无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法，属于无线通信技术领域。包括以下步骤：S1：定义节点子信道分配标识S2：建模中继能量采集功率函数pH,m；S3：建模联合能效函数η；S4：建模源节点能效函数S5：建模中继节点能效函数S6：根据总能效最大化准则联合优化确定中继选择、源节点、中继节点功率、子信道分配以及能量采集策略。本方法建模源节点、中继节点联合能效函数，基于总能效最大化准则，实现源节点和中继节点发送功率、子信道优化分配、中继节点选择及中继节点能量采集策略联合优化设计，在保障用户QoS需求的同时，实现了网络能效优化。

【技术实现步骤摘要】
无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法
本专利技术属于无线通信
，涉及一种无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法。
技术介绍
近年来，通信技术的快速发展及能源消耗问题的日益严峻，迫切需要整合通信技术与能源技术现有研究成果，推陈出新，在既满足人们对高效可靠信息交互的需求的同时，又能够有效应对能源和频谱短缺的压力。在这种社会背景下，无线携能通信应运而生，该技术融合通信技术及输电技术，旨在实现信息与能量的并行传输，即在现有无线供电技术的基础上，通过前沿技术手段，在传输信息的同时实现能量收集，从而可有效利用能量资源，缓解通信设备能耗敏感问题,具有重要的实际意义。无线通信网络中引入中继通信技术可有效提高系统容量和数据传输质量。无线携能中继网络中具有能量采集功能的中继节点在接收、转发源节点信息的同时实现能量采集，可实现网络性能增强及系统能效的提高。无线携能中继网络中如何综合考虑链路特性、中继节点能量采集机制以及节点业务需求，实现优化子信道、功率分配、中继节点选择以及能量采集策略选择是亟待解决的问题。目前已有研究考虑无线携能中继网络的中继选择方法及资源分配方法，如文献[DiomidisS.Michalopoulos,HimalA.Suraweera,RobertSchober,SimultaneousInformationTransmissionandWirelessEnergyTransferviaSelectingoneoutofTwoRelays,ControlandSignalProcessing(ISCCSP),May2014.]中提出了一种能量传输限制下的最佳中继选择方法以及基于信道状态信息的次优中继选择算法。文献[ZhiguoDing,SamirM.Perlaza,InakiEsnaola,H.VincentPoor,SimultaneousInformationandPowerTransferinWirelessCooperativeNetworks,InternationalConferenceonCommunicationsandNetworkdinginChina(Chinacom),2013]考虑中继协作网络的功率分配方法，提出一种基于网络吞吐量最大化的多对源-目的节点对的优化功率分配。现有研究大多以网络吞吐量最大化为优化目标，未考虑用户设备能耗，可能造成能效较低，对于能耗敏感终端设备，其业务体验将受到较严重影响；另外，现有研究较为孤立地考虑无线携能中继网络中的资源分配和中继选择的问题，未综合考虑多因素的联合优化，难以实现网络整体性能优化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法，该方法可有效实现中继选择策略、源节点、中继节点功率及信道分配以及中继节点能量采集策略的联合优化，在保障用户QoS需求的同时实现网络能效最大化。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：无线携能中继网络存在多对源-目的节点对以及多个中继节点。节点数据传输过程包括两个阶段，第一阶段，源节点占用子信道向中继节点发送信息，中继节点在接收源节点所发送信息的同时实现能量采集；第二阶段，中继节点占用子信道向对应目的节点转发信息。本专利技术提供的方法如下：建模源节点和中继节点联合能效，基于总能效最大化准则联合优化确定源节点、中继节点发送功率、子信道分配、中继节点选择以及中继节点能量采集策略。具体来说，包括以下步骤：S1：定义节点子信道分配标识S2：建模中继能量采集功率函数pH,m；S3：建模联合能效函数η；S4：建模源节点能效函数S5：建模中继节点能效函数S6：根据总能效最大化准则联合优化确定中继选择、源节点、中继节点功率、子信道分配以及能量采集策略。进一步，对于某源-目的节点对，源节点发送数据至中继节点与中继节点转发数据至对应目的节点占用相同子信道，建模节点子信道分配标识：1≤i≤N,1≤m≤M,1≤k≤K，其中N为源-目的节点对数目，M为中继节点数目，K为子信道数目，表示源节点i占用子信道k向中继节点m发送信息，表示源节点i未占用子信道k向中继节点m发送信息，应满足条件：1≤i≤N，1≤k≤K；1≤m≤M，1≤k≤K；1≤i≤N，1≤m≤M。