接入协议（MAP），最大化传输容量的最佳传输概率导出作为能量到达分布的函数。博弈论分析ALOHA MAP，其中每个发射机试图最大化自己的吞吐量，并对称纳什均衡推导。对于CSMA MAP，退避概率和中断概率是根据输入能量分布推导的，从而表征传输容量。
2012-05-25 cs.IT math.IT
Optimal Packet Scheduling in an Energy Harvesting Communication System
我们考虑单用户能量收集无线通信系统中的最优分组调度问题。在该系统中，数据包和采集的能量都被建模为随机到达源节点。我们的目标是根据流量负载和可用能量自适应地改变传输速率，使得所有数据包的传输时间最小化。在确定性系统设置下，我们假设在传输开始之前已知能量收集时间和收集的能量量。对于数据流量到达，我们考虑两种不同的情况。在第一种情况下，我们假设所有比特都已到达，并在传输开始之前在发送器处准备就绪。在第二种情况下，我们考虑数据包在传输过程中到达的情况，已知到达时间和大小。我们开发了最佳的离线调度策略，最大限度地减少所有数据包被送到目的地的时间，在因果关系约束下的数据和能量到达。
2010-10-06 cs.IT cs.NI math.IT
Energy-Efficient Resource Allocation in OFDMA Systems with Hybrid Energy Harvesting Base Station
本文研究了在具有混合能量收集基站的OFDMA下行链路网络中能量有效通信的资源分配算法设计。具体地，能量采集器和由不可再生资源驱动的恒定能量源用于供应系统操作所需的能量。我们首先考虑确定性离线系统设置。特别地，假设关于能量到达和信道增益的非因果知识的可用性，离线资源分配问题被公式化为考虑电路能量消耗、有限能量存储容量和最小所需数据率的非凸优化问题。我们将这个非凸优化问题转化为一个凸优化问题，通过应用分时和分式规划，从而导致一个有效的渐近最优离线迭代资源分配算法。在每一步迭代中，利用拉格朗日对偶分解求解变换后的问题。所获得的资源分配策略使得数据传输的加权能量效率最大化。随后，我们重点研究了在线算法设计。一个随机动态规划方法，以获得最佳的在线资源分配算法，这需要一个令人望而却步的高复杂度。为了在系统性能和计算复杂性之间取得平衡，本文提出了一种低复杂度的次优在线迭代算法。
2013-02-19 cs.IT math.IT
On the precoder design of a wireless energy harvesting node in linear vector Gaussian channels with arbitrary input distribution
本文研究了一种工作在线性矢量高斯信道中的无线能量收集节点（WEHN），该信道具有任意分布的输入符号。在信道状态和收获能量的非因果知识下研究了沿N个独立信道接入最大化互信息的预编码策略（通常称为离线方法）。它示出，在每个信道使用，左奇异向量的预编码器是相等的Gram信道矩阵的特征向量。此外，通过最小均方误差（MMSE）矩阵的能量收集配置文件的预编码器的最佳奇异值的表达式。然后，考虑预编码器的右奇异向量被设置为单位矩阵的具体情况。在这种情况下，最佳的离线功率分配，命名为水星水流，推导出一个直观的图形表示。提出了两种计算水银水流解的最优离线算法，并对它们的计算复杂性进行了详尽的研究。此外，在线算法的设计，它只使用的因果知识的收获的能量和信道状态。最后，通过仿真对所获得的互信息进行了评估。
2013-01-28 cs.IT math.IT
Optimal Packet Scheduling on an Energy Harvesting Broadcast Link
考虑能量收集通信系统中每个用户给定比特数的传输完成时间的最小化，其中能量收集时刻以离线方式已知。假设具有由2用户AWGN广播信道容量区域满足的结构属性的可实现速率区域。它示出，即使所有的数据在开始时是可用的，从每个能量收获的非负量的能量被推迟到以后使用，使得发射功率在其最低值开始，并随着时间的推移而上升。最优调度器同时结束到两个用户的传输。利用问题的特殊结构，迭代离线算法，FlowRight，从早期的文献中，适应并证明解决这个问题。该解决方案具有多项式的复杂性，在使用的收获的数量，并观察到收敛速度很快的数值例子。
