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
Wireless Throughput and Energy Efficiency with Random Arrivals and Statistical Queueing Constraints
研究了随机到达数据和统计衰落约束条件下衰落信道的吞吐量和能量效率。特别是，马尔可夫到达模型，包括离散时间马尔可夫，马尔可夫流体，马尔可夫调制泊松源被认为是。利用时变信源的有效带宽和时变无线传输的有效容量，刻画了在统计约束条件下的最大平均到达率.对于两状态（ON/OFF）源模型，吞吐量以封闭形式确定为源统计、信道特性和服务质量（QoS）约束的函数。在一定的渐近制度下，进一步研究了放。此外，能量效率进行了分析，通过确定每比特的最小能量和宽带斜率在低信噪比（SNR）的制度。总体而言，源特性，QoS要求，和信道衰落的相关性的吞吐量和无线系统的能源效率的影响被确定。
2015-09-14 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
Performance Analysis for Energy Harvesting Communication Systems: From Throughput to Energy Diversity
基于能量收集的通信因其广泛的应用和商业化的可行性而引起了人们极大的研究兴趣。在本文中，我们考虑在发射机的EH约束的无线通信。首先，对于延迟容忍的流量，我们调查的长期平均吞吐量最大化的问题和分析比较的吞吐量性能对传统电源支持的系统。其次，对于延迟敏感的业务，我们分析了中断概率通过研究其渐近行为在高能量到达率制度，其中的能量分集的新概念被正式引入。此外，我们表明，中断概率接近零的速度，称为能量分集增益，根据不同的电源模式。
2015-12-02 cs.IT math.IT
Hierarchical Resource Allocation: Balancing Throughput and Energy Efficiency in Wireless Systems
5G及以后无线系统的主要挑战是有效利用可用频谱，同时降低能耗。从无线电资源分配的角度来看，该问题的解决方案是最大化能量效率而不是吞吐量。这导致数据率和能耗之间的最佳效益-成本比。它还经常导致吞吐量的显著降低，并且因此导致可用频谱的未充分利用。基于多目标规划理论来平衡这些指标的当代方法通常缺乏操作意义，并且找到正确的操作点需要仔细的实验和校准。相反，我们提出了分层资源分配的新概念，其中冲突的目标是有序的重要性。这导致资源分配算法，该算法努力使发射功率最小化，同时保持数据率接近最大可实现吞吐量。在一个典型的多小区的情况下，这种策略被证明可以减少65%的传输功率消耗，在吞吐量减少5%的成本。此外，该策略还在全局能效最大化未能实现超过吞吐量最大化的任何增益的情况下节省能量。
2021-02-05 cs.IT math.IT
NOMA for throughput and EE maximization in Energy Harvesting Enabled Networks
通过射频（RF）辐射的无线功率传输被认为是一种潜在的解决方案，以激励能量受限的用户，谁是部署在基站附近（附近的用户）。然而，能量传输需要比正常信息传输多得多的发射功率，这使得为所有附近用户和小区边缘用户提供吞吐量方面的服务质量非常具有挑战性。因此，采用非正交多址接入（NOMA）来提高所有网络用户的吞吐量，同时满足附近用户的能量收集要求是具有实际意义的。为了实现能量收集和信息解码，我们考虑了传输时间切换（transmit-TS）协议。我们制定了两个重要的波束形成问题的用户的最大-最小吞吐量优化和能量效率最大化下的功率约束和能量收集阈值在附近的用户。对于这些问题，优化目标和能量收集在波束形成向量中是非凸的。因此，我们开发了有效的路径跟踪算法来解决这些问题。此外，我们还考虑了传统的基于功率分配（PS）的能量收集接收机。我们的数值结果证实，所提出的传输TS为基础的算法明显优于PS为基础的算法在吞吐量和能源效率方面。
2018-06-23 cs.IT math.IT
Energy Efficient and Throughput Optimal CSMA Scheme
载波侦听多址接入（Carrier Sense Multiple Access，CSMA）由于其简单性和分布式特性而被广泛用作无线网络中的介质访问控制（Medium Access Control，MAC）。这促使研究人员找到实现吞吐量最优的CSMA方案。在2008年，已经证明了一种简单的CSMA型算法能够在吞吐量方面实现最优，并被命名为“自适应”CSMA。最近，出现了一些新技术，其中延长电池寿命至关重要，例如环境和工业监测。这启发了新的基于CSMA的MAC方案的基础，其中允许链路转换到睡眠方式以降低功耗。然而，这些方案的吞吐量最优性没有建立。因此，本文的目的是找到一种新的CSMA方案，结合吞吐量最优和能源效率，适应每个链路的吞吐量和功耗需求。这是通过控制诸如退避和休眠定时器的操作参数来完成的，目的是优化某个目标函数。所得到的CSMA方案的特点是异步的，完全分布式的，能够适应不同的功耗配置文件所需的每个链路，同时仍然确保吞吐量最优。通过计算机模拟证明了与传统的自适应CSMA方案相比，在能量效率方面的性能增益。
