一种考虑能量传输的中继选择方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑能量传输的协作通信系统中继选择方法。所述方法相对于传统中继选择，既考虑了传统节点，又考虑了EH节点；不仅考虑了中继链路的信道状况，同时考虑了如何选择施能节点以及施能节点对中继选择的影响，同时考虑了数据的有效传输和能量的有效利用，可以优化系统通信性能，延长网络生命周期，符合未来发展绿色通信的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种考虑能量传输的协作通信系统中继选择方法。
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。现有的协作通信系统中继选择方法包括：基于协作增益的单节点选择策略；基于瞬时信道状态的分布式选择策略；基于信道统计特性的中继节点选择算法和基于机会中继的最佳中继节点选择算法等。上述中继选择方法都不针对具有EH能力的中继节点，因此，当存在具有EH能力的中继节点时，如何进行中继选择成为一个值得关注和需要解决的问题，在这个问题中，不仅要考虑数据的有效传输，同时也有必要兼顾能量的有效利用，达到延长网络生命周期的目的。
技术实现思路
基于上述背景，本专利技术提供一种考虑了具有EH能力的中继节点的中继选择方法。本专利技术方法相对于传统中继选择，既考虑了传统电网或者电池供电的节点，又考虑了具有EH能力的节点(以下简称EH节点)；不仅考虑了中继链路的信道状况，同时考虑了如何选择施能节点以及施能节点对中继选择的影响，优化系统通信性能，延长网络生命周期，符合未来发展绿色通信的要求。为了方便专利技术描述，做以下定义：假设两个节点A、B之间进行能量传输，能量从节点A传输到节点B，称节点A为施能节点，节点B为受能节点。施能节点A在受能节点B处的收集效率ηA-B,H定义为在时间T2内受能节点B收集的来自施能节点A的能量与施能节点A向受能节点B所传输的能量之比，即其中为在时间T2内受能节点B收集的来自施能节点A的能量，为在时间T2内施能节点A向受能节点B所传输的能量，T2为能量传输的持续时间。施能节点A在受能节点B处的施能利用率ηA-B,E定义为施能节点A在受能节点B处的收集效率ηA-B,H与受能节点B到目的节点D链路的频带利用率ηB,D的乘积，即ηA-B,E＝ηA-B,HηB,D。受能节点B的有效施能节点集合定义为能够向受能节点B有效传输能量的施能节点的集合。具体来说，当受能节点B接收到来自施能节点A的导频信号强度大于或等于导频强度门限Pth时，施能节点A为受能节点B的有效施能节点。采用现有技术确定候选中继节点以及根据源节点到候选中继节点之间链路的信噪比和候选中继节点到目的节点之间链路的信噪比中的较小值确定链路自适应传输的调制级数，当最大调制级数对应的候选中继节点数目为1个时，选取最大调制级数对应的候选中继节点为最终选取的中继节点；当最大调制级数对应的候选中继节点数目大于1时，选取这些候选中继节点中采用电网供电的任意一个候选中继节点为最终选取的中继节点。当最大调制级数对应的候选中继节点数目大于1且都是具有能量收集能力的节点时，中继节点的选择包括如下步骤：(1)设置能量安全门限Eth，在剩余能量大于或等于能量安全门限Eth的最大调制级数对应的候选中继节点中，选取剩余能量最大的候选中继节点为最终选取的中继节点。(2)如果最大调制级数对应的候选中继节点的剩余能量均小于能量安全门限Eth，这些候选中继节点都成为受能节点REH,j；对于每一个受能节点REH,j，测量所接收到的来自其它节点的导频信号，将所述导频信号强度大于或等于导频强度门限Pth的节点称为有效施能节点(3)计算为所述有效施能节点的剩余能量百分比；为所述有效施能节点在受能节点REH,j处的施能利用率；将每一个有效施能节点对应的值相加求和，选取最大和值所对应的受能节点为最终选取的中继节点。