2011-02-24 cs.IT math.IT
Online energy efficient packet scheduling for a common deadline with and without energy harvesting
在线分组调度的问题，以最大限度地减少所需的传统电网能量传输固定数量的数据包给定一个共同的最后期限。在最后期限内到达的数据包总数是已知的，但数据包到达时间是未知的，并且可以是任意的。所提出的算法试图完成每个数据包的传输，假设所有未来的数据包将在剩余时间内以相等的时间间隔到达。所提出的在线算法被证明具有竞争力的比率是对数的数据包到达的数量。还考虑了混合能源模式，其中除了电网能源之外，还可以通过从可再生能源中提取能源。这里的目标是最大限度地减少电网能源使用。一个适当的修改版本的前一个算法也被证明具有竞争力的比率是对数的数据包到达的数量。
2016-02-04 cs.DS cs.IT math.IT
Optimal Power Allocation for Energy Harvesting and Power Grid Coexisting Wireless Communication Systems
研究了单链路无线通信系统中能量采集与电网供电联合的功率分配问题。将该问题转化为能量和数据到达随机的情况下最小化电网功耗的问题，并分析了在某些特殊情况下最优功率分配策略的结构。对于所有数据包都在传输前到达的情况，该问题是一个吞吐量最大化的对偶问题，通过两阶段注水（WF）策略找到最优解，即在第一阶段分配收获的能量，然后在第二阶段分配电网能量。对于随机数据到达的情况，我们首先假设电网能量或收获的能量供应，然后结合的结果，以获得共存系统的最优结构。具体地说，反向多阶段WF策略，提出了实现最优功率分配时，电池容量是无限的。最后，提出了一些启发式的在线方案，其性能进行了评估，通过数值模拟。
2013-03-15 cs.IT math.IT
Finite-Horizon Optimal Transmission Policies for Energy Harvesting Sensors
在本文中，我们推导出最优的传输策略，能量收集传感器，以最大限度地提高在有限的地平线上获得的效用。首先，我们考虑一个单一的能量收集传感器，离散的能量到达过程，和一个离散的能量消耗策略。在此模型下，我们证明了最优有限时间策略是一个阈值策略，并明确地刻画了阈值，阈值可以使用递归预先计算。接下来，我们解决了多个传感器的情况下，只有其中一个允许在任何给定的时间发送，以避免干扰，并推导出一个明确的最佳策略，以及这种情况下。
2014-05-19 cs.IT math.IT
Finite Horizon Online Lazy Scheduling with Energy Harvesting Transmitters over Fading Channels
延迟调度（lazy scheduling）是一种已知的能量有效传输方法，即根据数据业务将发射功率和速率设置得尽可能低，以满足延迟约束.本文讨论了有限时隙传输窗口上的在线延迟调度问题，并介绍了获得接近最优性能的低复杂度算法.特别地，本文将能量收集系统的惰性调度问题推广到同时处理数据包到达、能量收集和时变信道过程。时隙制定的问题和描述其离线的最优解提供了明确的表达式，允许获得良好的在线政策和算法。
2013-12-17 cs.IT math.IT
Throughput Maximization for Two-way Relay Channels with Energy Harvesting Nodes: The Impact of Relaying Strategies
本文研究了具有能量收集节点的双向中继信道。特别是，我们发现传输策略，最大限度地提高双向中继信道的总吞吐量时，中继不采用数据缓冲区。中继可以执行解码转发、压缩转发、计算转发或放大转发中继。此外，我们考虑吞吐量的改善，通过动态选择中继策略，从而在混合中继策略。我们表明，迭代广义定向注水算法解决了离线吞吐量最大化问题，可实现的总和率从个人或混合中继方案。除了最优离线策略外，我们还通过动态规划得到了最优在线策略。我们提供了每个中继方案的数值结果，以支持分析结果，指出适应瞬时中继策略的优势，可用的收获能量。
2015-04-29 cs.IT math.IT
