具有无线供电中继的能量收集无线网络中的最优中继

本文考虑了一种无线协作网络，其中能量收集中继由从环境射频波（如数据包的射频波）中收集的能量供电。在任意给定时刻，中继要么工作在能量收集（EH）模式，要么工作在数据解码（DD）模式，但不能同时处于两种模式。中继处设有独立的能量和数据缓冲区，分别用于存储收集的能量和已解码的数据包。本文优化了一种在 EH 模式与 DD 模式之间进行切换的时间切换策略，以最大化系统吞吐量或最小化平均传输延迟。我们推导了静态与动态时间切换策略。具体而言，静态策略是以预定概率选择 EH 或 DD 模式的策略。相反，在动态策略中，模式是根据数据与能量缓冲区的状态动态选择的。我们证明了吞吐量最优的静态与动态策略将中继数据缓冲区保持在稳定性边界。更具体地，我们表明吞吐量最优的动态策略具有阈值结构。此外，我们证明了延迟最优的动态策略同样具有阈值结构，且中继处最多保留一个数据包。我们注意到，在大多数情况下，延迟最优与吞吐量最优的动态策略是一致的。然而，对于最优静态策略而言并非如此。最后，通过广泛的数值结果，我们展示了在不同条件下最优动态策略相较于静态策略的有效性。