能量收集无线通信中的能量与数据存储管理

无线通信中的能量收集（EH）已成为近期传输技术研究关注的焦点。其中，能量存储建模是必须谨慎对待的关键设计基准之一。理解能量存储动态与吞吐量水平对于性能完全依赖于收集能量的通信系统尤为重要。虽然应避免能量中断，但也应防止能量溢出以利用所有收集到的能量。因此，需要建立一个简单而全面的解析模型，能够表征一类通用 EH 无线通信系统的特性。本文借助大偏差理论与马尔可夫过程，为 EH 发射机建立了电池能量状态与无线信道上数据传输过程之间的坚实联系。特别地，给出了能量溢出概率的一个简单指数近似，并由此刻画了作为能量使用度量的电池能量衰减率。然后，将能量中断与供给投影到马尔可夫过程上，建立了一个离散状态模型，并给出了给定能量到达与需求过程下能量中断概率的表达式。最后，在能量溢出与中断约束下，获得了无线信道上的平均数据服务（传输）速率，并推导了系统的有效容量——其表征了在发射机缓冲区上施加的服务质量（QoS）约束（针对数据缓冲区溢出概率）下缓冲区的最大数据到达速率。