一种无线能量和数据的联合传输方法技术

本发明专利技术公开了一种无线能量和数据的联合传输方法，首先将源节点通过信令信道广播中继节点的发送顺序；源节点先用τ0时间向所有中继节点广播能量；用τl时间向第l个中继发送数据，l＝1,…,L。当其中一个中继接收数据时，其余中继机会性地从收到的射频信号中采集能量；在中继发送阶段，中继节点按照发送顺序向目的节点转发从源节点收到的数据，当一个中继在发送数据时，其他中继处于能量采集状态，在每次发送中，中继节点用完全部能量，在完成发送后，中继节点通过信令信道广播“END”，表示本次发送结束；与现有技术相比，采用本发明专利技术的技术方案能够在中继节点无稳定的能量供应，只能从源节点的射频信号中获取能量时，能够获得最大的传输速率，具有推广应用的价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线通讯技术，尤其涉及。
技术介绍
在无线传感网中，传感节点的工作时间往往受到电池电量的限制。通过能量采集技术使传感器节点从周围环境中获得能量可以有效延长网络的工作寿命。随着无线能量传输技术的发展，除了太阳能、风能等常规可再生能源外，射频信号也成为一种新的可用能源[I]。在使用无线能量传输技术的通信系统中，信息和能量可以同时被传输。如何使无线网络获得能量传输效率和信息传输速率的最佳折中是目前研究的热点。目前的研究工作均未考虑在存在多个中继节点的双跳网络中，如何分配源节点和中继节点之间的能量传输时间，信息传输时间以及中继节点和目的节点之间的信息传输时间，以获得最短的传输时间(或最大的传输速率)，成为迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供。 本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的: 本专利技术包括以下步骤: (I)源节点通过信令信道广播中继节点的发送顺序； (2)源节点先用τ ^时间向所有中继节点广播能量； (3)用^时间向第I个中继发送数据，I = I,-,L0当其中一个中继接收数据时，其余中继机会性地从收到的射频信号中采集能量； (4)在中继发送阶段，中继节点按照发送顺序向目的节点转发从源节点收到的数据，当一个中继在发送数据时，其他中继处于能量采集状态，在每次发送中，中继节点用完全部能量，在完成发送后，中继节点通过信令信道广播“END”，表示本次发送结束；下一个中继在收到上一个中继的结束指令后，从能量采集模式转换到数据传输模式，所有中继按照发送顺序轮流向目的节点发送数据，直到所有比特都传送给目的节点。 本专利技术的有益效果在于: 本专利技术是，与现有技术相比，采用本专利技术的技术方案能够在中继节点无稳定的能量供应，只能从源节点的射频信号中获取能量时，能够获得最大的传输速率，具有推广应用的价值。 【附图说明】 图1是本专利技术发送方案实例(L = 2，Ps = P1 = Imff)的曲线图； 图2是本专利技术中继节点的发送功率和平均传输速率的关系曲线图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步说明: 本专利技术中考虑一个包括一个源节点，L个中继节点和一个目的节点的高斯多中继信道。由于障碍物阻挡或深衰落的影响，在源节点和目的节点之间不存在直达径。在数据和能量传输过程中，源节点和中继之间的信道以及中继节点和目的节点之间的信道保持不变。源节点和第I个中继节点的发送功率分别是Ps和P1Q = 1，…，L)。当源节点向第I个中继节点发送信息时，传输速率为U = log(l+ Y uPs/X)，其中，Y sa表示从源节点到第I个中继节点的信道增益。当第I个中继节点向目的节点发送信息时，信息传输速率为h =log (1+Y WP1ZX),其中，Y ^表示从第I个中继节点到目的节点的信道增益。中继节点工作在半双工模式。为避免干扰，源节点和中继节点在不同时隙内发送信号或能量。中继节点对收到的信息进行解码前传。 假定所有中继节点都只能从源节点发送的射频信号中获得能量，并将能量存储在电池中，用于转发数据。若中继节点在转发完所有比特后仍有剩余能量，可将剩余能量以无线功率传输的方式转移给其他节点。由于实际电路的限制，中继节点无法同时采集能量和解码信息。假设中继节点以时分的方式采集能量和接收信息。当一个中继从源节点接收信息时，其他中继机会性地从收到的射频信号中采集能量。第I个中继节点的能量采集效率为n YsaPs，其中，o < n < I为能量转换效率。而且，当一个中继发送信息时，其他中继也可从收到的射频信号中采集能量。当中继I发送信号时，中继I’的能量采集效率为n YuP1,其中，Yu’表示从中继I到中继I’的信道增益。 在传输过程中，每个中继节点都必须满足能量和数据的因果约束条件。