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
Training Optimization for Energy Harvesting Communication Systems
能量收集（EH）最近成为解决无线传感器网络生命周期挑战的有效方法，因为它可以从环境中持续收集能量。不幸的是，在EH通信系统中保证令人满意的短期性能是具有挑战性的，因为所收集的能量是零星的。在本文中，我们考虑EH通信系统中的信道训练优化问题，即，如何获得准确的信道状态信息以提高通信性能。与传统通信系统相比，EH通信系统中训练功率和训练周期的优化是一个耦合问题，这使得这种优化非常具有挑战性。我们将制定EH通信系统的最佳训练设计问题，并提出两种解决方案，自适应调整训练周期和功率的基础上的瞬时能量分布或平均能量收获率。数值和仿真结果表明，训练优化是EH通信系统的重要。特别是，它将表明，对于短块长度，训练优化是至关重要的。相反，对于长块长度，最佳训练周期对块长度的值和能量分布都不太敏感。因此，可以使用适当选择的固定训练周期值。
2012-07-14 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
A General Utility Optimization Framework for Energy Harvesting Based Wireless Communications
近年来，期望无线通信系统通过用能量收集（EH）设备替换诸如电池之类的常规固定电源来实现更具成本效益和可持续性的操作，能量收集（EH）设备可以从可再生能源（例如，太阳能和风能）。然而，这种EH电源本质上是随机的和不稳定的，并且因此对可靠的通信设计提出了新的挑战，并且已经引发了对基于EH的无线通信的大量研究兴趣。在现有工作的基础上，在这篇文章中，我们开发了一个通用的优化框架，以最大限度地提高EH无线通信系统的效用。我们的框架封装了各种设计问题，如吞吐量最大化和中断概率最小化在单用户和多用户设置，并提供了有用的指导方针，以实际设计的一般EH为基础的通信系统与不同的假设知识随时间变化的无线信道和EH率在发射机。
2015-01-07 cs.IT math.IT
Geometric projection-based switching policy for multiple energy harvesting transmitters
发射机切换可以向具有多个能量收集发射机的通信系统提供弹性和鲁棒性。然而，过多的发射机切换将带来沉重的控制开销。针对具有多个能量收集发射机和一个接收机的通信系统，提出了一种基于几何投影的发射机切换策略，该策略可以减少切换次数.结果表明，所提出的发射机切换策略优于几个启发式的。
2014-05-19 cs.IT math.IT
Sensitive and Nonlinear Far Field RF Energy Harvesting in Wireless Communications
这项工作研究了现实中观察到的远场RF能量收集的有限灵敏度和非线性，并量化了它们的影响，试图填补同时无线信息和功率传输（SWIPT）文献中的一个主要空白。考虑到有限的灵敏度和饱和效应，RF收获功率被建模为接收功率的任意非线性、连续和非递减函数。RF收集器的灵敏度可能比通信接收器的灵敏度差几dB，潜在地使得RF信息信号对于能量收集目的无用。给定有限数量的数据点对的收获（输出）功率和相应的输入功率，分段线性近似的应用和收获的功率的统计提供，作为无线信道衰落统计的函数。需要有限数量的数据点，并提供准确性分析。案例研究包括占空比（非连续）以及连续SWIPT，与行业级RF采集进行比较。建议的近似，即使简单，提供准确的性能为所有研究的指标。另一方面，线性模型或非线性无限灵敏度收获模型偏离实际，特别是在低输入功率区。所提出的方法可用于当前和未来的SWIPT研究。
2018-03-04 cs.IT math.IT
Secrecy Analysis of Energy-Harvesting Backscatter Communications with Tag Selection in Nakagami-m Fading
本文针对 Nakagami-m 衰落下的非线性能量收集反向散射通信，分析四种标签选择方案的保密性能，推导 SOP 与 IP 的闭式及渐近表达式并通过仿真验证。
2025-03-16 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface With Energy Harvesting Assisted Cooperative Ambient Backscatter Communications
采用可重构智能表面（RIS）辅助后向散射发射机，可以提高协作环境后向散射通信（CABC）的性能。由于RIS功耗是一个不可忽略的问题，我们考虑一个RIS辅助CABC系统，其中RIS与能量收集电路不仅可以反射信号，而且还可以收集无线能量。我们研究的传输设计问题，以尽量减少RIS的功耗与服务质量的约束，主动和反向散射传输。该优化问题是一个混合整数非凸规划问题，是NP-困难的。针对这一问题，提出了一种基于块坐标下降、半定松弛和乘子交替方向法的算法。仿真结果验证了该算法的有效性。
2022-09-07 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