2019-08-11 cs.IT math.IT
Extracting the Most Weighted Throughput in UAV Empowered Wireless Systems With Nonlinear Energy Harvester
随着无人机技术的日益成熟，本文研究了无人机与无线通信系统的融合问题。由于无人机是由一个容量有限的电池供电，这项工作提出了使用无线电能量收集技术在无人机，以延长无人机授权基站的寿命。为提取无人机授权无线系统的最大加权吞吐量，利用脏纸编码方案和信息论上下行信道对偶性，提出了一种最大加权吞吐量提取算法。数值结果被用来验证所提出的算法。
2018-04-28 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
Experimental Analysis of Harvested Energy and Throughput Trade-off in a Realistic SWIPT System
我们建立了一个现实的同步无线信息和功率传输（SWIPT）的原型和实验分析收获的能量和吞吐量的权衡。实现了时间切换和功率分配接收机结构，并进行了性能比较。系统的SWIPT传输信号的设计方法也被认为是原型和实施。不同的传输信号设计，调制方案和接收机架构的收获能量吞吐量（E-T）的性能进行评估和比较。功率分配接收机架构和叠加传输信号设计技术的组合显示了E-T区域的显著扩展。实验结果充分验证了理论信号设计预测的观测结果，并证实了系统信号设计对系统性能的好处。这些观察结果为如何设计实用的SWIPT系统提供了重要的见解。
2019-08-22 cs.IT math.IT
Network Slicing for Service-Oriented Networks with Flexible Routing and Guaranteed E2E Latency
网络功能虚拟化是在第五代及以后的网络中同时支持具有不同特性和需求的多个服务的有前途的技术。在实践中，每个服务都由一系列预定的功能组成，称为服务功能链（SFC），在云环境中运行。为了使不同的服务切片能够协调工作，关键是选择云节点来部署SFC中的功能，并灵活地路由服务的流程，使得这些功能按顺序处理，保证所有服务的端到端（E2E）延迟约束，并尊重所有资源约束。在本文中，我们提出了一个新的（混合二进制线性规划）制定上述网络切片问题，优化系统的能源效率，同时共同考虑资源预算，功能实例化，流路由，和E2E延迟要求。数值结果表明，所提出的配方相比，现有的优势。
2020-05-01 cs.IT cs.NI eess.SP
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
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
A Throughput and Energy Efficiency Scheme for Unlicensed Massive Machine Type Communications
本文研究了未经许可的机器类型通信网络的吞吐量和能源效率。如果在网络中发生中断事件，则存在分组重传的可能性，以便获得较低的错误概率。该模型包括两种类型的用户，授权和未授权用户的网络。授权用户分配的上行链路信道也由未授权用户使用。然而，这是以这样的方式完成的，即与未许可用户共享相同的信道不会对许可用户的传输造成损害。然而，授权用户的传输会对未授权网络造成干扰。这里使用泊松点过程来模拟节点的位置和干扰对网络的影响。我们研究了不同的因素，如重传次数，SIR阈值和中断可以影响网络的吞吐量和能量效率。吞吐量和能源效率也都研究了约束优化问题，其中的约束是SIR阈值和重传尝试次数。我们还展示了为什么使用有限的传输是重要的，以及有什么好处。
2019-05-04 cs.IT math.IT
Sensing-Throughput Tradeoff for Superior Selective Reporting-based Spectrum Sensing in Energy Harvesting HCRNs
在本文中，我们研究了传统的协作感知（CCS）和优越的选择性报告（SSR）的协作感知的性能在一个能量收集使能异构认知无线电网络（HCRN）。特别是，我们推导出这两种方案的可实现的吞吐量的表达式，并制定非线性整数规划问题，以找到吞吐量最佳的频谱传感器的集合，预定感测一个特定的信道，给定主用户（PU）的干扰和能量收集的约束。此外，我们提出了新的解决方案的基础上的交叉熵（CE）方法的优化问题，并与穷举搜索和贪心算法的性能进行比较。最后，我们讨论了SSR和CCS方案的平均可实现的吞吐量之间的权衡，并强调了SSR方案优于CCS方案的制度。值得注意的是，我们表明，有一个固有的权衡之间的通道可用时间和检测精度。我们的数值结果表明，随着频谱传感器数量的增加，信道可用时间在HCRN中获得更高的优先级，而不是检测精度。
