基于网络编码的RFEH-CR数据传输时间分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于网络编码的RFEH‑CR数据传输时间分配方法，包括以下步骤：S1、建立带移动节点的网络拓扑结构；S2、在一个长度为T的时隙内，将M个SU节点首先划分为不同的簇，簇中每个SU节点在进行数据传输过程中先后进行网络编码、能量收集、频谱感知、以及数据传输；能量收集过程中能量收集系数α为能量收集时间与T‑Tc的比值；频谱感知过程中的频谱感知系数β为频谱感知时间与T‑Tc的比值，频谱感知同时统计每个节点的能量系数ω。本发明专利技术的数据传输时间分配方法，以优化的能量收集时间系数α，感知时间系数β，及数据传输时间系数1‑α‑β，最终使节点的吞吐量最大。

【技术实现步骤摘要】
基于网络编码的RFEH-CR数据传输时间分配方法
本专利技术涉及5G关键技术之一的认知无线电
，更具体地说，本专利技术涉及一种基于网络编码的RFEH-CR数据传输时间分配方法。
技术介绍
随着无线通信的持续发展，频谱资源短缺及设备能量受限等问题日益显著。射频能量收集认知无线电(RFEH-CR)作为一种新兴的无线通信技术，通过允许能量受限的次级用户(SU)从周围环境的射频信号中采集能量进行供电，并在不影响主用户(PU)通信的情况下使用主用户的授权频谱进行通信，从而解决了无线通信的能量限制和频谱限制问题。与传统认知无线电技术相比，RFEH-CR的次用户节点作为可移动节点，无外接电源，并且有限的时间资源为能量收集、频谱感知、数据传输三者所共享，因而收集的能量是有限的，极易产生能量中断问题。因此，RFEH-CR网络的能量均衡及时间分配问题至关重要。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种基于网络编码的RFEH-CR数据传输时间分配方法，通过在能量约束及碰撞约束的条件下，建立能量收集时间优化模型及吞吐量最大化的约束模型，得到优化的能量收集时间系数α，感知时间系数β，及数据传输时间系数1-α-β，最终使节点的吞吐量最大。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种基于网络编码的RFEH-CR数据传输时间分配方法，包括以下步骤：S1、建立带移动节点的网络拓扑结构，所述网络拓扑结构包括多个汇聚中心、PU节点和SU节点，每个PU节点分别具有一个授权的频谱信道，而每个SU节点都具有从环境中的射频信号收集能量的能力，并在能量因果关系约束和碰撞约束的条件下，通过感知PU节点信道并利用频谱空洞进行数据传输；S2、在一个长度为T的时隙内，将M个SU节点首先划分为不同的簇，簇中每个SU节点在进行数据传输过程中先后进行网络编码、能量收集、频谱感知、以及数据传输；其中，划分为不同的簇与网络编码的时间之和为Tc；能量收集过程中能量收集系数α为能量收集时间与T-Tc的比值；频谱感知过程中的频谱感知系数β为频谱感知时间与T-Tc的比值，频谱感知同时统计每个节点的能量系数ω，Es(t)为在时隙T开头的存储的能量，Eo为网络编码后需要传输的数据消耗的能量；所述α＝(1-β)(4ω2-4ω+1)。优选的是，所述的基于网络编码的RFEH-CR数据传输时间分配方法，包括N个PU节点和M个SU节点，M≥N；频谱感知系数β根据最优感知时间机制获得最优值β*，以使SU节点的网络吞吐量最大；最优感知时间机制具体如下：A1、zi,j表示第i个SU节点的感知第j个PU节点使用信道的情况，每一个SU节点一个时隙T内只能并且必须感知一个PU节点信道，并且每个PU节点至少要被感知一次，依据平均原则，则感知第j个PU节点信道的SU节点的个数为kj，A2、kj个SU节点中每个SU节点感知PU节点信道的虚警概率Pfl(λ,β)和检测概率Pdl(λ,β)表示为：其中，λ表示局部检测阈值，fs为采样频率，为噪声功率，是SU信号的发射功率，A3、kj个SU节点感知PU节点信道的虚警概率和检测概率经汇聚节点根据OR准则融合后，得到第j个PU节点信道的虚警概率Pf,j和检测概率Pd,j，第j个PU节点信道的虚警概率Pf,j和检测概率Pd,j分别表示为：假设第i个SU节点对应感知的是第j个PU节点信道，则第i个SU节点的吞吐量为：其中，Poc表示PU节点使用信道的概率，C0表示PU节点不使用授权信道时信道的最大信道容量，C0＝log2(1+γ)，其中，V＝(2ω-1)2eh+esp，Ec是划分不同的簇及网络编码过程中消耗的能量，eh、esp分别表示能量收集速率及频谱感知能量消耗速率；由于α＝(1-β)(4ω2-4ω+1)，则第i个SU节点的吞吐量进一步为：其中，Poc表示PU节点使用信道的概率，在能量约束和碰撞约束条件下，为了使第i个SU节点的吞吐量最大，每个信道上检测概率Pd,j(λ,β)需要大于等于预设的目标检测概率节点的检测阈值λ的最优值应该在取等号时取得，因此λ可以表示为：其中，Q-1()是Q函数的逆函数，则SU节点感知PU节点信道的虚警概率可以表示为：进一步，为了使第i个SU节点的吞吐量最大，则使-Ri(β)最小，其中，利用拉格朗日乘子，将约束优化问题转化为无约束优化问题如下：其中，μ1、μ2、μ3、μ4是非负的拉格朗日乘子。然后在KKT条件下，对β进行求导：因此，存在最优的频谱感知系数β*使得SU节点吞吐量最大化，并且β*满足：本专利技术至少包括以下有益效果：1、本专利技术的基于网络编码的RFEH-CR数据传输时间分配方法，通过在能量约束及碰撞约束的条件下，建立能量收集时间优化模型及吞吐量最大化的约束模型，得到优化的能量收集时间系数α，感知时间系数β，及数据传输时间系数1-α-β，最终使节点的吞吐量最大。