大规模中继网络中基于时隙ALOHA的贪婪中继选择方法技术

本发明专利技术提供了一种大规模中继网络中基于时隙ALOHA的贪婪中继选择方法，首先建立网络模型，然后可用中继节点进行自我标记后进行基于时隙ALOHA的贪婪中继选择，当中继节点被成功选择，则源节点使用被选中的中继节点进行传输。本发明专利技术同时结合了盲网络、动态网络、大规模网络环境等多方面因素，可以在不需要中继提供状态信息的前提下，在大量动态中继之中快速选择出符合用户传输需求的中继，并且引入了贪婪中继选择的新兴概念，是一种可用性强，适用面广的中继选择方案。

【技术实现步骤摘要】
大规模中继网络中基于时隙ALOHA的贪婪中继选择方法
本专利技术属于无线通信
，更进一步涉及大规模无线中继网络中由于缺乏中 继信息的广播和更新时的中继选择方案的设计问题，可用于解决含有设备与设备间的直接 通信的移动蜂窝网，以及传感器网络通信等动态大规模网络环境中，无法获得中继信息时 的中继选择问题。
技术介绍
协作通信技术是一种将中继节点运用到无线网络的新兴技术。它能够为原本信道 质量较差难以保证传输质量的用户提供可靠的数据传输服务。其基本思想是通过利用分集 技术，在信道质量较差的发射接收端之间安放用于接收转发的中继节点，从而达到减短单 跳距离，改善信道质量，提高总传输距离，降低中断率等作用。在中继服务网络中，由于可能 同时存在有复数性能不同的中继，设计一个能为用户提供合适中继的中继选择方案非常重 要。目前有很多研究中继选择的相关工作。Y.Jing等人在Single and multiple relay selection schemes and their achievable diversity orders(IEEE Trans. Wireless C ommun. , vol. 8, no. 3, pp. 1414-1423, Mar. 2009.) 一文中总结了目前存在的数种单中继选 择算法，并将中继选择的场景扩展到了多中继的情况。进一步，S. Park等人在Adaptive threshold based relay selection for minimum feedback and channel usage (IEEE Trans. Wireless Commun.，vol. 10, no. 11，pp. 3620-3625, Nov. 2011.)中提出了一种基于单 比特反馈可调节阈值的中继选择算法，它能够很好地降低对信道状态信息（CSI)更新量的 需求。 为了选择最优的中继，以上述两个方案为代表的众多算法都采取了收集中继信息 进行比较的方式来进行选择，然而这种方法网络开销很大且十分复杂。在诸如分布式动态 大规模中继网络这样的实际场景中，通过上面的穷举对比的方式来在大量中继中选择最优 中继就显得非常不现实了。 基于时隙AL0HA的中继选择方案是一种能够随机选取满足特定条件中继的策 略，这类选择方案能够在不进行特别对比的情况下选择出中继，从而降低了对中继的信 息需求° F. Etezadi,等人在 Decentralized relay selection schemes in uniformly distributed wireless sensor networks (IEEE Trans. Wireless Commun. , vol. 11, no. 3, pp. 938-951, Mar. 2012.) -文中阐述了在均匀分布的中继网络中的中继选择问题。重点对 比了最优中继选择，随机中继选择以及基于地理的中继选择方案。然而该方案并未给出如 何在大规模网络中协调随机接入中继的接入概率问题，同时也缺乏具体的帧结构设计的相 关讨论。
技术实现思路
为了克服现有技术网络规模过小，过度依赖收集中继的信息来完成选择，以及大 多只能应用于静态网络等不足，本专利技术提供一种能运用在动态大规模网络中的贪婪中继选 择方案，该方案能够在不需要收集中继的信息情况下，快速选取满足传输速率需求的中继， 并且能很好地适应不同的中继密度及节点运动情况。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤： 1)建立网络模型，包括一个源节点S、一个目的节点D和密度为入，的均匀随机分 布的若干中继节点R，其中中继节点分为可以满足用户最低传输需求的可用中继和不能满 足传输需求的其它中继；源节点到目的节点、源节点到中继节点、中继节点到目的节点之间 的距离分别表示为d SK、dSK和dKD ;在每帧内执行步骤2)?4); 2)可用中继的自我标记 2a)源节点在每帧中的第一时隙广播用户最低需求传输速率&和源节点坐标给所 有中继节点； 2b)收到源节点广播信息的每个中继节点计算自己的中继传输速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大规模中继网络中基于时隙ALOHA的贪婪中继选择方法，其特征在于包括下述步骤：1)建立网络模型，包括一个源节点S、一个目的节点D和密度为λr的均匀随机分布的若干中继节点R，其中中继节点分为可以满足用户最低传输需求的可用中继和不能满足传输需求的其它中继；源节点到目的节点、源节点到中继节点、中继节点到目的节点之间的距离分别表示为dSR、dSR和dRD；在每帧内执行步骤2)～4)；2)可用中继的自我标记2a)源节点在每帧中的第一时隙广播用户最低需求传输速率Rr和源节点坐标给所有中继节点；2b)收到源节点广播信息的每个中继节点计算自己的中继传输速度并与需求传输速率Rr进行对比，其中ε为用户能够承受的目标传输总中断率，Ps与Pr分别为源节点和中继节点的发射功率，N0为噪声平均功率；2c)每个能够满足Ra＞Rr的中继节点都将自己标记为可用中继，继续参与步骤3)中基于时隙ALOHA的中继选择，其余中继自我标记为其它中继，并退出本帧的中继选择，在下一帧之前保持静默；3)基于时隙ALOHA的贪婪中继选择3a)可用中继通过可用中继区域估算每时隙最优接入概率其中λ＝λr|S|，m为本帧中目前已成功接入的中继个数，Psuc(pacc)为一个时隙内的发生成功接入的总概率，Psuc(pacc)=e-λr|S|Σk=1∞(λr|S|)kk-m1(1-pacc)k-m-1pacck!]]>其中，k为该帧内的可用中继数量，k-m1]]>代表在k‑m个中选1个的组合符号，|S|为可用中继区域的面积，|S|=2∫x1x2-xSR2+axSR+bdxSR=(2xSR-a2-xSR2+axSR+b+a2+4b4arcsin2xSR-aa2+4b)|x1x2]]>积分下限与上限分别为x1=a/2-a2/4+bx2=a/2+a2/4+b]]>其中a=2dSDPsPs+Pr,b=(ln(1-ϵ)-1(2Rr-1)N0-dSD2Pr)PsPrPs+Pr;]]>3b)在每帧的中继选择开始之前，设为被选中继传输速率的初始值，W为连续失败接入的时隙的上限值，w0＝0为连续接入失败时隙计数器的初始值，m0＝0为已成功接入中继数量的初始值，L表示一帧中总的时隙数，l0＝0为选择过程使用时隙的初始值；在从第二个时隙开始的每一个时隙中，每个尚未接入成功的可用中继都以计算得到的接入概率pacc(λ,m)来接入信道；当且仅当同时只有一个中继接入信道时，则完成了一次成功的选择，此时成功接入中继数量m加1并且令w归零；否则选择失败，且当m＞0时令w加1；无论选择是哪一种结果，l都加1，代表推进到下一时隙；每当发生一次成功的选择，将选择成功的中继节点的速度Ra和Rs进行对比；当Ra＞Rs，源节点更新被选中的中继节点为新接入成功的中继节点并令Rs＝Ra，继续进行中继选择，否则终止中继选择；在w达到上限W，或者l达到上限L时也终止选择；4)当步骤3)结束且有中继节点被成功选择，源节点使用被选中的中继节点以速度Rs进行传输；协作传输过程分为两个阶段：第一阶段，源节点将数据发送给中继节点；第二阶段，中继解码收到的数据，如果能够正确解码，则中继将解码的数据转发给目的节点，否则中继将不进行转发。...