2019-02-01 cs.IT math.IT
On the Throughput and Energy Efficiency of Cognitive MIMO Transmissions
在本文中，吞吐量和能量效率的认知多输入多输出（MIMO）系统的服务质量（QoS）的约束下，干扰限制，和不完善的信道感知，进行了研究。假设输入信号向量的发射功率和协方差根据系统中主用户（PU）的感测活动而变化。干扰约束应用于认知无线电（CR）的传输功率电平，以提供保护的PU，其活动被建模为马尔可夫链。考虑到传输的可靠性和信道检测结果，提供了一个状态转移模型。吞吐量由有效容量公式确定。一阶导数的有效容量推导出在低功率制度和最低比特能量的要求，在存在的QoS限制和不完善的检测结果被确定。每比特的最小能量示出通过波束成形在最大特征值特征空间的某些矩阵相关的信道矩阵。在特殊情况下，宽带斜率被确定用于能量效率的更精细的分析。数值结果提供了各种级别的缓冲区的限制和不同数量的发射和接收天线的吞吐量。干扰约束和多天线传输的好处的影响被确定。它示出，当干扰功率约束严格时，增加天线的数量通常是有益的。另一方面，它表明，在相对宽松的干扰约束下，增加天线的数量超过一定的水平不会导致太多的吞吐量增加。
2013-08-21 cs.IT math.IT
Throughput and Energy Efficiency Analysis of Small Cell Networks with Multi-antenna Base Stations
小小区网络最近被提出作为下一代蜂窝网络的重要演进路径。然而，随着越来越多的不规则部署的基站（BS），量化可实现的网络吞吐量或能量效率变得越来越困难。在本文中，我们开发了一个小小区网络的下行链路性能评估的分析框架，基于随机空间网络模型，其中BS和用户被建模为两个独立的空间泊松点过程。一个新的简单的中断概率的表达式，推导出，这是分析听话，特别是有用的多天线传输。然后将这个新结果应用于评估网络吞吐量和能量效率。分析表明，部署更多的BS或更多的BS天线总是可以增加网络的吞吐量，但性能增益关键取决于BS用户密度比和BS天线的数量。另一方面，如果基站功耗的不同组成部分满足一定的条件，则增加基站密度或发射天线数会使能量效率先增加后降低，并且可以找到最优基站密度和最优基站天线数，否则能量效率总是降低。仿真结果表明，基于随机网络模型的结论是普遍的，也适用于规则的网格模型。
2013-06-26 cs.IT math.IT
Optimization of Energy-Constrained Wireless Powered Communication Networks with Heterogeneous Nodes
在本文中，我们研究的无线网络中，节点有两个能源，即电池和射频（RF）能量收集电路。我们制定了两个不同的目标函数的优化问题，即最大化的总和吞吐量和最大化的最小吞吐量，增强公平性。此外，我们通过表征的条件下，这两个制定的优化问题可以减少到不同的已知的无线网络，即传统的无线网络（电池供电）和无线供电的通信网络（WPCN），只有射频能量收集节点的相应问题，所提出的系统模型的通用性。此外，我们介绍了WPCN与两种类型的节点，有和没有RF能量收集能力，其中没有RF能量收集的节点被用来提高总吞吐量，甚至超过WPCN与所有能量收集节点。我们建立了凸性的所有制定的问题，打开了有效的解决方案，使用标准技术的空间。我们的数值结果表明，两种类型的无线网络，即WPCN只有RF能量收集节点和传统的无线网络，被认为是，分别作为下限和上限的广义问题设置的最大和吞吐量和最大吞吐量方面的性能。此外，结果揭示了新的见解和吞吐量公平性权衡独特的新问题设置。
2017-09-30 cs.IT math.IT
Throughput, Bit-Cost, Network State Information: Tradeoffs in Cooperative CSMA Protocols
在无线局域网中，空间变化的信道条件导致上行链路中不同节点之间的严重性能差异，这取决于它们的位置。吞吐量和能量消耗都受到影响。提出了合作议定书，以减少这些差异。然而，需要来自其他节点的附加网络状态信息（NSI）来实现协作。这项工作的目的是评估NSI和合作程度如何影响吞吐量和能源费用。为此，定义了称为fairMAC的CSMA协议，其允许以分布式方式调整节点处的NSI的量和节点之间的协作程度。通过分析通过蒙特卡洛模拟获得的数据与不同的协议参数fairMAC，两个基本的权衡确定：第一，更多的合作导致更高的吞吐量，但也增加了能源费用。第二，使用多个助手增加了吞吐量并降低了能量消耗，但是，网络中的节点必须获得更多的NSI。所获得的见解用于增加网络的生命周期。虽然与完全不合作相比，完全合作缩短了寿命，但部分合作可以将寿命增加25%以上。
2010-06-21 cs.IT math.IT
Energy-aware Mode Selection for Throughput Maximization in RF-Powered D2D Communications