Optimization of Energy Harvesting MISO Communication System with Feedback
当发射机（TX）和接收机（RX）都具有能量收集（EH）能力时，考虑点对点（P2P）多输入单输出（MISO）通信系统的优化问题. RX感兴趣的是将信道状态信息（CSI）反馈回TX以帮助提高传输速率。目标是在最后期限之前最大化吞吐量，这受到TX和RX处的EH约束。考虑的吞吐量度量是具有波束成形和有限反馈的MISO信道的遍历速率的上界。反馈比特分配和传输策略，最大限度地提高遍历速率的上限。从优化理论的工具被用来简化制定的优化问题。修改后的问题得到的最优策略优于天真的计划，其中没有智能管理的能量进行。
2015-01-08 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
Energy Harvesting Communication Using Finite-Capacity Batteries with Internal Resistance
现代系统将越来越依赖于从其环境中获取的能量。这种系统利用电池来消除收集能量的随机波动。这些波动引起高度可变的电池充电和放电速率，这影响通常具有非零内部电阻的实际电池的效率。在本文中，我们研究了一个能量收集通信系统，使用有限的电池与非零的内部电阻。我们采用双路径架构，其中收集的能量可以直接使用，或存储然后使用。在帧中，时间和功率都可以在能量存储和数据传输之间分配。对于一个单一的帧，我们推导出一个解析表达式的速率最佳的时间和功率分配比之间的收获能量和传输数据。然后，我们优化一组帧的时间和功率分配比，假设非因果知识的收获功率和衰落信道增益，通过给出一个近似的解决方案。当只有统计的能量到达和信道增益是已知的，我们推导出一个动态规划为基础的政策，并提出三个次优的政策，这是执行竞争。总之，我们的研究表明，电池内阻会显著影响能量收集通信系统的设计和性能，必须加以考虑。
2017-01-10 cs.IT math.IT
Energy Harvesting Two-Hop Communication Networks
能量收集多跳网络允许低成本、有限范围的无线设备的永久操作。与电池供电的网络相比，能量和数据因果关系约束与半双工中继操作的耦合使得操作此类网络具有挑战性。研究了具有解码转发半双工中继的能量收集两跳网络的吞吐量最大化问题。对于具有两个并行中继的系统，考虑以下四种传输模式的各种组合：来自源的广播、来自中继的多路访问以及连续中继阶段I和II。在能量到达的非因果知识和中继数据缓冲区有限的假设下，研究了一个和两个并行中继的最优传输策略。该问题是制定使用凸优化框架，它允许有效的数值解，并有助于确定最优策略的重要属性。数值结果提供吞吐量比较，并调查多个中继，中继数据缓冲区的大小，传输模式，和能量收集的吞吐量的影响。
2015-07-11 cs.IT math.IT
Energy Harvesting Systems with Continuous Energy and Data Arrivals: the Optimal Offline and a Heuristic Online Algorithms
为了延长通信系统的寿命，能量收集已经被开发为用于通信系统的有效技术。在这项工作中，我们考虑了一个单用户能量收集无线通信系统，其中到达数据和收集的能量曲线建模为连续函数。对于单用户模型，我们的第一个目标是找到一个离线算法，它最大化的数据量，这是由给定的截止日期发送到接收节点。如果存在一个以上的计划，发送最大的数据，我们选择一个最小的利用能量在发射机节点。接下来，我们提出了一个在线算法，这个系统。我们还考虑了一个多跳能量收集无线通信系统在全双工模式，并找到最佳的离线算法，以最大限度地提高吞吐量。
2016-01-22 cs.IT math.IT
Analysis of Asymmetric Dual-Hop Energy Harvesting-Based Wireless Communication Systems in Mixed Fading Environments
研究了衰落信道下基于双跳能量收集的固定增益放大转发中继通信系统的性能。我们考虑源节点（$S$）通过固定的远距离中继（$R$）与目的地节点（$D$）通信，所述固定的远距离中继从其接收到的信号中收获能量并且使用所述能量来放大接收到的信号并且将其转发到$D$。在能量收集的分析中考虑了功率分配（PS）和时间切换（TS）方案。分别通过Nakagami-$m$和$α$-$μ$衰落模型对$S$ -$R$和$R$-$D$跳进行建模。推导了端到端信噪比（SNR）统计特性的封闭式表达式，并在此基础上推导了考虑四种自适应传输策略的平均出错率（ASER）和平均信道容量（ACC）的封闭式表达式。通过Monte-Carlo模拟验证了推导的表达式。
2020-04-05 cs.IT math.IT
Outage Analysis of Energy Harvesting based Opportunistic Cooperative Communication Systems
