1.課題概述

考慮使用UAV作為中繼輔助節點的設備到設備（D2D）無線信息和電力傳輸系統。由于無人機的能量容量和飛行時間有限，部署無人機的一個重要問題是實時應用中的能耗管理，能耗與無人機的發射功率成正比。為了解決這一重要問題，開發了一種實時資源分配算法，通過聯合優化無人機嵌入式D2D通信的能量收集時間和功率控制，最大限度地提高能源效率。

2.系統仿真結果

平均吞吐量隨 D2D 對數增加而增長，能量收集與傳輸時間長度存在權衡，體現時間優化的必要性。

3.核心程序與模型

版本：MATLAB2022a

..............................................................................
%這里設計OPA算法
for i = 1:length(D2D)%開始循環
    i
    for mc = 1:MTKL%開始循環
        tic;
        obj = [];
        for it = 1:Iter%開始迭代
            N = D2D(i);
            %產生信道h和p
            h     = randn(N,N);
            if it==1
               p  = rand(1,N);
               pk = p;
               tk = it;
            end
            delta    = rand;
            P0       = 0.5;
            Pcir     = 1.2;
            thetafix = 0.125;
            ...................................................
            end
            obj(it) = sum(rn)/theta;%目標值
            %更新p
            pk = pnew;
            tk = 1;
            %每次循環之后，對其進行約束的判決
        end
        RT2(mc)=toc;
    end
    RT(i) = 1e3*mean(RT2);%秒轉換為毫秒
end
 
figure;%畫圖
plot(D2D,RT,'r-o');
axis([1,11,0,350]);
xlabel('Number of D2D pairs');
ylabel('Running time（ms）');
grid on
legend('OPA(tao = 0.5)');
026_014m

4.系統原理簡介

由于無人機的能量容量和飛行時間有限，部署無人機的一個重要問題是實時應用中的能耗管理，能耗與無人機的發射功率成正比。為了解決這一重要問題，開發了一種實時資源分配算法，通過聯合優化無人機嵌入式D2D通信的能量收集時間和功率控制，最大限度地提高能源效率。

算法的流程如下圖所示：

具體來講算法步驟：

1.初始化：

首先，設定能量收集時間 k 以及一個可行的初始功率解 pn′(t)。這里的 k 是預先確定的能量收集時間，而 pn′(t) 是功率的初始估計值，這個初始值需要滿足一定的條件，使得它在問題的可行域內，以保證后續的優化過程可以正常進行。

2.重復執行以下操作：

這是一個迭代過程，不斷重復步驟 3 到 5，直到滿足終止條件。

對于給定的 pn′(t)，使用標準的凸優化技術求解問題 (25) 以獲得最優解 {pn?(t)}。這里假設問題 (25) 是一個凸優化問題，這意味著它具有良好的數學性質，例如局部最優解就是全局最優解，因此可以使用標準的凸優化算法（如內點法、梯度下降法等）來求解。

在求解問題 (25) 的過程中，可能涉及到一些優化目標和約束條件，例如，在給定能量收集時間 k 的情況下，根據一定的性能指標（如最小化功率消耗、最大化系統性能等）和約束條件（如功率范圍、鏈路容量等）來優化功率分配 {pn?(t)}。

更新功率解：

將得到的最優解 {pn?(t)} 更新為 pn′(t)，這樣可以將本次迭代得到的結果作為下一次迭代的輸入，逐步優化功率分配。

檢查終止條件：

每次迭代后，需要檢查是否滿足某些終止條件。這些終止條件可以是多種多樣的，例如：功率解 pn′(t) 的變化小于某個預設的閾值，即前后兩次迭代得到的功率分配結果足夠接近，說明算法已經收斂，進一步迭代對結果的改進不大，可以停止。

達到最大迭代次數，防止算法陷入無限迭代而無法結束，保證算法的有限時間可終止性。

返回結果：

當滿足終止條件時，將最終的 pn′(t) 作為次優解 {pn?(t)} 返回。由于整個問題可能是非凸的，通過這種迭代求解凸子問題的方式得到的結果可能是次優的，但在實際中可以滿足一定的性能要求。