射频供电网络中的双远近问题可以通过选择合适的设备到设备（D2 D）通信模式和实现能量高效的信息传输（IT）来缓解。在这项工作中，我们提出了一种新的RF能量收集架构，其中每个发送-接收用户对被分配一个不相交的信道用于其通信，该信道完全由来自混合接入点（HAP）的下行链路能量传输（ET）供电。考虑到每个用户对可以选择D2 D或蜂窝通信模式，我们提出了一种由HAP控制的优化传输协议，该协议涉及用于ET和IT的能量感知联合最优模式选择（MS）和时间分配（TA），以最大化总吞吐量。联合全球最优解是通过有效地解决组合问题的帮助下，最优MS策略，对于一个给定的TA ET。在D2 D和蜂窝模式的最佳TA的封闭形式的表达式也得到了进一步的分析见解。数值结果表明，联合最佳MS和TA，这显着优于基准计划在可实现的RF供电的总吞吐量，紧随其后的是最佳的TA计划D2 D用户。事实上，总用户对中的大约$2/3$部分更喜欢遵循D2 D模式，以实现高效的RF供电IT。
2017-09-07 cs.IT math.IT
Effects of Mobility on User Energy Consumption and Total Throughput in a Massive MIMO System
无线用户的宏观移动性对于确定无线网络的性能和能量效率是重要的，因为它在消耗的功率和吞吐量中引入了时间相关性。在这项工作中，我们介绍了一种方法，获得长期的网络中的这些指标的统计。在描述了一般的方法，我们提出了一个具体的例子，在一个大规模的MIMO基站天线阵列附近的移动用户的上行链路信道。为了保证固定的SINR和速率，用户在小区中移动时反转路径损耗信道功率。为了计算用户消耗的能量的长时间分布，我们假设他的运动遵循布朗运动，然后将问题映射到偏微分方程的最小特征值的解，其可以解析地或非常快速地数值求解。我们还处理单个用户的吞吐量。然后，我们讨论的结果，以及如何可以推广，如果流动性被假定为一个利维随机游走。我们还提供了一个路线图，使用这种技术时，考虑到多个用户和基站。
2014-07-12 cs.IT math.IT
Throughput Maximization in Wireless Powered Communication Networks
本文研究了一种新出现的无线供电通信网络（WPCN），在该网络中，一个具有恒定电源的混合接入点（H-AP）协调来自/去往没有能源的分布式用户的无线能量/信息传输。提出了一种“收集然后发送”协议，其中所有用户首先在下行链路（DL）中收集由H-AP广播的无线能量，然后通过时分多址（TDMA）在上行链路（UL）中向H-AP发送它们的独立信息。首先，我们研究了所有用户的总吞吐量最大化，通过联合优化DL无线功率传输与用户的UL信息传输的时间分配，给出了基于用户的DL和UL信道以及它们的平均收获能量值的总时间约束。通过应用凸优化技术，我们得到了封闭形式的最佳时间分配，以最大化总吞吐量的表达式。我们的解决方案揭示了由于DL和UL距离相关的信号衰减而导致的“双近远”现象，其中距离H-AP较远的用户（其在DL中接收到的无线能量比较近的用户少）必须在UL中以更多的功率进行传输以实现可靠的信息传输。因此，最大的总吞吐量是通过分配更多的时间给附近的用户比远的用户，从而导致在不同的用户之间的不公平的速率分配。为了克服这个问题，我们还提出了一个新的性能指标，所谓的共同吞吐量与额外的约束，所有用户都应该被分配以平等的速率，而不管他们的距离的H-AP。我们提出了一个有效的算法来解决公共吞吐量最大化问题。仿真结果表明，共同吞吐量的方法来解决新的WPCN双远近问题的有效性。
2014-07-21 cs.IT math.IT
Throughput Maximization for the Gaussian Relay Channel with Energy Harvesting Constraints
本文考虑在无线协作通信中使用能量采集器，而不是传统的时不变能量源。为了便于阐述，我们研究了经典的三节点高斯中继信道，其中源节点和中继节点利用能量收集源的能量进行传输.假设一个确定性EH模型下的能量到达时间和收获量是已知的传输之前，吞吐量最大化问题在有限的地平线上的$N$传输块进行了研究。特别地，考虑具有不同延迟约束的两种类型的数据业务：延迟约束（DC）业务（对于其，在目的地处仅允许一个块解码延迟）和无延迟约束（NDC）业务（对于其，允许多达$N$块的任意解码延迟）。对于DC的情况下，我们表明，随着时间的推移，联合源和中继功率分配是必要的，以实现最大的吞吐量，并提出了一个有效的算法来计算最佳的功率配置文件。对于NDC的情况下，虽然吞吐量最大化问题是非凸的，我们证明了分离原则的源和中继功率分配问题的最优性，在此基础上，两阶段的功率分配算法的开发，分别获得最佳的源和中继功率配置文件。此外，我们还比较了DC和NDC情形，得到了NDC情形严格优于DC情形的充分必要条件。结果表明，NDC传输是能够利用一种新形式的多样性所产生的独立源和中继能量可用性随着时间的推移在合作通信，称为“能量分集”，即使与时不变的信道。
2012-05-18 cs.IT math.IT
Throughput Maximization for Laser-Powered UAV Wireless Communication Systems