无线能量收集是延长无线网络寿命的有效途径。在本文中，机会解码和转发协作通信系统中，能量受限的中继收获能量从接收到的信息信号和共信道干扰（CCI）信号，然后使用收获的能量转发正确解码的信号到目的地。与传统的能量恒定的中继系统不同，能量受限中继系统的传输功率取决于中继系统所获取的可用能量，是一个随机过程。最佳中继选择，考虑到所有的影响因素，在目的地接收信号质量的部署。推导出了中断概率的精确闭式表达式，并数值研究了实现最小中断的能量收集比的最优值。分析了CCI信号对系统中断和分集性能的影响。结果表明，该中继方案可以实现全分集阶数等于中继的数量，而不需要固定的电源。
2018-01-21 cs.IT math.IT
Utility based Joint Uplink Downlink Optimization Energy Harvesting enabled Hybrid RF/VLC system
混合射频/可见光通信（RF/VLC）系统已被认为是提高数据率的有效手段。迄今为止，对数据率的研究仅限于下行链路通信。在这封信中，我们研究的最大化的总数据率，其中还涉及上行链路数据率。仿真结果验证了算法的收敛性。
2018-12-08 cs.IT math.IT
Power Allocation and Transmitter Switching for Broadcasting with Multiple Energy Harvesting Transmitters
随着电池技术的进步，能量收集通信系统近年来引起了极大的研究关注。然而，还没有考虑具有多个发射器和多个接收器的能量收集通信系统。本文研究了具有多个能量收集发射机和多个接收机的通信系统中的广播问题。首先，将发射机视为“孔发射机”[1]，得到最优总发射功率，并将[2]中的最优功率分配策略扩展到我们的系统设置中，目标是最小化传输完成时间。然后，一个更简单的功率分配策略，以分配最佳的总发射功率的数据传输。由于发射机切换可以为能量收集通信系统提供灵活性和鲁棒性，特别是当发射机损坏或由发射机收集的能量不足时，因此进一步开发了发射机切换策略以在必要时选择合适的发射机工作。结果表明，所提出的功率分配策略的性能接近最优的，并优于一些启发式的传输完成时间。此外，所提出的发射机切换策略优于一些启发式的开关的数量。
2014-06-01 cs.IT math.IT
Opportunistic Routing Aided Cooperative Communication Network with Energy-Harvesting
在本文中，一个合作的通信网络的基础上的能量收集（EH）解码和转发（DF）中继，收获能量从周围环境中使用的缓冲区与收获-存储-使用（HSU）架构被认为是。提出了一种基于节点传输优先级选择数据包传输路径的机会路由（OR）协议，以提高该网络的数据传输效率。此外，提出了一种基于状态转移矩阵（STM）的算法来获得候选广播节点集的概率分布。基于概率分布，推导了离散时间连续状态空间马尔可夫链（DCSMC）模型下能量缓冲器中能量极限分布的存在条件和理论表达式.此外，网络中断概率和吞吐量的封闭形式的表达式得到的帮助下存储在缓冲区的能量的极限分布。已经进行了大量的实验来验证所推导出的理论表达式。
2022-06-12 cs.IT math.IT
Layered Coding for Energy Harvesting Communication Without CSIT
由于对资源的严格约束，在能量收集通信系统中在发射机处获取当前信道状态信息可能是不可行的。在本文中，我们优化的能量收集发射机，通信在慢衰落信道中，使用分层编码。发射机可以访问信道统计信息，但不知道确切的信道状态。在分层编码中，首先以不同的速率为每个信道状态设计码字，然后在传输之前对码字进行时分复用或叠加，从而产生两种传输策略。接收机然后基于实现的信道状态自适应地解码信息。变送器配备有非零内阻的有限容量电池。在每一个传输策略，我们首先制定和研究的平均速率最大化问题与非因果知识的收获功率变化。此外，假设统计知识和因果信息的收获功率变化，我们提出了一个次优算法，并与随机动态规划为基础的解决方案和贪婪的政策。
2017-04-14 cs.IT math.IT
Optimal Scheduling and Power Allocation for Two-Hop Energy Harvesting Communication Systems
能量收集（EH）是近年来新兴的绿色通信技术。为了实现其潜力，需要重新设计通信协议，以对抗收集能量的随机性。在本文中，我们研究如何应用中继，以改善短期性能的EH通信系统。对于EH源和非EH半双工中继，我们考虑两个不同的设计目标：1）短期吞吐量最大化;和2）传输完成时间最小化。这两个问题都是联合调度和功率分配问题，在中继的半双工约束，提出了相当具有挑战性的。一个关键的发现是，定向注水（RDD），这是单跳EH系统的最佳功率分配算法，可以作为指导两跳通信系统的设计，因为它不仅决定了最佳性能的值，但也形成了基础，以获得最佳的解决方案，为两个设计问题。基于一个放松的能量配置文件，以及与ESTA算法，我们推导出这两个问题的最佳解决方案的关键属性，然后提出有效的算法。仿真结果表明，调度和功率分配优化是必要的两跳EH通信系统。
2012-12-21 cs.IT math.IT
Multiuser Energy Diversity in Energy Harvesting Wireless Communications