进一步，中继节点在接收转发源节点所发送信息的同时执行能量采集，令δm为中继节点m的能量采集效率，ρm为中继m进行能量采集的功率分流比例，中继节点m所采集的能量为其中，为源节点i占用信道k向中继节点m传输数据时采用的发送功率，为对应链路增益，T为源节点到目的节点的总传输时间，中继节点m对应采集能量的功率为进一步，建模源节点和中继节点联合能效为其中，为源节点i的能效，为中继节点m的能效。进一步，建模其中，为源节点i的发送功率，为源节点i的传输速率，其中，为源节点i占用信道k向中继节点m的传输速率，其中，B为子信道带宽，为对应链路信噪比，其中σ2为高斯白噪声方差。进一步，其中，为中继节点m的传输速率，为中继节点m占用信道k向目的节点i传输数据速率，为对应链路信噪比，其中，为中继节点m占用信道k向目的节点i传输数据的发送功率，为对应链路的信道增益，为中继节点m的能耗，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的基于网络联合能效优化的中继选择及资源分配方法，建模源节点、中继节点联合能效函数，基于总能效最大化准则，实现源节点和中继节点发送功率、子信道优化分配、中继节点选择及中继节点能量采集策略联合优化设计，在保障用户QoS需求的同时，实现了网络能效优化。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为无线携能中继网络模型图；图2为无线携能中继接收机结构图；图3为本专利技术所述方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。图1为无线携能中继网络模型图，如图所示，假设网络覆盖区域内存在N个源-目的节点对和M个中继节点，网络中存在K个子信道，且每个子信道带宽均相等，每个源-目的节点对可占用同一个子信道和中继节点通信。图2为中继节点接收机结构图，中继节点接收到源节点发送信息，采用动态功率分配方式采集存储能量，令ρm为中继节点m执行能量采集的功率分流比例。图3为本专利技术提出的基于网络能效优化的无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法流程图，具体包括：S1：定义节点子信道分配标识。对于某源-目的节点对，源节点发送数据至中继节点与中继节点转发数据至对应目的节点占用相同子信道，定义节点子信道分配标识1≤i≤N，1≤m≤M，1≤k≤K，表示源节点i占用子信道k向中继节点m发送信息，表示源节点i未占用子信道k向中继节点m发送信息。应满足：1≤i≤N，1≤k≤K；1≤m≤M，1≤k≤K；1≤i≤N，1≤m≤M。S2：建模中继节点能量采集功率函数。中继节点在接收源节点所发送信息的同时以动态功率分配方式执行能量采集，中继节点m所采集的能量为：其中，δm为中继节点m的能量采集效率，为源节点i占用信道k向中继节点m传输数据时采用的发送功率，为对应链路增益，T为源节点到目的节点的总传输时间，中继节点m所采集能量的功率为：S3：建模源节点、中继节点联合能效函数。建模源节点和中继节点联合能效为其中，为源节点i本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法，其特征在于：在该方法中，建模源节点及中继节点联合能效，基于总能效最大化准则联合优化确定中继节点选择、源节点、中继节点发送功率、子信道分配以及中继节点能量采集策略。

【技术特征摘要】
1.一种无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法，其特征在于：在该方法中，建模源节点及中继节点联合能效，基于总能效最大化准则联合优化确定中继节点选择、源节点、中继节点发送功率、子信道分配以及中继节点能量采集策略；具体包括以下步骤：S1：定义节点子信道分配标识S2：建模中继能量采集功率函数pH,m；S3：建模联合能效函数η；S4：建模源节点能效函数S5：建模中继节点能效函数S6：根据总能效最大化准则联合优化确定中继选择、源节点、中继节点功率、子信道分配以及能量采集策略；对于某源-目的节点对，源节点发送数据至中继节点与中继节点转发数据至对应目的节点占用相同子信道，建模节点子信道分配标识：1≤i≤N,1≤m≤M,1≤k≤K，其中N为源-目的节点对数目，M为中继节点数目，K为子信道数目，表示源节点i占用子信道k向中继节点m发送信息，表示源节点i未占用子信道k向中继节点m发送信息，应满足条件：

【专利技术属性】
技术研发人员：柴蓉，赵娜，孙晓，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85