激光电源已成为为无人机（UAV）提供方便和可持续能源供应的可行解决方案。在本文中，我们研究了一种激光供电的无人机无线通信系统，其中激光发射器发送激光束来充电飞行中的固定翼无人机，无人机使用收集的激光能量与地面站进行通信。为了维持无人机的可持续运行，其总能量消耗不能超过激光发射器的能量。在这样的激光能量收集约束下，我们通过联合优化无人机的轨迹及其发射功率分配，在有限的持续时间内最大化从无人机到地面站的下行链路通信吞吐量。但由于无人机能耗模型复杂，该问题具有非凸性，求解难度较大。为了解决这个问题，我们首先考虑一个特殊的情况下，一个双圆形的无人机轨迹，平衡之间的权衡最大限度地提高激光能量收集与无线通信在无人机的性能。接下来，基于所获得的双圆轨迹，我们提出了一个有效的解决方案的一般问题，通过应用交替优化和序列凸规划（SCP）的技术。最后，数值结果验证了所提出的设计的通信吞吐量性能。
2018-03-02 cs.IT math.IT
Energy-Throughput Trade-offs in a Wireless Sensor Network with Mobile Relay
在本文中，我们分析了在无线传感器网络中的链路能量和吞吐量之间的权衡。我们感兴趣的应用程序是一个，其中一些低功耗的传感器需要无线通信的测量到一个通信汇，或目的地节点，通信到中央处理器。我们专注于一个特定的传感器源，并考虑的情况下，到目的地的距离是超过峰值功率的源。需要一个中继节点。可以调整传感器和中继器的传输能量，以使从传感器源到目的地的连接的给定吞吐量的总能量最小化。我们引入了一个有界随机游走模型的传感器和目的节点之间的中继移动，并使用马尔可夫稳态分析的总传输能量和吞吐量性能的特点。基于总能量和吞吐量之间的权衡，我们提出了一个新的分时协议，利用移动的中继，以减少总能量。我们证明了分时的有效性，最大限度地减少总能耗，同时实现吞吐量的要求。然后，我们表明，分时方案比流行的睡眠方式方案更节能。
2014-03-24 cs.IT cs.NI 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
Stable Throughput of Cooperative Cognitive Networks with Energy Harvesting: Finite Relay Buffer and Finite Battery Capacity
研究了一种协作认知无线电网络的通用模型，其中次用户同时具有有限的中继队列和有限的电池队列。我们的主要目标是表征稳定的吞吐量区域。然而，这种系统的稳定吞吐量区域的完整表征是出了名的困难，因为计算的两个有限队列的二维马尔可夫链（MC）模型的稳态分布是非常复杂的。我们首先提出了一个算法来表征稳定的吞吐量区域的数值，并显示其纯粹的计算复杂性为大队列长度。为了提供易处理性和探索在认知节点的设计参数优化的性质，我们接下来集中在两个更简单的系统，即，有限电池队列与无限中继队列和有限中继队列与无限电池队列（以下分别称为主导系统$1$和$2$）。对于每个建议的主导系统，我们调查的最大服务率的认知节点的稳定性条件。尽管制定的优化问题的复杂性，由于其非凸性，我们利用问题的结构，将其转化为线性规划。因此，我们能够有效地解决他们使用标准的线性规划求解器。我们的数值结果表明，在实际系统中，有限的电池和中继队列实现相同水平的好处的系统具有无限的队列大小，当它们的大小足够大。他们还表明，当能量收集过程的到达率增加时，可实现的稳定吞吐量区域显着扩大。
2018-06-18 cs.IT math.IT
End-to-end Throughput Maximization for Underlay Multi-hop Cognitive Radio Networks with RF Energy Harvesting
研究了能量收集认知无线电网络（EH-CRN）中主用户（PU）和次用户（SU）共存的绿色模式，其中无电池SU捕获PU的频谱和能量，以提高频谱效率和绿色能源利用率。为了降低SU的发射功率，我们采用时分多址的多跳传输，通过该多跳传输，SU首先从PU的RF信号中收获能量，然后在分配的时间内与PU同时发射数据，所有这些都在授权频谱中。这样，每个SU的可用发射能量主要取决于在轮到发射之前所收获的能量，即能量因果关系。同时，必须严格控制SU的发射功率，以保护PU免受有害干扰。因此，受能量因果关系约束和干扰功率约束，我们研究了端到端的吞吐量最大化问题的最优时间和功率分配。为了解决这个非凸问题，我们首先等价地将其转化为一个凸优化问题，然后提出了联合最优时间和功率分配（JOTPA）算法，迭代求解一系列的可行性问题，直到收敛。大量的仿真评估的性能与JOTPA的EH-CRN在三个典型的部署场景，并通过与其他两个资源分配算法进行比较，验证了JOTPA的优越性。
2017-03-08 cs.IT math.IT
On the Performance of Multi-Antenna Wireless-Powered Communications with Energy Beamforming