能量收集通信由于其广泛的应用和商业化的可行性而引起了人们的极大兴趣。在本文中，我们研究了多用户能量分集。具体来说，我们揭示了吞吐量增益来自于随时间/空间收获的总可用能量的增加以及电池的组合动力学。考虑到集中式和分布式接入方案，研究了发射机数量上的平均吞吐量的缩放，以及电池中相应的可用能量的缩放。
2016-07-16 cs.IT math.IT math.PR
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
Energy Harvesting Communication System with SOC-Dependent Energy Storage Losses
在过去的几年里，能量收集设备（EHD）的普及程度有所增长，这要归功于它们延长网络寿命的能力。实际上，EHD受到几种低效率的影响，例如，能量泄漏、电池退化或存储损耗。在这项工作中，我们考虑一个能量收集发射机与存储效率低下。特别地，我们假设当新的能量必须存储在电池中时，其中一部分被浪费，并且损失取决于设备的当前充电状态。这是一个实际的假设，例如，对于电容器，这改变了最优传输策略的结构。我们分析了吞吐量最大化问题的动态规划的方法，并证明，给定的电池状态和信道增益，最优传输策略是确定的。我们推导出的电容器中的能量损失的数值结果，并显示存在一个\emph{loop effect}，降低了系统的性能，如果不考虑最佳的政策。
2016-03-11 cs.IT math.IT
On online energy harvesting in multiple access communication systems
我们调查的多址通信系统的性能限制与能量收集节点的效用函数是长期的平均吞吐量总和。我们假设一个因果结构的能量到达和研究的问题，在连续时间制度。对于这种设置，我们首先描述了一个存储坝模型，该模型捕获了具有能量收集和可变传输功率的电池的动态。使用这个模型，我们接下来建立一个上限的吞吐量问题的电池容量的函数。我们还制定了一个非线性优化问题，以确定最佳的可实现的发射机的功率策略。应用变分法的技术，然后，我们推导出欧拉-拉格朗日方程作为必要条件的耦合偏积分微分方程（PIDE）的系统方面的最佳功率政策。基于Gauss-Seidel算法，我们设计了一个迭代算法来求解这些方程。我们还提出了一个固定点算法的对称多址接入设置中的能量采集器的统计描述是相同的。随着分析和支持我们的迭代算法，全面的数值结果也得到了。
2018-09-11 cs.IT math.IT
Stochastic Routing and Scheduling Policies for Energy Harvesting Communication Networks
本文研究了能量收集通信网络中的联合路由调度问题。我们的政策，这是基于随机次梯度方法的对偶域，作为一个能量收集变量的随机家庭的背压算法。具体来说，我们提出了两种策略：（i）随机背压与能量收集（SBP-EH），其中节点的路由调度决策是由与其队列稳定性约束相关的拉格朗日乘子与其邻居的拉格朗日乘子之间的差异决定的;以及（ii）具有能量收集的随机软背压（SSBP-EH），一种改进的算法，其中路由调度决策具有概率性质。对于这两种政策，我们表明，给定可持续的数据和能量到达率，在所有网络节点的数据队列的稳定性得到保证。数值结果证实了稳定性的保证，并说明了我们的政策提供的性能方面的最小差距，经典的工作与无限的能源供应。
2017-11-02 cs.IT math.IT math.OC
On Lossy Joint Source-Channel Coding In Energy Harvesting Communication Systems
研究了单用户能量收集通信系统中存在能量泄漏且能量到达是因果关系的情况下的有损联合信源-信道编码问题。特别是，我们研究了通过能量收集发射机在点对点信道上传输单个源时可实现的失真。我们考虑一个自适应联合信源-信道编码系统，其中信道码字的长度根据可用电池电量而变化。我们首先建立一个下限的可实现的失真。然后，作为局部最优的必要条件，我们得到两个耦合方程，确定信道符号和源符号之间的失配比以及传输功率，两者都作为电池充电的函数。作为连续源和离散源的例子，我们分别考虑高斯源和二进制源。对于高斯的情况下，我们得到了一个封闭形式的表达式的失配因子的$Lambert W$函数，并表明，增加传输功率的政策结果在一个减少失配因子的政策，反之亦然。最后，我们数值比较的自适应失配因子计划的性能的情况下，一个恒定的失配因子。
2015-08-19 cs.IT 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
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
Optimal Update in Energy Harvesting Aided Terahertz Communications with Random Blocking
在本文中，我们考虑了一个信息更新系统，其中无线传感器通过随机阻塞太赫兹信道向目的地发送及时的更新，并提供收集的能量和可靠的能量备份。通过建立一个无限状态马尔可夫决策过程（MDP），寻求最优信息更新策略，使信息年龄（AoI）和可靠能量成本的时间平均加权和最小.通过推导各分量上价值函数的单调性，证明了最优信息更新策略具有阈值结构。基于这种特殊的结构，提出了一种有效计算最优策略的算法。数值结果表明，所提出的最优更新策略优于基线策略。