Optimized Random Deployment of Energy Harvesting Sensors for Field Reconstruction in Analog and Digital Forwarding Systems
这项工作探讨了大规模部署的能量收集传感器的空间相关的高斯随机场的传感和重建的目的。传感器仅由从环境中收集的能量供电，并根据空间非齐次泊松点过程随机部署，该过程的密度取决于不同位置的能量到达统计数据。随机部署适用于需要在广阔和/或敌对区域部署的应用。在观测期间，每个传感器获取随机场的局部样本，并且如果有足够的能量可用于传输，则将数据报告给最近的数据收集节点。然后，基于所报告的传感器测量结果在融合中心处重建随机场的实现。为了现场重建的目的，一方面，传感器应该在现场更加分散，以收集更多的信息样本，但另一方面，应该更加集中在具有高能量到达率或朝向最近的数据收集节点的大信道增益的位置。在模拟和数字转发系统中的随机传感器部署的优化中利用了这种折衷。更具体地说，给定在不同位置处的能量到达的统计和对传感器的平均数量的约束，通过最小化平均均方重构误差的上限来针对这两种情况确定传感器处的空间相关传感器密度和能量感知传输策略。通过数值模拟证明了所提出的方案的有效性。
2015-05-19 cs.IT math.IT
Counterexamples on the monotonicity of delay optimal strategies for energy harvesting transmitters
我们考虑跨层设计的延迟最优传输策略的能量收集发射机的数据和能量到达过程是随机的。利用马尔可夫决策理论，我们证明了价值函数在排队状态下是弱递增的，在电池状态下是弱递减的。很自然地，期望延迟最优策略在队列和电池状态下应该是弱增加的。我们通过反例表明，情况并非如此。事实上，我们表明，对于一些样本的情况下，延迟最优策略可能会执行5-13%比最好的单调策略。
2020-03-18 cs.IT math.IT
Flexible Functional Split and Power Control for Energy Harvesting Cloud Radio Access Networks
在云无线接入网（C-RAN）中，功能划分是一种灵活平衡远端处理开销和前传速率的有效技术。通过收集可再生能源，远程无线电单元（RRU）可以节省电网电力并灵活部署。然而，能量到达的随机性构成了主要的设计挑战。为了最大限度地提高吞吐量的平均前传速率约束下，在C-RAN与可再生能源供电的RRU，我们首先研究了选择最佳的功能分裂模式和相应的持续时间，连同传输功率的离线问题。我们发现，在连续的能量到达，最多两个功能分裂模式应被选择。然后，最优的在线问题被制定为一个马尔可夫决策过程（MDP）。针对求解MDP时的维数灾难问题，我们进一步分析了受离线解启发的一个能量到达实例和两个候选功能分裂模式的特殊情况，并提出了一种启发式在线策略.数值结果表明，灵活的功能分裂，可以显着提高吞吐量相比，固定的功能分裂。此外，所提出的启发式在线策略具有类似的性能与最优的在线之一，通过仿真验证。
2019-11-15 cs.IT cs.NI math.IT
Timely Updates in Energy Harvesting Two-hop Networks: Offline and Online Policies
考虑了一种两跳能量收集通信网络，其中测量更新由源通过中间中继传输到目的地。更新应及时发送，以最大限度地减少信息的年龄，定义为自源生成目的地的最新更新以来所经过的时间。源和中继器使用从自然界收集的能量进行通信，这些能量存储在无限大的电池中。两个节点都使用固定的传输速率，因此更新会产生固定的延迟（服务时间）。提出了两个问题：离线问题和在线问题，在离线问题中能量到达信息是先验已知的，在在线问题中这种信息随时间被因果地揭示。在这两个问题中，它表明，它是最佳的传输更新从源的时间，因为中继准备将它们转发到目的地，使源和中继作为一个组合节点。在最优策略中反复出现的主题是，更新应尽可能均匀地分布在时间上，受能源因果关系和服务时间约束。这在离线设置中是完美实现的，并且几乎可以肯定地通过尽力策略在在线设置中实现。
2019-04-09 cs.IT cs.NI eess.SP