也就是说，在任意时刻，中继节点所消耗的总能量必须小于等于节点所采集的总能量；中继节点所发送的比特必须小于等于所接收的比特。设源节点有B比特信息需要传输给目的节点。在本专利技术中，提出一种最优的传输方案，该方案能在满足中继节点的能量和数据的因果约束的条件下，最小化系统的传输时间(或最大化系统的传输速率)。确定最优的发送方案实际就是确定源节点和中继节点的发送顺序以及各节点在每个时间段的发送时间。对于任一给定的发送顺序，各中继节点在每一段内的发送时间都应满足能量和数据的因果约束条件。然而，如果不考虑具体的发送过程，而只是考虑在整个发送过程结束时各个中继的能量和数据约束(相当于放宽了约束条件)，所得到的是一个传输时间的下界。下面，分析如何获得这个传输时间的下界。在任意发送方案中，无论发送顺序如何，总的发送时间都可以分为4部分: 1.τ ^:源节点给中继节点传输能量的时间； 2.τ 1:源节点给第I个中继发送数据的时间； 3.ΤΕ；1:第I个中继向其它中继转移能量的总时间； 4.Tm:第I个中继向目的节点传输数据的总时间。 传输时间的下界可以通过求解下面的线性规划问题得到:L J= min Q + Σ TJ+ Tej+ tsj Λ.1 M L S t /? T3J+ Tfj) < ηγ^1PXtq + Σ^) + Σ^ιΛ(^ + Τ±ι) Vi Jt=I ΜbZsj= bs f iL^1^]τι= B,M γ() >0, ^>0, 7>^>0, V7⑴ 中的约束条件I保证在发送结束时，所有中继都满足能量的因果约束条件； 约束条件2保证在发送结束时，每个中继收到的比特数应该等于发送的比特数。 (I)是一个典型的线性规划问题，可用单纯性法求解。接下来，提出一个能获得 (I)中所得到最小传输时间的可行性方案。为了在中继节点间进行有效协作，我们需要一个独立的频率信道用于广播和交换信令信息。数据发送开始前，源节点通过信令信道广播节点的发送顺序(发送顺序不影响总发送时间。向中继节点广播发送顺序只是为了节间的协作)。在所提方案中，发送过程包括两个阶段，第一阶段:源节点将所有信息和中继所需能量发送给中继节点；第二阶段:中继节点将接收到的信息以解码前传的方式转发给目的节点。发送方案的具体实现步骤为: (I)源节点通过信令信道广播中继节点的发送顺序； (2)源节点先用τ ^时间向所有中继节点广播能量； (3)用^时间向第I个中继发送数据，I = 1，...Λ。当其中一个中继接收数据时，其余中继机会性地从收到的射频信号中采集能量； (4)在中继发送阶段，中继节点按照发送顺序向目的节点转发从源节点收到的数据，当一个中继在发送数据时，其他中继处于能量采集状态，在每次发送中，中继节点用完全部能量，在完成发送后，中继节点通过信令信道广播“END”，表示本次发送结束；下一个中继在收到上一个中继的结束指令后，从能量采集模式转换到数据传输模式，所有中继按照发送顺序轮流向目的节点发送数据，直到所有比特都传送给目的节点。(在中继发送阶段，每个中继都需要多次发送才能将接收到的比特传输到目的节点)。 在所提方案中，中继节点在每次发送中都满足能量及数据的约束条件，因此，对所提方案而言，只需要满足在发送结束时能量和数据的因果条本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线能量和数据的联合传输方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)源节点通过信令信道广播中继节点的发送顺序；(2)源节点先用τ0时间向所有中继节点广播能量；(3)用τl时间向第l个中继发送数据，l＝1,…,L；当其中一个中继接收数据时，其余中继机会性地从收到的射频信号中采集能量；(4)在中继发送阶段，中继节点按照发送顺序向目的节点转发从源节点收到的数据，当一个中继在发送数据时，其他中继处于能量采集状态，在每次发送中，中继节点用完全部能量，在完成发送后，中继节点通过信令信道广播“END”，表示本次发送结束；下一个中继在收到上一个中继的结束指令后，从能量采集模式转换到数据传输模式，所有中继按照发送顺序轮流向目的节点发送数据，直到所有比特都传送给目的节点。

【技术特征摘要】
1.一种无线能量和数据的联合传输方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)源节点通过信令信道广播中继节点的发送顺序； (2)源节点先用τ^时间向所有中继节点广播能量； (3)用^时间向第I个中继发送数据，I= 1，...Λ;当其中一个中继接收数据时，其余中继机会性地从收到的射频信号中采集能量； (4)在中继发送阶段，中继节点按照发送...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐岚，张兴敢，沈欣，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32