无线能量收集驱动的铁路物联网中断性能分析

作者：马佳星; 熊轲^*; 张煜; 钟章队; 倪强

来源：物联网学报, 2020, 4(03): 52-59.

• 能量收集
• 能量站
• 莱斯衰落信道
• 半双工
• 中断概率
• 吞吐量
• 铁路物联网

基于铁路物联网场景分析了无线射频能量站(PB, power beacon)辅助的中继网络在莱斯衰落信道下采用半双工解码转发中继模式的系统中断性能。针对铁路场景中的设备供能问题,如电池更换困难、管理开销大、布线困难等,将无线能量收集应用于铁路场景,为能量受限的无线设备提供充足且稳定的能量,从而解决传统铁路中的设备供能问题。考虑网络中的源节点和中继节点均为能量受限节点,传输信息的能量都来自在列车上部署的PB发射的无线射频信号。源节点和中继节点先进行能量收集,利用收集的能量,源节点向中继节点发送信息,然后中继节点将接收的信息转发给目的节点。分析推导出了该网络端到端中断概率及吞吐量的闭合表达式。通过蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性,并研究了PB发射功率与噪声的比值、莱斯因子K、时间分割因子、传输速率以及相对位置等因素对端到端中断概率和吞吐量的影响。当列车处于源节点和中继节点的中点位置时,系统可获得较优的中断和吞吐量性能。

• 单位
  国网能源研究院有限公司; 轨道交通控制与安全国家重点实验室; 北京交通大学