Joint Transmission and Energy Transfer Policies for Energy Harvesting Devices with Finite Batteries
在传统的无线传感器网络（WSNs）的主要问题之一是能源效率。在这项工作中，我们分析了两种技术，可以延长网络的生命周期。第一种是环境\emph{Energy Harvesting}（EH），即，设备从环境中收集能量的能力，而第二种是无线\emph{Energy Transfer}（ET），可用于在设备之间交换能量。我们研究了这些技术的组合，表明它们可以共同使用，以提高系统的性能。我们考虑一个发射器-接收器对，显示ET改善如何取决于能量到达的统计和设备的能量消耗。为了最大化奖励函数，例如，的平均传输速率，我们发现性能上限与ET和没有，定义在线和离线优化问题，并根据现实的能源抵达在室内和室外环境的结果。我们表明，ET可以显着提高系统的性能，即使当相当大的一部分传输的能量被浪费，在某些情况下，在线方法可以获得接近最佳性能。
2016-01-15 cs.IT math.IT
Optimal Transmission Policies for Multi-hop Energy Harvesting Systems
在本文中，我们考虑了一个多跳能量收集（EH）通信系统中的全双工模式，到达数据和收获的能量曲线在源和中继建模为一般功能。该模型包括EH系统的离散到达过程作为一个特殊情况。我们研究的吞吐量最大化问题，考虑最小的利用能源的来源和中继，并找到最佳的离线算法。我们表明，两跳传输问题的最佳解决方案有三个主要步骤：（i）解决点对点的吞吐量最大化问题的源;（ii）解决点对点的吞吐量最大化问题的中继（后应用的解决方案的第一步作为输入的第二个问题）;（iii）最小化利用能源的来源。此外，我们表明，如何完成时间最小化问题的最佳算法可以从吞吐量最大化问题的算法。此外，对于吞吐量最大化问题，我们提出了一个在线算法，并表明它是更有效的比基准（这是一个直接应用现有的点对点在线算法的多跳系统）。
2016-12-30 cs.IT math.IT
Throughput Maximization for an Energy Harvesting Communication System with Processing Cost
在无线网络中，通信消耗的能量包括传输能量和处理能量。在本文中，点到点通信在衰落信道中的能量收集发射机进行了研究，同时考虑到传输和处理的能量成本。在已知能量到达和衰落分布的假设下，研究了吞吐量最大化的最优传输策略。假设发射机在传输周期开始时在其缓冲器中具有足够量的数据，则在给定截止日期之前的平均吞吐量被最大化。此外，一个“定向灌胶算法”，计算最佳的传输策略进行了说明。
2012-08-23 cs.IT math.IT
Achieving the Age-Energy Tradeoff with a Finite-Battery Energy Harvesting Source
我们研究的问题，最小化的时间平均预期年龄的信息状态更新发送的能量收集源与有限容量的电池。在以前的文献中，最优策略被观察到有一个阈值结构下的泊松能量到达，一个单位容量的电池的特殊情况。在本文中，我们将这一结果推广到任何（整数）的电池容量，并明确的阈值结构的特点。我们得到的工具，以获得任意的能量缓冲区（即电池）大小的最佳策略。这些结果之一是最小平均AoI和最高能量状态的最佳阈值的意外等效性。
2018-02-13 cs.IT math.IT
Long term Throughput and Approximate Capacity of Transmitter-Receiver Energy Harvesting Channel with Fading
我们首先考虑具有衰落的能量收集信道，其中只有发射机从自然源收集能量。对于一类能量到达分布，我们用一个常数来约束最优长期吞吐量。所提出的方法也给出了一个常数近似的能量收集信道的容量与衰落。接下来，我们考虑一个更一般的系统，其中发射器和接收器都采用能量收集来为自己供电。在这种情况下，我们发现，找到一个近似的最佳长期吞吐量是困难得多，并确定一个特殊的情况下，在发射机和接收机的单位电池容量，我们获得了一个普遍的约束上的比率的上限和下限的长期吞吐量。
2015-01-27 cs.IT math.IT
