Phân tích xác suất dừng của hệ thống thu năng lượng TSR-PSR trong mạng chuyển tiếp với phân bố kênh log-normal

HỆ THỐNG THU THẬP NĂNG LƯỢNG TSR-PSR TRÊN KÊNH TRUYỀN LOG-CHUẨN: PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG

• Phân tích hiệu suất

Phần này trình bày nghiên cứu một kỹ thuật kế hợp PSR-TSR trong mạng chuyển tiếp thu hoạch năng lượng EH AF phân bố kênh log-normal, nhằm đánh giá và phân tích tác động các yếu tố giao thức TSR và PSR ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống: xác suất dừng truyền hệ thống OP. Sau đó, tín hiệu nhận được cho truyền năng lượng chuyển tiếp đến rơ-le trong khe thời gian đầu tiên là. Trong khoảng thời gian thứ 2, chúng ta có tín hiệu truyền từ R đến D với công suất tại rơ-le R được tính lại là.

Bây giờ, đánh giá hiệu suất của hệ thống bằng cách phân tích tốc độ truyền có thể đạt được, cụ thể là tỷ lệ số bit được truyền đi hoặc xử lý trong mỗi đơn vị thời gian (bps/Hz) và xác suất dừng truyền hệ thống. Dựa trên tốc độ truyền dữ liệu tức thời giảm xuống dưới tốc độ truyền (bps/Hz) với ngưỡng giá trị được chỉ định trước. Để dễ dàng tính toán bằng công thức toán học, chúng tôi đề xuất xác suất dừng truyền OP có thể được viết lại như sau.

Trong phần này, chúng tôi nghiên cứu tỉ lệ ảnh hưởng của hệ thống bởi yếu tố tác động là tỉ lệ thời gian truyền TS, và tỉ lệ phân chia công suất PS, tín hiệu truyền/nhiễu SNR, xác suất dừng truyền OP của hệ thống lai giao thức PSR-TSR qua kênh truyền log-normal thông qua kết quả mô phỏng Monte Carlo của các biểu thức suy ra trước đó. Cụ thể, hình 2.3 cho ta thấy nếu thay đổi giá trị phân chia khe thời gian theo giao thức TSR, chúng ta sẽ thu được đường cong OP thấp nhất mang lại hiệu suất hệ thống tốt nhất. Mặt khác, như minh họa trong Hình 2.4, đối với đường cao nhất (OP gần về 1) cho thấy hiệu suất hệ thống sẽ kém nhất.

Một đặc điểm rừ ràng khỏc cho cả hai số liệu là khi cỏc yếu tố tỏc động là tỉ lệ thời gian truyền TS, và tỉ lệ phân chia công suất PS tiếp cận bằng không hoặc bằng một, chúng ta có xác suất dừng truyền ngừng hoạt động 100%. Điều này là do khi và quá nhỏ hoặc quá lớn trong khe thời gian thứ nhất, công suất phát từ quá trình thu năng lượng trong khe thời gian thứ hai trở nên không đủ hoặc lớn không cần thiết dẫn đến dung lượng hệ thống kém, [28]. Ngoài ra, OP trở nên thấp hơn khi tốc độ truyền tăng lên do công suất cho truyền năng lượng đến trạm chuyển tiếp R và thời gian truyền giảm ở khe thứ 2 theo tài liệu [11].

Trong chương 2 này nghiên cứu một giao thức PSR-TSR trong mạng chuyển tiếp EH AF hợp tác với kênh truyền log-normal, nhằm đánh giá và phân tích tác động các yếu tố giao thức TSR và PSR ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống, như xác suất dừng truyền OP. Từ kết quả mô phỏng, chúng tôi có thể kết luận rằng sơ đồ PSR-TSR vượt trội hơn hẳn so với sơ đồ chỉ xem xét độc lập ảnh hưởng của giao thức PSR và TSR trong mạng chuyển tiếp EH AF hợp tác với kênh truyền log-normal. Hơn nữa, chúng tôi chứng minh rằng hiệu suất hệ thống có thể được nâng lên cùng với sự gia tăng của hệ số EH TS và giảm tốc độ truyền dữ liệu.

LỰA CHỌN RƠ-LE TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY THU THẬP NĂNG LƯỢNG: PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HOẠT

Giới thiệu mô hình

Nguồn phát (S) được cung cấp bởi nguồn điện ổn định !* và mọi (R) được cung cấp bởi pin !& cùng với mô-đun thu hoạch năng lượng EH. cho hệ thống. Trong quá trình giao tiếp, được chia thành các khe thời gian, rơle thứ i, F)(F) ∈ N) được chọn theo sơ đồ lựa chọn rơ-le tối ưu (RS) để giúp truyền thông tin. Xem xét một giao thức truyền trực tiếp, trong đó (S) truyền thông tin trực tiếp tới (D) mà không cần bất kỳ sự hỗ trợ nào (R) trong LPEH WSN được xác định và điều tra. Sử dụng giao thức truyền trực tiếp, dung lượng tổng thể (S) - (D) đối xứng, có thể đạt được với giá trị trung bình bằng 0.

Trong nghiên cứu này, xem xét chỉ số để đánh giá hiệu suất của hệ thống tập trung đánh giá xác suất dừng truyền dung lượng tức thời. Ở đây, hàm mật độ xác suất (PDF) và hàm phân phối tích lũy (CDF) của biến ngẫu nhiên độc lập X trong phân phối log-normal tương ứng được tính bằng. Trong bối cảnh của giao thức hợp tác hỗ trợ chuyển tiếp, tất cả các liên kết chuyển tiếp có thể truyền dữ liệu thay cho liên kết trực tiếp.

Nếu liên kết trực tiếp bị suy giảm nghiêm trọng, một rơ-le sẽ được chọn trong số các J(N) để thực hiện truyền dữ liệu theo cách khác. Rừ ràng rằng với cỏch tiếp cận này, nhiều khe thời gian được tiết kiệm và giảm chi phí truyền thông, vì chỉ có liên kết chuyển tiếp cần thiết mới được kích hoạt. Bên cạnh đó, trong LPEH WSN, chúng ta có thể nhận được độ lợi tối đa lựa chọn rơ-le bằng với các nút rơ-le chuyển tiếp có sẵn trong mạng, như đã được chứng minh trong [50].

Trong nghiên cứu [51], một chu kỳ truyền từ (S) đến (D) được thực hiện trong thời gian T được chia thành ba khe theo giao thức TSR. Như đã đề cập trong [15] vì một rơle có thể nhận ra tín hiệu của chính nó trong kịch bản đa rơ-le theo kênh truyền FD, nên việc loại bỏ nhiễu có thể được áp dụng cho chính nó. Đáng lưu ý, việc lựa chọn sơ đồ lựa chọn rơle nhiễu vòng tối ưu RS cho mạng LPEH WSN được chúng tôi xém xét trong mô hình đề xuất này, Cụ thể, trước tiên chọn (Ri) có liên kết cuối cùng được tốt nhất, sau đó cập nhật SINR trong nhánh đầu tiên.

Theo tài liệu của Tutuncuoglu và cộng sự [52], nói rằng năng lượng tối thiểu cần thiết để kích hoạt FZ và năng lượng thu hoạch trong khối tín hiệu thứ  là e;Z. Về mặt lý thuyết, tất cả các đặc điểm ngẫu nhiên của mô-đun thu hoạch năng lượng EH có thể được mô tả bằng hàm d*A(>). Tuy nhiên, do không cần thiết phải đưa tất cả các trạng thái đệm năng lượng này vào hệ thống, nên một mô hình đơn giản hóa được đề xuất.