针对无线体域网(Wireless Body Area Network,WBAN)面临的能源供应限制和数据时效性不足问题,文中设计了一种基于无线供能体域网(Wireless-powered Body Area Network,WP-BAN)的传输优化策略。对WP-BAN进行系统建模,考虑了基于马尔可夫...针对无线体域网(Wireless Body Area Network,WBAN)面临的能源供应限制和数据时效性不足问题,文中设计了一种基于无线供能体域网(Wireless-powered Body Area Network,WP-BAN)的传输优化策略。对WP-BAN进行系统建模,考虑了基于马尔可夫的数据采集传输过程、能量供应与消耗过程以及信息年龄(Age-of-Information,AoI)增长过程,并在队列稳定性约束和链路容量约束下构建一个关于数据采样速率与数据丢弃率系统效用最大化的离散时间随机优化问题。运用Lyapunov优化理论将原问题转化为单时隙多序列的确定性优化问题,设计了效用最大化的传输调度和能量收集策略(Utility-maximization Transmission Scheduling and Energy Harvesting Strategy,UMTEHS)。在Lyapunov求解框架下使用BARON(Branch and Reduce Optimization Navigator)求解器求解转化后的优化问题,根据当前时刻的队列状态优化下一个时刻的数据传输调度和能量收集率。仿真实验验证了所提策略的有效性,其在保持系统能量中性运行的同时能够获得更大的系统效用和更小的AoI。展开更多
磁共振无线电能传输(wireless power transfer, WPT)技术是近年来近场调控的研究重点之一,其在移动电话、植入式医疗设备以及电动汽车等诸多方面都具有重要的应用价值.对于复杂传能通道需求(例如机械臂等),通常需要引入中继线圈构造多...磁共振无线电能传输(wireless power transfer, WPT)技术是近年来近场调控的研究重点之一,其在移动电话、植入式医疗设备以及电动汽车等诸多方面都具有重要的应用价值.对于复杂传能通道需求(例如机械臂等),通常需要引入中继线圈构造多米诺耦合阵列.然而,传统的多米诺耦合阵列存在明显的局限性:近场耦合导致的多重频率劈裂,使得系统无法保持固定的工作频率;耦合阵列易受到构造误差及参数扰动影响;目前研究多数集中在单负载传输,多负载传输系统仍然亟待开发;能量传输方向难以灵活控制.近年来,光子人工微结构为拓扑物理提供了良好的研究平台,使得拓扑特性得到了广泛的研究.拓扑结构的最显著特征是具有非零的拓扑不变量以及由体边对应确定的鲁棒性边界态,这一天然特性能够免疫制造缺陷和无序扰动.不仅如此,通过调整拓扑态的波函数分布能够使能量精准局域,从而实现定向的WPT.因此,将拓扑模式用于耦合阵列WPT具有重要的科学意义.本文主要阐明了基于宇称-时间(parity-time, PT)对称的通用型双线圈和三线圈WPT的基本原理,并且介绍了不同拓扑构型下的多米诺线圈阵列能够实现鲁棒的WPT,包括一维周期性模型(SSH链组成的有效二阶PT对称和有效三阶PT对称系统)、一维非周期性模型(拓扑缺陷态、类SSH链、准周期Harper链)以及高阶拓扑模型,最后对拓扑模式在WPT的应用方向进行了展望.展开更多
文摘针对无线体域网(Wireless Body Area Network,WBAN)面临的能源供应限制和数据时效性不足问题,文中设计了一种基于无线供能体域网(Wireless-powered Body Area Network,WP-BAN)的传输优化策略。对WP-BAN进行系统建模,考虑了基于马尔可夫的数据采集传输过程、能量供应与消耗过程以及信息年龄(Age-of-Information,AoI)增长过程,并在队列稳定性约束和链路容量约束下构建一个关于数据采样速率与数据丢弃率系统效用最大化的离散时间随机优化问题。运用Lyapunov优化理论将原问题转化为单时隙多序列的确定性优化问题,设计了效用最大化的传输调度和能量收集策略(Utility-maximization Transmission Scheduling and Energy Harvesting Strategy,UMTEHS)。在Lyapunov求解框架下使用BARON(Branch and Reduce Optimization Navigator)求解器求解转化后的优化问题,根据当前时刻的队列状态优化下一个时刻的数据传输调度和能量收集率。仿真实验验证了所提策略的有效性,其在保持系统能量中性运行的同时能够获得更大的系统效用和更小的AoI。
文摘磁共振无线电能传输(wireless power transfer, WPT)技术是近年来近场调控的研究重点之一,其在移动电话、植入式医疗设备以及电动汽车等诸多方面都具有重要的应用价值.对于复杂传能通道需求(例如机械臂等),通常需要引入中继线圈构造多米诺耦合阵列.然而,传统的多米诺耦合阵列存在明显的局限性:近场耦合导致的多重频率劈裂,使得系统无法保持固定的工作频率;耦合阵列易受到构造误差及参数扰动影响;目前研究多数集中在单负载传输,多负载传输系统仍然亟待开发;能量传输方向难以灵活控制.近年来,光子人工微结构为拓扑物理提供了良好的研究平台,使得拓扑特性得到了广泛的研究.拓扑结构的最显著特征是具有非零的拓扑不变量以及由体边对应确定的鲁棒性边界态,这一天然特性能够免疫制造缺陷和无序扰动.不仅如此,通过调整拓扑态的波函数分布能够使能量精准局域,从而实现定向的WPT.因此,将拓扑模式用于耦合阵列WPT具有重要的科学意义.本文主要阐明了基于宇称-时间(parity-time, PT)对称的通用型双线圈和三线圈WPT的基本原理,并且介绍了不同拓扑构型下的多米诺线圈阵列能够实现鲁棒的WPT,包括一维周期性模型(SSH链组成的有效二阶PT对称和有效三阶PT对称系统)、一维非周期性模型(拓扑缺陷态、类SSH链、准周期Harper链)以及高阶拓扑模型,最后对拓扑模式在WPT的应用方向进行了展望.
