基于能量优先和节点分类的数据与能量协作传输方法技术

本发明专利技术公开了一种基于能量优先和节点分类的数据与能量协作传输方法，所述方法包括：(1)网络中的EH节点i周期性测量到达业务的平均服务持续时间σ

【技术实现步骤摘要】
基于能量优先和节点分类的数据与能量协作传输方法
本专利技术涉及无线通信
，具体涉及无线EH网络中基于能量优先和节点分类的数据与能量协作传输方法。
技术介绍
人们对无线网络能量消耗的日益关注以及地球温度的升高促使人们研发能量效率更高的通信技术。从可再生能源如太阳能、风能、热能和射频(radiofrequency,RF)能中获得能量的能量收集(energyharvesting,EH)技术可以驱动通信设备和网络，为实现绿色通信展现了光明的前景。数据和能量的协作传输研究已经公开了一些成果，例如研究在两个具有EH能力的节点A和节点B之间进行数据和能量的双向协作传输，可以从节点A向节点B传输数据或能量，同时也可以从节点B向节点A传输数据或能量；还有，在包含具有能量或数据缓冲区的EH中继节点的协作通信系统中研究中继选择、最优调度和功率分配等。需要指出的是，现有技术在考虑数据与能量的协作传输时通常考虑数据优先传输或者数据与能量同等优先程度传输，而在实际网络中，存在很多需要优先传输能量的场景，例如，如果节点由于能量缺失停止工作，给网络带来的影响可能是非常大的，这种情况下的能量保障成为最重要的问题。此外，如果考虑节点的自私特性，网络中还存在一些特殊的场景，非自私节点虽然可以直接给能量请求方传输能量，由于距离较远或其它原因，最终被请求方收集的能量数量可能非常小，导致大量能量的浪费。
技术实现思路
针对上述背景，本专利技术提供的一种无线EH网络中基于能量优先和节点分类的数据与能量协作传输方法，克服了现有技术中因不区分场景、通常考虑数据优先传输或者数据与能量同等优先传输所带来的节点能量缺失的问题，并且考虑到节点的自私特性，非自私节点向能量请求方传输能量时，由于距离较远或其它原因导致大量能量浪费的问题。本专利技术可以有效延长网络生命周期，改善网络覆盖，提升网络服务质量。本专利技术中的EH节点为具有能量收集能力的节点，无线EH网络为包含EH节点的无线网络。基于能量优先和节点分类的数据与能量协作传输方法包括：(1)网络中的EH节点i周期性测量到达业务的平均服务持续时间σi和平均服务到达率并根据σi和设置相应的能量告警门限χi。(2)当网络中的EH节点i检测发现自身的剩余能量小于或等于能量告警门限χi时，向其它节点发出能量请求消息。(3)其它节点接收到能量请求消息后，判断自身是否有能力和意愿向EH节点i传输能量，并且有能力和意愿的其它节点向EH节点i反馈相关信息；EH节点i根据自身测量得到的信息和其它节点反馈的信息确定供能节点，并将结果告知其它节点。具体实施方式借助下面的实施例，可以更好地理解本专利技术的技术方案，为了方便描述，做以下定义：自私节点定义为不愿意在消耗自身能量的情况下向其它节点提供能量传输的节点；非自私节点定义为只要满足能量请求消息中的条件就愿意向能量请求方提供能量传输的节点。EH节点i的平均服务持续时间σi定义为时间T内在EH节点i处发生的所有业务连接的总持续时间除以业务连接的数目；EH节点i的平均服务到达率定义为单位时间内到达EH节点i的业务的数目，可以用时间T内到达EH节点i的业务的数目除以时间T计算得到；EH节点i的能量告警门限χi定义为当EH节点i的剩余能量小于或等于χi时，需要向其它节点发出能量请求消息。能量告警门限χi的值由当前EH节点i的平均服务持续时间σi和平均服务到达率共同决定，由于EH节点i的平均服务持续时间σi和平均服务到达率反映了该节点业务的繁忙程度，当该节点业务繁忙时，能量告警门限χi的值可以设置大一些，当该节点业务稀少时，能量告警门限χi的值可以设置小一些。在包含EH节点的无线EH网络中，实施例包括了如下步骤：步骤一：网络中的EH节点i周期性测量到达业务的平均服务持续时间σi和平均服务到达率并根据σi和设置相应的能量告警门限χi。步骤二：当网络中的EH节点i检测发现自身的剩余能量小于或等于能量告警门限χi时，向其它节点发出能量请求消息。步骤三：其它节点接收到能量请求消息后，判断自身是否有能力和意愿向EH节点i传输能量，并且有能力和意愿的其它节点向EH节点i反馈相关信息；EH节点i根据自身测量得到的信息和其它节点反馈的信息确定供能节点，并将结果告知其它节点。供能节点向EH节点i的能量传输方式已有公开的现有技术，在此，实施例提供一种优选的方式：对于EH节点i确定的供能节点，当该节点有空闲信道时，将利用空闲信道向EH节点i传输能量，当没有空闲信道时，按照以下方式执行：(1)如果该供能节点已经分配了一个信道即将用于向EH节点i传输数据时，暂时放弃向EH节点i传输数据，优先利用该信道向EH节点i传输能量；或当该节点正在使用一个信道向EH节点i传输数据时，暂时中断向EH节点i传输数据，优先利用该信道向EH节点i传输能量。(2)当该供能节点正在为EH节点i以外的节点传输数据时，暂时中断其中一个或多个信道上的数据传输，优先利用这一个或多个信道向EH节点i传输能量。另外，实施例还给出了另一种场景，即考虑了一种特殊场景下的能量传输：无线EH网络中存在自私节点，发出能量请求消息的EH节点i附近都是自私节点，不愿意损耗自身能量来向EH节点i传输能量，距离EH节点i较远的非自私节点j是唯一有能力和意愿向EH节点i传输能量的节点。从非自私节点j向EH节点i传输能量存在一条直接链路和Ni条中继节点个数小于或等于Mmax的中继链路，第l条(1≤l≤Ni)中继链路除了非自私节点j和EH节点i外，还经过Ml个(1≤Ml≤Mmax)作为中继节点的具有EH能力的自私节点，以EH节点i为起点将这Ml个中继节点依次编号为中继节点1、中继节点2、…、中继节点Ml。设EH节点i请求的能量数为ET，EH节点i、中继节点1、中继节点2、…、中继节点Ml和非自私节点j的能量收集效率分别为ηi、η1、η2、…、和ηj。此时，由于自私节点只要不消耗自身能量仍然愿意提供能量传输，因此从非自私节点j直接向EH节点i传输能量不一定是最好的途径。基于上述场景，本专利技术提供的考虑节点自私特性的能量传输方法描述为：步骤一：EH节点i测量计算非自私节点j到EH节点i之间链路的信道增益hj,i；对于第l(1≤l≤Ni)条中继链路，EH节点i测量计算中继节点1到EH节点i之间链路的信道增益h1,i，中继节点1测量计算中继节点2到中继节点1之间链路的信道增益h2,1，中继节点2测量计算中继节点3到中继节点2之间链路的信道增益h3,2，依次类推，直到中继节点Ml测量计算非自私节点j到中继节点Ml之间链路的信道增益步骤二：计算当非自私节点j直接向EH节点i传输能量数为ET时非自私节点j需要发射的能量以及采用第l(1≤l≤Ni)条中继链路传输能量数为ET时非自私节点j需要发射的能量步骤三：选取当EH节点i请求的能量数为ET时Ni条中继链路以及非自私节点j到EH节点i之间链路中非自私节点j需要发射的能量最小的链路或中继链路提供能量传输。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于能量优先和节点分类的数据与能量协作传输方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：网络中的EH节点i周期性测量到达业务的平均服务持续时间σ