2021-10-16 cs.IT math.IT
Information Exchange in Randomly Deployed Dense WSNs with Wireless Energy Harvesting Capabilities
随着大规模密集且通常随机部署的无线传感器网络（WSNs）变得广泛，位于同一地点的节点集之间的本地信息交换在处理过多的流量方面可能发挥重要作用。此外，考虑到无线设备的寿命有限，收集网络传输的能量为此类网络的寿命提供了显着的好处。在本文中，我们研究了密集网络中的无线能量收集（WEH）使能传感器节点的通信性能。特别是，我们研究了两种不同的通信方案（直接和合作）的数据交换，我们提供了理论表达式的成功通信的概率。然后，考虑到生命周期在无线传感器网络中的重要性，我们采用最先进的WEH技术和现实的能量转换器，量化的潜在能量增益，可以实现在网络中。我们的分析推导，这是验证了广泛的蒙特卡洛模拟，突出了WEH在密集网络的重要性，并确定直接和合作的通信方案之间的权衡。
2016-01-02 cs.IT math.IT
Optimal Transmission Policies for Energy Harvesting Two-hop Networks
在本文中，两跳通信系统的能量收集节点被认为是。与电池供电的无线节点不同，源和中继都能够在通信期间从环境中收获能量，因此，需要考虑两跳上的数据和能量因果关系。假设两个节点都知道收获的能量提前，属性的最优传输策略，以最大限度地提高交付的数据在给定的最后期限。利用这些属性，最优的功率分配和传输调度的情况下，两个节点收获两个能量包的开发。
2012-02-29 cs.IT math.IT
Wireless Communication System with RF-based Energy Harvesting: From Information Theory to Green System
从周围环境中获取能量是一种新的解决方案，可以将电子设备从电线或有限寿命电池中解放出来，这可能在传感器网络和体域网中找到非常重要的应用。本文主要研究了基于射频能量收集的无线通信系统中，主节点既是子节点的信息源，又是子节点的能量源，而子节点只向主节点发送信息的基本限制。三种典型结构：考虑了最优接收机、正交接收机和功率分配接收机，从系统级的角度联合研究了在主节点处唯一的外部电源约束下两个节点之间的双向信息传输。我们明确地描述了可实现的容量率区域，并讨论了子节点的信号处理功耗的影响。利用条件容量函数，推导出最节能状态下的最优传输策略，即在可达容量-速率区域的边界点处。仿真结果证实了采用最佳传输策略和最佳接收机结构的实质性收益。最后给出了一个典型的应用实例，说明了该方法在最小化绿色系统所需发射功率方面的应用.
2014-11-22 cs.IT math.IT
Wireless Energy Harvesting Cooperative Communications with Direct Link and Energy Accumulation
研究了一种由源节点、解码转发中继节点和目的节点组成的无线能量收集协作网络。我们认为继电器作为一个能量收集（EH）节点配备EH电路和可充电电池。此外，假设源和目的地之间存在直接链接。因此，中继器可以从源发射的射频信号中收集和积累能量，并适时地帮助其信息传输。我们开发了一个增量累积然后转发（IATF）中继协议所考虑的WEHCN。在IATF协议中，源经由直接链路将其信息发送到目的地，并且仅在必要时请求中继协作，使得中继有更多的机会积累所收获的能量。通过建模的充电/放电行为的继电器电池作为一个有限状态马尔可夫链，我们推导出一个封闭形式的表达式建议IATF的中断概率。数值结果验证了我们的理论分析，并表明IATF方案可以显着优于直接传输方案没有合作。
2016-10-11 cs.IT math.IT
Information Capacity of an Energy Harvesting Sensor Node
能量收集传感器节点由于其能够提高网络寿命而越来越受欢迎，并且正在成为支持“绿色通信”的首选。在本文中，我们专注于可靠地通过AWGN信道使用这样的能量收集传感器节点进行通信。这项工作的一个重要部分涉及通过各种实际架构进行的能量收集的适当建模。我们的主要结果是通信系统的香农容量的表征。关键的技术挑战涉及到处理的动态（和随机）性质的（二次）成本的输入渠道。作为一个推论，我们发现之间的能力实现能源管理政策和假设的理论吞吐量最优政策的密切联系。
2012-12-13 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
Analysis of D2D Communication with RF Energy Harvesting and Interference Management
具有射频能量收集（RFEH）和增强的干扰管理方案的设备到设备（D2D）底层蜂窝网络是提高下一代无线网络的频谱和能量效率的有希望的候选。在本文中，我们提出了一种基于时分双工（TDD）的协议，其中允许设备从基站的下行链路传输中收获能量，同时控制上行链路中D2D和蜂窝通信之间的干扰。我们提出了两种传输协调方案，分别基于固定传输概率（FTP）和自适应传输概率（ATP）。在FTP中，已经收集到足够能量的D2D发射机可以以固定概率发起数据传输。因此，在ATP中，设备利用其感测能力来获得发射设备之间的改进的协调和干扰控制。我们评估网络的性能，提出了一个准确的能量模型，并利用随机几何工具。中断概率和D2D和速率的结果揭示了传输协调对网络性能的重要性。这些观察结果给出了选择ATP方案参数的解决方案，该方案在D2D中断概率和传输用户数量之间实现了最佳权衡。