在本文中，我们研究了能量波束形成的平均吞吐量性能在多天线无线供电通信网络（WPCN）。所考虑的网络由一个混合接入点（AP）与多个天线和一个单天线用户。用户没有恒定的电源，因此需要从AP在下行链路（DL）中广播的信号中收集能量，然后在上行链路（UL）中将其数据与收集的能量一起发送回AP。我们推导出封闭形式的平均吞吐量和他们的渐近表达式在高信噪比的延迟限制和延迟容忍传输模式。然后，针对高SNR，获得最大化系统吞吐量的最佳DL能量收集时间。所有的解析表达式都通过数值模拟进行了验证。各种参数，如AP发射功率，能量收集时间，和天线的数量，对系统吞吐量的影响也进行了研究。
2015-03-10 cs.IT math.IT
Wireless Powered Communications: Performance Analysis and Optimization
本文研究了无线供电通信系统的平均吞吐量，其中能量受限的源，由一个专用的功率信标（PB），与目的地进行通信。假设PB能够作为通信设备执行信道估计、数字波束成形和频谱感测。考虑时间分裂方法，源首先从配备有多个天线的PB收集能量，然后将信息发送到目的地。假设Nakagami-m衰落信道，平均吞吐量的解析表达式推导出两种不同的传输模式，即延迟容忍和延迟不容忍。此外，在某些特殊情况下，即，高发射功率状态和大量天线。最后，研究了同频干扰的影响。数值和仿真结果表明，增加PB处的发射天线的数量是提高平均吞吐量的有效工具，并且干扰可以被潜在地利用来提高平均吞吐量，因为它可以被用作额外的能量源。此外，能量传输链路的衰落严重程度对平均吞吐量的影响并不显著，特别是当PB天线的数量很大时。最后，它是观察到的源位置有很大的影响，平均吞吐量。
2015-10-08 cs.IT math.IT
Optimal Cell Load and Throughput in Green Small Cell Networks with Generalized Cell Association
本文深入探讨了绿色（节能）小小区网络中小区关联、小区负载和吞吐量之间的基本相互作用，其中所有基站形成强度为$λ_B$的齐次泊松点过程（PPP），而所有用户形成强度为$λ_U$的另一个独立的PPP。在广义（信道感知）小区关联（GCA）下，首先从理论上分析了在蜂窝网络建模中由于罕见而被忽略的小区空度。我们证明了空单元概率不能再被忽略，因为它被$\exp(-λ_U/λ_B)$限制在上面，该$\exp(-λ_U/λ_B)$在小单元网络中通常不小。给出了GCA空信元概率的精确表达式，并将其用于推导平均信元吞吐量和用户吞吐量。我们了解到小区关联和小区负载$λ_U/λ_B$显著影响这两个吞吐量。根据平均小区吞吐量和用户吞吐量，分别定义了绿色小区吞吐量和用户吞吐量，以反映基站的能量是否被有效地用于传输信息。为了在一定的绿色度水平下实现令人满意的吞吐量，应该适当地确定小区负载。分别给出了使绿小区和用户吞吐量最大化的最优小区负载的理论解，并通过仿真验证了其正确性。
2015-09-11 cs.IT math.IT
Impact of Node Speed on Throughput of Energy-Constrained Mobile Networks with Wireless Power Transfer
无线充电站（WCS）将能量无线地传输到其充电区域内的移动节点。本文研究了当分组传输受到节点能量状态约束时，节点速度对覆盖WCS的移动网络吞吐量的影响。每个节点的能量供应取决于其移动速度。在充电区域外的缓慢移动的节点在很长一段时间内无法从WCS接收能量，而在充电区域内的一个节点持续地为电池充电。考虑到这些现象，我们设计了一个二维马尔可夫链，其中的状态分别代表剩余能量和距离最近的WCS。解决这一问题可以实现以下理论见解。首先，吞吐量是节点速度的非减函数。随着更快的节点速度，吞吐量收敛到独立同分布（i.i.d.）移动模型，其中节点可以移动到任何地方，而不受其先前位置的限制。其次，如果每个节点的电池容量是无限的，吞吐量相当于i.i.d.移动性模型，而不管节点速度。最后，吞吐量缩放被计算为Theta（min（1，m/n）c^{ \min（1，m/n），其中n和m分别表示节点和WCS的数量。
2017-09-08 cs.IT cs.NI 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
Energy-Throughput Tradeoff in Sustainable Cloud-RAN with Energy Harvesting
在本文中，我们研究联合波束成形的能量吞吐量权衡在一个可持续的云无线电接入网络系统，其中多个基站（BS）由独立的可再生能源供电将协同传输无线信息和能量的数据接收器和能量接收器同时。为了在有限的时间范围内获得最佳的联合波束成形设计，我们制定了一个优化问题，以最大限度地提高数据接收器的吞吐量，同时保证足够的RF充电能量的能量接收器。虽然这类问题是非凸的，但它可以松弛成凸的形式，并以松弛问题的最优值为上界。我们进一步证明了上界的紧密性，通过显示放松的问题的最优解是秩一。在此基础上，提出了一种有效的在线算法。最后，进行了大量的仿真，以验证所提出的联合波束形成策略的优越性，其他波束形成设计。