【技术特征摘要】
1.一种基于能量优先和节点分类的数据与能量协作传输方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：网络中的EH节点i周期性测量到达业务的平均服务持续时间σi和平均服务到达率并根据σi和设置相应的能量告警门限χi；步骤二：当网络中的EH节点i检测发现自身的剩余能量小于或等于能量告警门限χi时，向其它节点发出能量请求消息；步骤三：其它节点接收到能量请求消息后，判断自身是否有能力和意愿向EH节点i传输能量，并且有能力和意愿的其它节点向EH节点i反馈相关信息；EH节点i根据自身测量得到的信息和其它节点反馈的信息确定供能节点，并将结果告知其它节点；其中：EH节点i的平均服务持续时间σi定义为时间T内在EH节点i处发生的所有业务连接的总持续时间除以业务连接的数目；EH节点i的平均服务到达率定义为单位时间内到达EH节点i的业务的数目；EH节点i的能量告警门限χi定义为当EH节点i的剩余能量小于或等于χi时,EH节点i需要向其它节点发出能量请求消息。2.根据权利要求1所述的方法，对于其中步骤三中确定的供能节点，当该节点有空闲信道时，利用空闲信道向EH节点i传输能量。3.根据权利要求1所述的方法，对于其中步骤三中确定的供能节点，当该节点没有空闲信道时，按照以下方式向EH节点i传输能量：(1)如果该供能节点已经分配了一个信道即将用于向EH节点i传输数据时，暂时放弃向EH节点i传输数据，优先利用该信道向EH节点i传输能量；或当该节点正在使用一个信道向EH节点i传输数据时，暂时中断向EH节点i传输数据，优先利用该信道向EH节点i传输能量；(2)当该供能节点正在为EH节点i以外的节点传输数据时，暂时中断其中一个或多个信道上的数据传输，优先利用这一个或多个信道向EH节点i传输能量。4.根据权利要求1所述的方法，其中的能量告警门限χi值由当前EH节点i的平均服务持续时间σi和平均服...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖琨，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西,45