2020-02-05 cs.IT math.IT
Opportunistic Routing aided Cooperative Communication MRC Network with Energy-Harvesting Nodes
在本文中，我们考虑了一个多跳合作网络建立在两个能量收集（EH）解码和转发（DF）中继，这是提供与收获存储使用（HSU）架构，以收获能量从周围环境中使用的能量缓冲区。为了提高该网络的数据传输效率，提出了在目的节点采用最大比合并（MRC）算法合并源节点和中继节点的信号，以及考虑中继节点的位置、信道状态和能量缓冲状态的机会路由（OR）算法。应用离散时间连续状态空间马尔可夫链模型（DCSMC），推导了基于算法的无限大缓冲区能量极限分布的理论表达式。进一步，利用能量缓冲区的极限分布和发射机候选集的概率，得到了基于算法的网络中断概率、吞吐量和时隙代价的理论表达式。仿真结果验证了推导的算法为基础的理论表达式。
2023-02-02 cs.IT math.IT
Capitalizing Backscatter-Aided Hybrid Relay Communications with Wireless Energy Harvesting
在这项工作中，我们采用多个能量收集中继，以协助从多天线混合接入点（HAP）的接收器的信息传输。所有的继电器都由HAP在功率分配（PS）协议中无线供电。我们引入了混合中继通信的新概念，它允许每个中继在两种无线电模式之间切换，即，根据其信道和能量条件，分为有源射频通信和无源反向散射通信。我们设想可以利用两种无线电模式中的互补传输来提高整体中继性能。因此，我们的目标是联合优化HAP的波束成形，各个中继的无线电模式，PS比，和中继的协作波束成形，以提高吞吐量性能的接收机。由此产生的配方成为一个组合和非凸的问题。因此，我们首先提出了一个凸近似的原始问题，这作为一个下限的中继性能。然后，我们设计了一个迭代算法，从其他操作参数分解的二进制继电器模式优化。在算法的内循环中，我们利用结构特性，在交替优化框架中使用固定中继模式来优化中继性能。在外环中，推导出不同的性能指标，以指导寻找一组被动中继，以进一步提高中继性能。仿真结果表明，与传统的全有源中继通信相比，混合中继通信可以实现20%的性能改善。
2020-01-28 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
Truth-Telling Mechanism for Secure Two-Way Relay Communications with Energy-Harvesting Revenue
本文提出了在协作通信中以物理实体的形式向获胜的代理支付效用的新思想。我们的设置是一个秘密的双向通信信道，两个发射机交换信息的窃听者的存在。从一组感兴趣的各方选择的中继，使得保密和速率最大化。作为回报，所选择的中继节点的能量收集要求将通过它们自己的回报被满足到一定的阈值，使得它们具有被选择并参与通信的自然激励。然而，中继可能会夸大他们的私人信息，以提高他们被选中的机会。我们的目标是开发一种中继选择机制，强制他们揭示真相，否则他们可能会受到惩罚。我们还提出了一个联合协作中继波束成形和发射功率优化方案的基础上交替优化方法。注意，该问题是高度非凸的，因为目标函数表现为三个相关瑞利导数的乘积。虽然现有文献中的常见做法是通过秩松弛来优化给定发射功率的中继波束成形向量，但本文提出了一种基于二阶锥规划（SOCP）的方法，该方法需要显著降低的计算任务。通过数值仿真对激励控制机制和优化算法的性能进行了评估。
2017-03-21 cs.IT math.IT
Reconstruction of Correlated Sources with Energy Harvesting Constraints in Delay-constrained and Delay-tolerant Communication Scenarios
在本文中，我们研究了时间相关的源在点对点通信的情况下，包括一个能量收集传感器和融合中心（FC）的重建。我们的目标是通过使用来自先前编码源的数据作为边信息来最小化重构观测中的平均失真。首先，我们分析了一个延迟约束的情况下，源必须重建之前的下一个时隙。我们在凸优化框架中制定问题并导出最佳传输（即，功率和速率分配）策略。为了解决这个问题，我们提出了一个基于次梯度法的迭代算法。有趣的是，该问题的解决方案由二维定向注水算法（用于功率分配）和反向注水算法（用于速率分配）之间的耦合组成。然后，我们找到了一个更一般的解决方案，这个问题的延迟容忍的情况下，源重建的时间范围扩展到多个时隙。最后，我们提供了一些数值结果，说明延迟和相关性的影响，在功率和速率分配政策，并在由此产生的重建失真。我们还讨论了表现出的启发式在线政策来自最佳（离线）的差距。
2017-01-24 cs.IT math.IT
On the Energy and Data Storage Management in Energy Harvesting Wireless Communications