2017-05-08 cs.IT cs.NI math.IT
Green Sensing and Access: Energy-Throughput Tradeoffs in Cognitive Networking
有限的频谱资源和高数据率应用的急剧增长促使了利用有前途的认知网络概念的机会性频谱接入。虽然这一概念的出现主要是为了提高频谱利用率并允许异构网络技术的共存，但能耗的重要性带来了额外的挑战，因为能耗和通信性能可能不一致。本文研究了认知网络中能量有效的频谱感知和频谱切换方法。的权衡之间的能量消耗和吞吐量，根据本地以及根据合作感测的特点，和什么进一步的方面需要进行调查，以实现能源效率的认知操作下的各种应用需求进行了讨论。
2015-08-03 cs.IT cs.NI 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 Network Slicing for Service-Oriented Networks with Flexible Routing and Guaranteed E2E Latency
网络功能虚拟化是在5G及更高网络中同时支持具有不同特性和要求的多个服务的有前景的技术。具体地，每个服务由在云环境上运行的预定功能序列（称为服务功能链（SFC））组成。为了使不同的服务切片协调地正常工作，关键是适当地选择云节点以在SFC中部署功能，并灵活地路由服务的流，使得这些功能以相应SFC中定义的顺序被处理，保证所有服务的端到端（E2E）延迟约束，并且尊重所有云和通信资源预算约束。在本文中，我们首先提出了一个新的混合二进制线性规划（MBLP）制定上述网络切片问题，优化系统的能源效率，同时联合考虑E2E的延迟要求，资源预算，流路由，和功能实例化。然后，我们开发了另一种MBLP配方，并表明这两种配方是等价的，在这个意义上，他们共享相同的最优解。然而，由于第二个问题公式中的变量和约束的数量明显小于第一个问题公式中的变量和约束的数量，因此求解第二个问题公式在计算上更有效，特别是当相应网络的维数很大时。数值结果表明，所提出的公式相比现有的优势。
2021-06-05 cs.IT cs.NI eess.SP
Maximum Throughput of a Cooperative Energy Harvesting Cognitive Radio User
在本文中，我们研究的最大吞吐量的饱和可充电次用户（SU）共享频谱与主用户（PU）。SU以一定的收获率从环境中收获能量包（令牌）。假设所有的发射机都有数据缓冲器来存储输入的数据包。除了其自身的业务缓冲器之外，SU还具有用于存储用于中继的被准许的主分组的缓冲器;以及用于存储从环境中收获的能量令牌的缓冲器。我们提出了一个新的合作认知中继协议，允许SU中继一小部分未交付的主要数据包。我们考虑干扰信道模型（或多包接收（MPR）信道模型），并发传输可以生存的干扰，具有一定的概率，其特征在于补充的信道中断。该协议充分利用了主队列的突发性和接收端的MPR能力。此外，它在次级吞吐量最大化的目标下有效地消耗次级能量令牌。我们的数值结果显示了合作的好处，接收器的MPR能力，和二次能量队列到达率的系统性能从网络层的角度来看。
2014-07-08 cs.IT cs.NI math.IT
User Cooperation for Enhanced Throughput Fairness in Wireless Powered Communication Networks
研究了无线供电通信网络（WPCN）中一种新的用户协作方法，即一对分布式终端用户首先从一个能量节点（EN）广播的无线能量中获取能量，然后利用所获取的能量协作向目的节点（DN）发送信息。特别地，两个协作用户彼此交换它们的独立信息以形成虚拟天线阵列并且联合地向DN发送。通过允许每个用户分配其收集的能量的一部分来发送其他的信息，所提出的合作可以有效地缓解WPCN中的用户不公平问题，其中用户可能由于差的能量收集性能和高数据传输消耗而遭受非常低的数据率。通过优化无线能量传输、用户消息交换和联合信息传输的时间分配，我们得到了合作方案所实现的最大公共吞吐量。通过与一些有代表性的基准方案的比较，我们的结果表明，所提出的用户合作在提高吞吐量性能在不同的设置下的有效性。
2016-10-28 cs.IT cs.NI math.IT
Effect of Energy Harvesting on Stable Throughput in Cooperative Relay Systems
本文研究了随机介质接入条件下，能量约束对一个源节点、一个中继节点和一个目的节点组成的两跳网络的影响。被认为是一个擦除的碰撞信道，源和中继节点具有能量收集能力和无限的电池来存储收集的能量。此外，源和中继节点具有外部流量到达，并且中继将源节点的流量的一部分转发到目的地;在网络级执行合作。对于给定的传输概率向量的稳定区域的内界和外界。然后，分别获得内界和外界的封闭性，并且它们是相同的。这项工作不仅是连接信息论和网络的一个步骤，通过研究最大稳定吞吐量区域度量，而且它挖掘了相对未开发和重要的能量收集领域，并评估了对这一重要措施的影响。