Outage Minimization for a Fading Wireless Link with Energy Harvesting Transmitter and Receiver
本文研究了具有能量收集发射机和接收机的衰落无线链路中最小中断的在线功率控制策略。当发射机或接收机没有足够的能量时，或者当信道处于中断时，发生中断，其中发射机仅具有信道分布信息。在无限电池容量和不重传的情况下，我们证明了基于阈值的功率控制策略是最优的。因此，我们提出了不相交/联合阈值为基础的政策，并没有电池状态之间的发射机和接收机共享，分别。我们还分析了实际的接收机检测和处理的中断性能的影响。当考虑重传时，采用线性功率电平的策略来调整每次重传的功率阈值。在电池容量有限的情况下，建立了一个三维有限状态马尔可夫链模型来计算所提出策略的最优参数和相应的性能。发射机和接收机之间的能量到达相关性解决有限和无限电池的情况下。数值结果表明，电池容量，能量到达相关性和检测成本的中断性能的建议政策，以及中断概率和平均传输时间之间的权衡的影响。
2015-03-14 cs.IT math.IT
Energy Cooperation in Energy Harvesting Communications
在能量收集通信中，用户在通信过程中使用从自然界收集的能量来发送消息。在最优传输策略下，系统的性能仅取决于能量到达轮廓。在本文中，我们介绍了能源合作的概念，其中一个用户无线传输其能量的一部分，另一个能量收集用户。这使得能够在能量接收节点处对能量到达进行整形和优化，并且提高了整体系统性能，尽管在能量传输中发生了损失。我们考虑几种基本的多用户网络结构的能量收集和无线能量传输能力：中继信道，双向信道和多址信道。我们确定的能源管理政策，最大限度地提高系统的吞吐量在给定的时间内使用拉格朗日公式和由此产生的KKT最优性条件。我们开发了一个二维定向注水算法，该算法在两个维度上最佳地控制了收获能量的流量：在时间上（从过去到未来）和用户之间（从能量传输到能量接收），并表明该算法的广义版本实现了双向通道的容量区域的边界。
2013-03-11 cs.IT cs.NI math.IT
UAV Trajectory, User Association and Power Control for Multi-UAV Enabled Energy Harvesting Communications: Offline Design and Online Reinforcement Learning
在本文中，我们考虑多个太阳能供电的无线节点，利用收集的太阳能传输收集到的数据到多个无人机（UAV）在上行链路。在这种情况下，我们共同设计无人机飞行轨迹，无人机节点通信协会，和上行链路功率控制，有效地利用收获的能量和管理同信道干扰在有限的时间范围内。为了保证无线节点的公平性，设计目标是最大化最差用户速率。联合设计问题是高度非凸的，并且需要瞬时能量状态信息（ESI）和信道状态信息（CSI）的因果（未来）知识，这在现实中是难以预测的。为了克服这些挑战，我们提出了一个离线的方法，基于凸优化，只利用平均ESI和CSI。该问题由三个凸子问题和逐次凸逼近（SCA）和交替优化来解决。我们进一步设计了一个在线凸辅助强化学习（CARL）方法，以提高系统的性能的基础上实时的环境信息。与传统的强化学习（RL）方法相比，提出了基于最优离线无人机轨迹的多无人机调节飞行走廊的思想，避免了无人机不必要的飞行探索，提高了学习效率和系统性能。通过计算机模拟验证了所提方法的有效性。所提出的CARL方法提供了25%和12%的改善最差的用户率在离线和传统的RL方法。
2022-07-21 cs.IT cs.NI math.IT
Energy Harvesting Broadband Communication Systems with Processing Energy Cost
研究了宽带衰落信道下能量收集发射机供电的通信问题。假设能量/数据到达和信道增益的非因果知识，通过考虑处理电路的能量成本以及传输能量来识别最优传输方案。假设每个活动子信道的处理成本恒定。考虑了三个不同的系统目标：i）吞吐量最大化，其中对于具有有限容量电池的积压发射机，在截止日期之前发送的数据总量最大化; ii）能量最大化，其中在截止日期之前无限容量电池中的剩余能量最大化，使得所有到达的数据分组被递送; iii）传输完成时间最小化，其中假设无限大小的电池，所有到达的数据分组的递送时间被最小化。对于每个目标，一个凸优化问题，制定最优传输策略的属性被识别，并提出了一种算法，计算最优传输策略。最后，基于从离线优化中获得的见解，低复杂度的在线算法执行接近吞吐量和能量最大化问题的最优动态规划解决方案的假设下，开发的能量/数据到达和信道状态是已知的因果关系在发射机。