无线通信中的能量收集（EH）已成为近年来传输技术研究的焦点。在此，储能建模是必须仔细对待的关键设计基准之一。了解能量存储动态和吞吐量水平是必不可少的，特别是对于通信系统，其中的性能完全取决于收集的能量。虽然应避免能源中断，但也应防止能源溢出，以便利用所有收获的能源。因此，一个简单的，但全面的，分析模型，可以代表的EH无线通信系统的一般类别的特性需要建立。在本文中，调用工具，从大偏差理论随着马尔可夫过程，一个牢固的连接之间的能量状态的电池和数据传输过程通过无线信道建立了EH发射机。特别是，一个简单的指数近似的能量溢出的概率制定，其特征在于在电池中的能量衰减率作为能量使用的措施。然后，将能源中断和供应映射到马尔可夫过程上，建立了离散状态模型，给出了给定能源到达和需求过程的能源中断概率表达式。最后，在能量溢出和中断约束下，在无线信道上的平均数据服务（传输）率得到和系统的有效容量，它表征的最大数据到达率下的服务质量（QoS）的约束施加在数据缓冲区溢出概率的发送器缓冲区，推导出。
2019-08-05 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 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
Minimizing Data Distortion of Periodically Reporting IoT Devices with Energy Harvesting
能量收集是物联网（IoT）实现所涉及设备自我可持续性目标的一项有前途的技术。然而，所收集的能量的间歇性和不可靠性要求对设备的操作进行智能管理，以确保物联网应用的持续性能。在这项工作中，我们解决的问题，最大限度地提高报告的数据的质量下的能量收集，能源消耗和通信信道损伤的约束。具体而言，我们提出了一个能量感知的联合信源-信道编码方案，该方案最大限度地减少了预期的数据失真，用于现实的能量生成模型和设备处理数据所花费的能量，当通信在瑞利衰落信道上执行时。该方案的性能优化通过马尔可夫决策过程框架。
2017-06-29 cs.IT math.IT
Optimal Energy Allocation for Wireless Communications with Energy Harvesting Constraints
我们考虑使用能量收集器，代替具有固定能量存储的传统电池，用于点对点无线通信。除了在具有时间选择性衰落的信道中传输的挑战之外，能量采集器还提供永久但不可靠的能量源。在本文中，我们考虑在有限的地平线上的能量分配的问题，考虑到信道条件和能源是时变的，以最大限度地提高吞吐量。假设关于信道条件和所收获的能量的两种类型的辅助信息（SI）是可用的：因果SI（过去和当前时隙的）或全SI（过去、当前和未来时隙的）。我们得到的最优能量分配结构的结果，通过使用动态规划和凸优化技术。特别是，如果无限的能量可以存储在电池中的收获的能量和完整的SI是可用的，我们证明了最优的水填充能量分配解决方案，其中所谓的水位遵循阶梯函数。
2012-05-09 cs.IT math.IT
Energy Harvesting Communications Using Dual Alternating Batteries
实际的基于能量收集（EH）的通信系统通常使用电池来在所收集的能量用于通信之前临时存储所收集的能量。电池在部分放电（充电）、过度充电或深度放电后重复充电（放电）可能会损坏。这激发了循环约束，即电池必须仅在充分放电（充电）之后才能充电（放电）。我们还假设伯努利能量到达，和半双工约束，由于电池不同时充电和放电。在这种情况下，我们研究EH通信系统：（a）单电池容量为2B单位和（b）双电池，每个电池的容量为B单位。其目的是获得最佳的长期平均吞吐量和吞吐量区域中的点对点（P2P）信道和多址接入信道（MAC），分别。对于P2P信道，我们在单电池的情况下得到了一个解析的最优解，并提出了最优和次优的双电池的情况下的功率分配策略。我们扩展这些政策，以获得可实现的吞吐量区域MAC联合分配率和权力。从数值模拟中，我们发现，在双电池的情况下的最佳吞吐量显着高于单电池的情况下，虽然在这两种情况下的总存储容量是2B单位。此外，在所提出的策略中，单电池情况下的最大吞吐量区域包含在双电池情况下的吞吐量区域内。
2018-12-18 cs.IT math.IT
Secure SWIPT Networks Based on a Non-linear Energy Harvesting Model
我们优化了资源分配，以实现物联网（IoT）网络的同时无线信息和功率传输（SWIPT）中的通信安全。资源分配算法设计被公式化为非凸优化问题。我们的目标是最大限度地提高总收获功率在能量收集（EH）接收器通过联合优化的发射波束成形向量和注入的人工噪声的协方差矩阵，以促进保密供应。建议的问题制定考虑到能量收集电路的非线性和安全通信的服务质量要求。为了获得全局最优解的资源分配问题，我们首先将所得到的非凸的比率之和的目标函数转换成一个等价的目标函数在参数减法的形式，这有利于设计一个新的迭代资源分配算法。在每一步迭代中，采用半定规划（SDP）松弛方法对秩约束优化问题进行最优求解。数值结果表明，该算法可以保证通信安全性，并提供了一个显着的性能增益方面收获的能量相比，现有的设计是基于传统的线性EH模型。
2017-01-26 cs.IT math.IT
