面向无线射频供电的数据传输调度优化研究

With the popularization of wireless devices, high throughput and low latency data transmission has been becoming a basic requirement for various applications. Radio Frequency (RF) power supply technique solves the energy shortage problem for wireless devices, however, due to the limitation of the current technique, power transfer and data transfer do not occur concurrently, schedule algorithm must be designed to archive high throughput and low latency data transmission. This technique can be categorized into constant power supply and varying power supply. This proposal studies the throughput optimization for constant power supply and latency optimization for varying power supply. There are not yet many related works, no analytical solutions for the offline problems and full online problems are not yet solved. By extending a previous discovery and studying the optimal structures, the proposal solve the throughput maximization problem for the constant power supply and the latency minimization problem for the varying power supply, respectively. Solutions to the two problems have offered solid foundations for wireless devices' further popularization in the everyday life.

随着无线设备广泛普及，“高吞吐、低延时”已逐渐成为各类应用对数据传输的基本要求。无线射频供电技术解决了设备能耗问题，但由于技术限制，不能同时接收能量与发送数据，需要设计调度算法实现“高吞吐、低延时”数据传输。无线射频供电按照供电方式可分为稳源无线供电和环境无线供电。本项目分别研究稳源无线供电下低延时数据传输优化和环境无线供电下高带宽数据传输优化。相关研究工作尚未大量出现：没有系统性强的静态离线解析解成果；已有算法无法解决完全随机的动态联机问题。本项目通过扩展和推广一个重要前期发现，分析和总结最优结构和特征，分别设计算法解决稳源无线供电下低延时数据传输调度问题和环境无线供电下高带宽数据传输调度问题，分别解决静态离线问题和动态联机问题。本项目通过算法设计与分析，解决无线射频供电设备低延时和高吞吐数据通信这两个基本问题，推动无线射频充电技术的推广和无线设备应用的普及。

本项目围绕无线设备低延时和高吞吐数据通信这两个基本问题，研究面向无线射频供电的数据传输调度优化，从无线传输设备的角度出发，研究无线供电与数据传输的时间分配以及数据传输时的功率调度问题，设计HTT调度算法。根据无线供电的能量来源不同，分别研究稳源无线供电下数据传输延时最小化问题、环境无线供电下数据传输吞吐量最大化问题。根据问题场景不同，分别研究静态离线问题和动态联机问题，设计最优算法和近似算法。项目研究具体成果包括：设计稳源无线供电静态离线数据传输延时最小化调度算法、建立稳源无线供电动态联机数据传输低延时调度算法、提出环境无线供电静态离线数据传输吞吐量最大化调度算法、动态环境中时延受限的传输功率调度能耗优化调度算法。项目组培养/协作培养了无线网络与算法设计方向的博士生2名、硕士生3名；在CCF推荐A类会议INFOCOM、A类期刊JASC、中科院JCR一区期刊TII、IoT-J等等知名国际学术会议和重要国际学术期刊上发表论文18篇，SCI/EI收录的学术论文18篇。本项目的研究成果，尤其是通过算法设计与分析获得的理论成果，解决无线射频供电设备低延时和高吞吐数据通信这两个基本问题，对推动无线射频充电技术的推广和无线设备应用的普及有一定意义。