2014-07-07 cs.IT math.IT
Weighted Sum-Throughput Maximization for Energy Harvesting Powered MIMO Multi-Access Channels
本文提出了一种新的方法来获得最佳的调度策略在多输入多输出（MIMO）多接入信道（MAC），其中每个发射机是由一个单独的能量收集过程。该方法利用最先进的凸优化工具，通过低复杂度的块坐标上升算法，获得了最大化MIMO MAC加权吞吐量和的最优传输策略。所提出的方法可以提供最佳的基准，所有的实际计划，在能量收集供电MIMO MAC传输。基于所揭示的最优策略的结构，我们还提出了一个有效的在线方案，它只需要能量到达实现的因果知识。数值结果证明了所提出的新方案的优点。
2017-09-27 cs.IT math.IT
Importance-Aware Fresh Delivery of Versions over Energy Harvesting MACs
我们考虑的情况下，多个用户，供电的能量收集，通过衰落的多址接入信道（MAC）的接入点（AP）发送版本更新。具有随机重要性权重的版本更新根据外生到达过程到达用户，并且新版本使所有先前版本过时。由于能量收集施加了随时间变化的峰值功率约束，因此不可能瞬时传递版本的所有比特。因此，AP选择最小化重要性权重与在每个时刻要发送的版本的剩余比特数的凸增函数的乘积的有限时域时间平均期望的目标。该目标使尽可能多的比特的重要性感知交付成为可能。在该设置中，AP通过决定每个用户要发送的发送功率和比特数来优化目标函数，该目标函数受到MAC的可实现速率区域约束和用户处的能量约束。我们得到了一个基于马尔可夫决策过程（MDP）的最优在线策略的问题，并推导出该政策的结构特性。然后，我们开发了一个神经网络（NN）为基础的在线启发式政策，我们训练的最佳离线政策的能源，版本到达和通道功率增益过程的不同样本路径。通过数值模拟，我们观察到，基于NN的在线政策执行竞争力相对于基于MDP的在线政策。
2023-03-28 cs.IT math.IT
Performance Analysis of a MIMO System with Bursty Traffic in the presence of Energy Harvesting Jammer
本文探讨了在瑞利衰落环境下，多天线在减轻干扰攻击中的作用。假设干扰机具有能量收集能力，其中能量根据伯努利过程到达。中断概率推导出不同的假设在发射机和接收机的天线数量。还推导了Alamanti空时码的中断概率。这项工作的特点，考虑到随机到达的数据和能量在发射机和干扰机，分别为不同的天线配置的平均服务率。在许多实际应用中，延迟和及时更新是重要的，因此，延迟和平均信息年龄（AAoI）是要考虑的有意义的指标。工作特点这些指标下的干扰攻击。有限和无限能量的电池大小在干扰机上的各种性能指标的影响也进行了探讨。两个优化问题被认为是探讨干扰攻击下AAoI和延迟之间的相互作用。此外，我们的结果表明，即使在干扰攻击下，Alamouti码也可以显着提高系统的性能，并且功率预算较小。本文还演示了如何开发的结果可以是有用的多用户场景。
2021-10-14 cs.IT math.IT
Online Time Sharing Policy in Energy Harvesting Cognitive Radio Network with Channel Uncertainty
本文研究了一种时隙模式下的能量收集认知无线电网络。次级发射器以半双工方式从环境源收集能量，并将其存储在有限容量的可充电电池中。它将每个时隙分为两个阶段：收获阶段和传输阶段。我们在二级用户的能量可用性建模为一阶平稳马尔可夫过程。通过联合优化两个阶段的分时分配和次用户的发射功率，提出了一种鲁棒的在线传输策略，使次用户的平均吞吐量在给定的截止时间内达到最大，并与离线策略和近视策略进行了比较.