2015-02-04 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Energy Management Strategies in Wireless Data and Energy Cooperative Communications
本文提出了一种新的协作无线通信网络策略，结合能源合作和数据合作。该协议的模型建立，设计目标配方，和算法的吞吐量最大化的提出和说明使用一个三节点网络，两个能量收集（EH）的用户节点和一个目的节点。传输模型是建立从性能分析，共四个场景。基于该模型，我们寻求找到最佳的能源管理策略，通过联合优化每个用户的时间分配，在这些时间间隔的功率分配，以及在用户节点的数据吞吐量，以最大限度地提高总吞吐量，或者，在所有情况下，两个用户的最小吞吐量。提出了一种加速牛顿障碍算法和一种基于传输模型局部二次近似的替代算法来求解上述优化问题。在实际环境下的数值实验提供了支持的意见，我们的性能分析。
2018-01-28 cs.IT eess.SP math.IT
On Spectrum Sharing Between Energy Harvesting Cognitive Radio Users and Primary Users
本文研究了一个可充电的次要用户（SU）共享频谱与一个主要用户（PU）插入到一个可靠的电源的最大次要吞吐量。SU维持有限的能量队列，并从自然资源和主射频（RF）传输中收获能量。我们提出了一个功率分配策略在PU和SU的吞吐量上的PU和分析其效果。此外，我们研究了突发到达PU上的SU从RF传输中收获的能量的影响。此外，我们调查的自然资源上的SU吞吐量的能量收集率的影响。我们假设衰落信道和计算精确的封闭形式的表达式由SU下衰落收获的能量。结果表明，所提出的功率分配策略以及在SU处实施的RF能量收集增强了主链路和辅链路的吞吐量。
2014-07-30 cs.IT cs.NI math.IT
Throughput Maximization for Wireless Powered Communications Harvesting from Non-dedicated Sources
我们考虑无线供电通信，其中用户从非专用源获取能量。用户遵循一个收获然后发送协议：在时隙时间的第一阶段，源节点从附近的传统接入点收获能量，然后在第二阶段将信息发送到其目的地节点或中继节点。我们得到了最佳的\textit{ harvesting ratio}，以最大化的预期吞吐量直接传输（DT）和解码转发（DF）中继中断约束下，分别。我们的研究结果表明，DT的最佳收获率是由中断约束，而DF中继，由数据的因果关系。
2017-01-25 cs.IT cs.NI math.IT
Energy-Efficient Throughput Maximization in mmWave MU-Massive-MIMO-OFDM: Genetic Algorithm based Resource Allocation
提出了一种新的基于遗传算法的资源分配（GA-RA）技术，用于多用户大规模多输入多输出（MU-mMIMO）系统中基于正交频分复用（OFDM）传输的能量有效吞吐量最大化。我们采用具有三个阶段的混合预编码（HP）架构：（i）射频（RF）波束形成器，（ii）基带（BB）预编码器，（iii）资源分配（RA）块。首先，通过慢时变偏离角（AoD）信息为所有子载波构建单个RF波束形成器块。为了提高能量效率，RF波束形成器旨在通过少量的RF链来降低硬件成本/复杂性和总功耗。然后，在针对每个子载波的不同BB预编码器和RA块的设计中利用减小大小的有效信道状态信息（CSI）。BB预编码器是通过正则化迫零技术开发的。最后，通过分配功率和子载波资源，通过建议的GA-RA技术来实现吞吐量最大化的RA块。实验结果表明，与等随机接入（EQ-RA）和基于粒子群优化的随机接入（PSO-RA）相比，GA-RA技术大大提高了MU-mMIMO-OFDM系统的吞吐量性能。此外，性能增益比随着子载波数量的增加而增加，特别是对于低传输功率。
2022-02-18 cs.IT eess.SP math.IT
Throughput Maximization for Full Duplex Wireless Powered Communication Networks
在本文中，我们考虑了一个全双工无线供电通信网络，多个用户与RF能量收集能力进行通信的混合能源和信息接入点。一个优化框架，提出了一个现实的能量收集模型，将初始电池水平的用户考虑到能源因果关系和最大发射功率约束的用户的总吞吐量最大化的目标。功率控制、时间分配和调度的联合优化问题在数学上被表示为一个混合整数非线性规划问题，很难得到全局最优解。基于对优化变量的最优性分析，分别研究了最优功率和时间分配以及调度决策。对于给定的传输阶数，证明了最优功率和时间分配问题是凸的。基于导出的最优性条件，我们提出了一个快速的多项式时间复杂度的启发式算法。我们说明，该算法执行非常接近最佳的，同时显着优于一个平等的时间分配为基础的调度方案。
2019-10-29 cs.IT cs.NI eess.SP