Energy Efficient Resource Allocation in Machine-to-Machine Communications with Multiple Access and Energy Harvesting for IoT
本文研究具有非线性能量收集的机器对机器（M2M）蜂窝网络的节能资源分配，特别关注两种不同的多址接入策略，即非正交多址（NOMA）和时分多址（TDMA）。我们的目标是通过联合功率控制和时间分配，同时考虑电路功耗，以最大限度地减少网络的总能耗。对于NOMA和TDMA策略，我们表明，它是最佳的每个机器类型的通信设备（MTCD）传输的最小吞吐量，和每个MTCD的能量消耗是一个凸函数分配的传输时间。基于推导出的MTCD的发射功率的最优条件，我们将NOMA的原始优化问题转化为一个等价的问题，可以通过迭代功率控制和时间分配算法次优解决。通过一个适当的变量变换，我们也把原来的TDMA优化问题转化为一个等价的易处理的问题，它可以迭代求解。数值结果验证了理论分析的正确性，并表明在MTCD的低电路功率区，NOMA比TDMA消耗更少的总能量，而在MTCD的高电路功率区，TDMA比NOMA具有更好的网络能量效率。
2017-11-29 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
Noncoherent Relaying in Energy Harvesting Communication Systems
在能量收集（EH）中继网络中，相干通信需要精确估计/跟踪瞬时信道状态信息（CSI），这需要消耗额外的功率。作为一种补救措施，我们提出了两个非相干EH中继协议的基础上放大转发（AF）中继，即功率分裂非相干AF（PS-NcAF）和时间切换非相干AF（TS-NcAF），这不需要任何瞬时CSI。我们开发了一个非相干的框架，同时无线信息和电力传输（SWIPT），拥抱PS-NcAF和TS-NcAF在一个统一的形式。对于任意M进制非相干频移键控（FSK）和差分相移键控（DPSK），我们推导出最大似然检测器（MLD）的PS-NcAF和TS-NcAF在一个统一的形式，其中涉及积分评估，但作为最佳性能基准。为了避免昂贵的积分计算，我们提出了一个封闭形式的检测器使用高斯-勒让德近似，它实现了几乎相同的性能MLD，但在大大降低复杂性。这些基于EH的非相干检测器在瑞利衰落中实现全分集。数值结果表明，我们提出的PS-NcAF和TS-NcAF可以优于传统的电网供电的中继系统在相同的总功率约束。得到了对实际SWIPT中继系统设计有用的各种见解。有趣的是，PS-NcAF在单中继情况下优于TS-NcAF，而TS-NcAF在多中继情况下优于PS-NcAF。
2015-06-12 cs.IT math.IT
Data-Driven Stochastic Models and Policies for Energy Harvesting Sensor Communications
从周围环境中收集能量是一种很有前途的解决方案，可以永久地为无线传感器通信供电。本文提出了一种数据驱动的方法，寻找最佳的传输策略的太阳能供电的传感器节点，试图最大限度地提高净比特率，通过调整其传输参数，功率电平和调制类型，信道衰落和电池充电的变化。我们制定这个问题作为一个折扣马尔可夫决策过程（MDP）的框架，其中的能量收集过程是随机量化成几个代表性的太阳能状态与不同的能量到达，并完全驱动的历史数据记录在传感器节点。利用观测到的太阳辐照度，提出了一种混合策略来计算基础太阳状态的置信信息，以选择传输参数。此外，一个简单的on-off策略进行了理论分析，其中一个预定的传输参数是利用每当传感器节点是活跃的。我们证明了这样的最优策略具有相对于电池状态的阈值结构，并通过分析预期的净比特率来评估能量收集节点的性能。设计框架的例子与真实的太阳能数据记录，其结果是有用的特征之间发生的相互作用，在各种系统配置下的能量收集和支出。计算机模拟表明，所提出的政策显着优于其他计划的短期能量收集和信道衰落模式的知识。
2014-05-28 cs.IT cs.NI math.IT
Asymptotically Optimal Power Allocation for Energy Harvesting Communication Networks
对于一般的能量收集（EH）通信网络，即，在节点通过EH产生发射功率的网络中，当发射时隙数$N$和EH节点的电池容量$B_{\rm max}$满足$N\to\infty$和$B_{\rm max}\to\infty$时，我们得到了优化一般效用函数的渐近最优在线功率分配解.所考虑的家庭的效用函数是一般的，足以包括最重要的性能指标，在通信理论，如平均数据率，中断概率，平均误比特概率，平均信噪比。所提出的功率分配解决方案非常简单。即，EH网络的渐进最优功率分配与等效非EH网络的最优功率分配相同，等效非EH网络的节点具有无限可用能量，但是它们的平均发射功率被约束为等于EH网络中对应节点的平均收获功率和/或最大平均发射功率。当$N\to\infty$和$B_{\rm max}\to\infty$满足一定条件时，一般EH网络的最大平均性能收敛于相应的等价非EH网络的最大平均性能.虽然所提出的解决方案本质上是渐进的，但是它适用于在大但有限数量的时隙中进行发送并且具有比平均收获功率和/或最大平均发送功率大得多的电池容量的EH系统。
2017-01-30 cs.IT math.IT