【技术特征摘要】
1. 一种大规模中继网络中基于时隙ALOHA的贪婪中继选择方法，其特征在于包括下述 步骤： 1) 建立网络模型，包括一个源节点S、一个目的节点D和密度为λ ^的均匀随机分布的 若干中继节点R，其中中继节点分为可以满足用户最低传输需求的可用中继和不能满足传 输需求的其它中继；源节点到目的节点、源节点到中继节点、中继节点到目的节点之间的距 离分别表示为d SK、dSK和dKD ;在每帧内执行步骤2)?4); 2) 可用中继的自我标记 2a)源节点在每帧中的第一时隙广播用户最低需求传输速率&和源节点坐标给所有中 继节点； 2b)收到源节点广播信息的每个中继节点计算自己的中继传输速度，并与需求传输速率艮进行对比，其中ε为用户能够承受的目 标传输总中断率，Ps与已分别为源节点和中继节点的发射功率，Ntl为噪声平均功率； 2c)每个能够满足Ra >&的中继节点都将自己标记为可用中继，继续参与步骤3)中 基于时隙ALOHA的中继选择，其余中继自我标记为其它中继，并退出本帧的中继选择，在下 一帧之前保持静默； 3) 基于时隙ALOHA的贪婪中继选择 3a)可用中继通过可用中继区域估算每时隙最优接入概率 其中入=A」S|，m为本帧中目前已成功接入的中继个数， Psu。(PaJ为一个时隙内的发生成功接入的总概率，其中，k为该帧内的可用中继数量，代...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩春雷，欧阳逢辰，陈赤联，胡军锋，郝明，杜利刚，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61