2017-09-01 cs.IT math.IT
Sum-Rate Optimal Power Policies for Energy Harvesting Transmitters in an Interference Channel
本文研究了具有能量收集发射机的两用户高斯干扰信道。与传统的电池供电的无线节点不同，能量收集发射机必须使传输适应特定时刻的能量可用性。在这种情况下，最优功率分配问题，以最大限度地提高总吞吐量与给定的最后期限制定。证明了所提出的迭代坐标下降法的收敛性，找到了短期吞吐量最大化的离线功率分配策略，并给出了已知干扰区域和容量的示例，给出了方向注水解释。接下来，随机数据到达的地址。最后提出了在线和/或分布式近优策略。所提出的算法的性能通过仿真证明。
2012-02-27 cs.IT math.IT
GreenDelivery: Proactive Content Caching and Push with Energy-Harvesting-based Small Cells
移动多媒体业务的爆炸式增长要求可扩展的无线接入具有高服务质量和低能量成本。受新兴的能量收集通信以及在接入边缘和用户终端缓存多媒体内容的趋势的启发，我们提出了一个范式转变框架，即GreenDelivery，使得基于能量收集的小型小区能够实现高效的内容交付。为了解决能量收集和内容请求到达的二维随机性，主动缓存和推送针对内容流行度分布和电池状态进行了联合优化。因此，我们开发了一种新的方式来理解内容和能量在时间和空间上的相互作用。提供的案例研究表明，宏BS活动的大幅减少，从而减少了相关的能源消耗从电网。本文还讨论了绿色交付框架的研究问题。
2015-03-22 cs.IT math.IT
Battery Recharge Time of a Stochastic Linear and Non-Linear Energy Harvesting System
从随机源中获取能量的系统在文献中得到了广泛的研究。然而，我们不知道任何工作，处理电池充电到给定水平所需的时间，当能源是离散随机的。这封信的目的是检查一个完美的电池的充电时间。我们研究的情况下，当能量到达是一个泊松过程，更一般地说，一个更新过程。我们得到的公式的充电时间的分布以及充电时间的期望值。使用这些，我们找到了系统的切换时间，然后将其应用于绿色通信的一个收获，然后发送协议的设计。Monte-Carlo模拟验证了所得到的公式。
2018-05-15 cs.IT math.IT
Power Allocation for Conventional and Buffer-Aided Link Adaptive Relaying Systems with Energy Harvesting Nodes
能量收集节点在没有连续供电的协作通信系统中发挥着重要作用。在本文中，我们考虑传统的和缓冲区辅助链路自适应EH中继系统的优化，其中EH源通过EH解码转发中继与目的地通信。在传统的中继中，源和中继在连续的时隙中发送信号，而在缓冲器辅助的链路自适应中继中，源-中继和中继-目的地信道的状态确定是源还是中继被选择用于传输。我们的目标是最大限度地提高系统吞吐量在有限数量的传输时隙的中继协议。在传统中继的情况下，我们提出了一个离线和几个在线的联合源和中继发送功率分配方案。对于离线功率分配，我们制定了一个优化问题，可以最佳地解决。对于在线的情况下，我们提出了一个动态规划（DP）的方法来计算最佳的在线发射功率。为了减轻DP固有的复杂性，我们还提出了几个次优的在线功率分配方案。对于缓冲器辅助链路自适应中继，我们表明，联合离线优化的源和中继的发射功率，随着链路选择的结果在一个混合整数非线性规划，我们最佳地解决使用空间分支定界方法。我们还提出了一个有效的在线功率分配方案和一个朴素的在线功率分配方案的缓冲器辅助链路自适应中继。我们的研究结果表明，链路自适应中继提供了一个更高的计算复杂性的代价比传统的中继性能的改善。
2012-09-11 cs.IT math.IT
Two-hop Communication with Energy Harvesting
具有从环境中获取能量的能力的通信节点有可能在其电池有限容量所限制的时间范围之外运行;因此，延长了整个网络的寿命。然而，在存在能量收集设备的情况下通信系统的优化需要功率分配方面的新范例，因为能量随着时间变得可用。在本文中，我们考虑的问题，两跳中继的能量收集节点的存在。当中继器工作在全双工模式时，我们确定了能量收集源和中继器的最佳离线传输方案。在半双工中继的情况下，我们提供了最佳的传输方案时，源有一个单一的能量包。
2011-09-26 cs.IT math.IT
Weighted Sum-Throughput Maximization for MIMO Broadcast Channel: Energy Harvesting Under System Imperfection
在这项工作中，MIMO广播信道下的能量收集（EH）约束和峰值功率约束的影响。发射机配备了一个混合储能系统，由一个完美的超级电容器（SC）和一个低效的电池组成，其中两个元件的储能容量都有限。此外，还讨论了数据处理电路功耗的影响。具体来说，这里研究了两种极端情况，其中第一种假设理想/零电路功耗，第二种考虑正恒定电路功耗，其中电路总是以其最高功率电平工作。因此，这两种极端情况下的性能分别作为实际系统性能的上限和下限。在这种情况下，离线调度的理想和最大电路功耗进行了研究。相关的优化问题，制定和解决加权吞吐量优化。此外，我们扩展到一般的电路功耗模型。为了补充这项工作，一些直观的在线政策，所有情况下。有趣的是，对于最大电路功耗的情况下，一个接近最优的在线政策，其性能被证明是可比的，其离线对应的数值结果。
2015-11-05 cs.IT math.IT
