基于能量采集的WSN状态更新系统信息年龄研究

作者：郝振超; 贾向东; 陈智; 许晋

来源：计算机工程, 2022, 1-10.

DOI：10.19678/j.issn.1000-3428.0063

• 无线通信
• 无线能量传输
• 蜂窝回程
• 能量采集
• 信息年龄

考虑传统物联网系统中传感器网络性能受自然能源不规则性和传感器电池尺寸的制约，结合射频和非射频信号能量采集(EH)的优点，且部署蜂窝网络以获得信道等网络资源。现提出了一种由无线能量采集与传输子系统、蜂窝回程子系统和无线传感器状态更新子系统构成的新型物联网系统模型。首先，构建能量采集和传输基站(EHTB)离散能量状态的马尔可夫链(MC)和MC状态转移矩阵，得到EHTB的能量转移的稳态概率和等待时间的统计描述，联合考虑蜂窝回程建立和EHTB能量传输，推导出平均峰值信息年龄(PAoI)和平均AoI的闭式表达式。其次，分析了自然能量到达概率、能量传输概率、传感器尺寸等系统参数对平均PAoI(AoI)影响，并分别比较了有无蜂窝回程和最大比合并下的平均PAoI(AoI)。最后，仿真结果表明，虽然蜂窝回程增加了系统的平均PAoI(AoI)，但采用最大比合并降低了系统的平均PAoI(AoI)。当能量到达概率为0.6时，采用最大比合并使蜂窝回程对平均AoI影响降低近似20%，因此，采用最大比合并有效减少回程对平均PAoI(AoI)影响。相比于传统的物联网系统，该系统不仅可以为传感器持续供电，同时建立了可靠的回程链路。

• 单位
  西北师范大学; 南京邮电大学