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。具体实施方式下面对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。一种基于网络编码的RFEH-CR数据传输时间分配方法，包括以下步骤：S1、建立带移动节点的网络拓扑结构，所述网络拓扑结构包括多个汇聚中心、PU节点和SU节点，每个PU节点分别具有一个授权的频谱信道，而每个SU节点都具有能量收集能力，并在能量因果关系约束和碰撞约束的条件下，通过感知PU节点信道并利用频谱空洞进行数据传输；S2、在一个长度为T的时隙内，将M个SU节点首先划分为不同的簇，簇中每个SU节点在进行数据传输过程中先后进行网络编码、能量收集、频谱感知、以及数据传输；其中，划分为不同的簇与网络编码的时间之和为Tc；能量收集过程中能量收集系数α为能量收集时间与T-Tc的比值；频谱感知过程中的频谱感知系数β为频谱感知时间与T-Tc的比值，频谱感知同时统计每个节点的能量系数ω，Es(t)为在时隙T开头的存储的能量，Eo为网络编码后需要传输的数据消耗的能量；所述α＝(1-β)(4ω2-4ω+1)。本专利技术的基于网络编码的RFEH-CR数据传输时间分配方法，RFEH-CR网络由L个汇聚中心、N个PU节点和M个SU节点组成，其中M≥N。每个PU节点分别具有一个授权的频谱信道并且都由外接电源供电即不受能量限制，而每个SU节点都具有能量收集能力，具有用于存储数据包的数据队列和用于存储从环境中收集能量的能量队列，并在能量因果关系约束和碰撞约束的条件下，通过感知PU信道并利用频谱空洞进行数据传输。其中能量因果关系约束要求总消耗能量不应超过总收获能量，而碰撞约束是保护主网络不受次级传输的干扰。对于时隙模型，假设各信道时间同步，对于SU使用空闲时隙，长度T的时隙进一步划分为五个部分，包括簇的建立及网络编码时间Tc、能量收集时间、感知时间和传输时间。簇的建立及网络编码时间Tc，相对于能量收集时间、感知时间和传输时间很小，固可将Tc看成定值，将能量收集时间系数α与频谱感知时间系数β之间的关系设置为α＝(1-β)(4ω2-4ω本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于网络编码的RFEH‑CR数据传输时间分配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立带移动节点的网络拓扑结构，所述网络拓扑结构包括多个汇聚中心、PU节点和SU节点，每个PU节点分别具有一个授权的频谱信道，而每个SU节点都具有从环境中的射频信号收集能量的能力，并在能量因果关系约束和碰撞约束的条件下，通过感知PU节点信道并利用频谱空洞进行数据传输；S2、在一个长度为T的时隙内，将M个SU节点首先划分为不同的簇，簇中每个SU节点在进行数据传输过程中先后进行网络编码、能量收集、频谱感知、以及数据传输；其中，划分为不同的簇与网络编码的时间之和为Tc；能量收集过程中能量收集系数α为能量收集时间与T‑Tc的比值；频谱感知过程中的频谱感知系数β为频谱感知时间与T‑Tc的比值，频谱感知同时统计每个节点的能量系数ω，

【技术特征摘要】
1.基于网络编码的RFEH-CR数据传输时间分配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立带移动节点的网络拓扑结构，所述网络拓扑结构包括多个汇聚中心、PU节点和SU节点，每个PU节点分别具有一个授权的频谱信道，而每个SU节点都具有从环境中的射频信号收集能量的能力，并在能量因果关系约束和碰撞约束的条件下，通过感知PU节点信道并利用频谱空洞进行数据传输；S2、在一个长度为T的时隙内，将M个SU节点首先划分为不同的簇，簇中每个SU节点在进行数据传输过程中先后进行网络编码、能量收集、频谱感知、以及数据传输；其中，划分为不同的簇与网络编码的时间之和为Tc；能量收集过程中能量收集系数α为能量收集时间与T-Tc的比值；频谱感知过程中的频谱感知系数β为频谱感知时间与T-Tc的比值，频谱感知同时统计每个节点的能量系数ω，Es(t)为在时隙T开头的存储的能量，Eo为网络编码后需要传输的数据消耗的能量；所述α＝(1-β)(4ω2-4ω+1)。2.如权利要求1所述的基于网络编码的RFEH-CR数据传输时间分配方法，其特征在于，包括N个PU节点和M个SU节点，M≥N；频谱感知系数β根据最优感知时间机制获得最优值β*，以使SU节点的网络吞吐量最大；最优感知时间机制具体如下：A1、zi，j表示第i个SU节点的感知第j个PU节点使用信道的情况，每一个SU节点一个时隙T内只能并且必须感知一个PU节点信道，并且每个PU节点至少要被感知一次，依据平均原则，则感知第j个PU节点信道的SU节点的个数为kj，或A2、kj个SU节点中每个SU节点感知PU节点信道的虚警概...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃团发，盘小娜，胡永乐，沈湘平，杨茜茜，罗剑涛，陈俊江，
申请(专利权)人：广西大学，润建通信股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45