另外，为受能节点REH,j选取有效施能节点的步骤是：将每一个有效施能节点对应的值按照从大到小的顺序排序，选取最大的一个或若干个值对应的有效施能节点为受能节点REH,j传输能量。具体实施方式下面借助实施例对本专利技术做一详细描述。当需要在源节点S和目的节点D之间进行协作传输时：步骤一：测量源节点S到任意中继节点之间链路的信噪比、任意中继节点到目的节点D之间链路的信噪比，确定候选中继节点集合SC，NC为候选中继节点的数目，具体方法已有成果，不再赘述。对于候选中继节点集合SC中的每一个候选中继节点Ri，i＝1，…，NC，根据源节点S到候选中继节点Ri之间链路的信噪比和候选中继节点Ri到目的节点D之间链路的信噪比中的较小值确定中继链路S-Ri-D的链路自适应调制级数，对于采用QAM调制方式的链路自适应，确定QAM调制级数的方法已有成果，不再赘述。步骤二：当最大调制级数对应的候选中继节点数目为1个时，选取最大调制级数对应的候选中继节点为最终选取的中继节点，转步骤三；当最大调制级数对应的候选中继节点数目大于1时，选取这些候选中继节点中采用电网供电的任意一个候选中继节点为最终选取的中继节点，转步骤三；当最大调制级数对应的候选中继节点数目大于1且都是EH节点时，采取如下步骤：(1)设置能量安全门限Eth，对于最大调制级数对应的每一个候选中继节点REH,j，j＝1，…，NEH,C，NEH,C为最大调制级数对应的候选中继节点的数目，当REH,j的剩余能量大于或等于Eth时，认为可以满足通信需求，不需要收集能量，当存在一个或多个此类候选中继节点时，选取其中剩余能量最大的候选中继节点为最终选取的中继节点，转步骤三；当最大调制级数对应的每一个候选中继节点REH,j(j＝1，…，NEH,C)的剩余能量均小于Eth时，认为剩余能量均不足以满足通信需求，需要收集能量，于是候选中继节点REH,j(j＝1，…，NEH,C)成为受能节点。(2)对于每一个受能节点REH,j(j＝1，…，NEH,C)，测量所接收到的来自其它节点的导频信号，将接收导频信号强度大于或等于导频强度门限Pth的节点选入REH,j的有效施能节点集合对于中的每一个有效施能节点为中的有效施能节点数目，测量计算的剩余能量百分比(即的剩余能量与该节点的能量存储器容量之比)以及有效施能节点在受能节点REH,j处的施能利用率令将中的每一个有效施能节点对应的相加求和，得到和值为(3)分别求j＝1，…，NEH,C时的选取最大和值对应的受能节点为最终选取的中继节点。步骤三：向系统报告中继选择结果。需要指出的是，本专利技术方法的思路，同样可用于多中继选择，只需要在同等情况下优先选择电网供电的候选中继节点即可。此外，本专利技术还提供了一种为受能节点选取施能节点的方法，该方法描述为：对于受能节点REH，测量所接收到的来自其它节点的导频信号，将接收导频信号强度大于或等于Pth的节点选入REH的有效施能节点集合对于中的每一个有效施能节点为中的有效施能节点数目，测量计算的剩余能量百分比(即的剩余能量与该节点的能量存储器容量之比)以及有效施能节点在受能节点REH处的施能利用率令将按照从大到小的顺序排序，选取最大的一个或若干个值对应的有效施能节点为受能节点REH传输能量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑能量传输的中继选择方法，当最大调制级数对应的候选中继节点数目大于1且都是具有能量收集能力的节点时，其特征在于：所述中继选择方法包括如下步骤：(1)设置能量安全门限Eth，在剩余能量大于或等于能量安全门限Eth的最大调制级数对应的候选中继节点中，选取剩余能量最大的候选中继节点为最终选取的中继节点；(2)如果最大调制级数对应的候选中继节点的剩余能量均小于能量安全门限Eth，这些候选中继节点都成为受能节点REH,j；对于每一个受能节点REH,j，测量所接收到的来自其它节点的导频信号，将所述导频信号强度大于或等于导频强度门限Pth的节点称为有效施能节点(3)计算为所述有效施能节点的剩余能量百分比；为所述有效施能节点在受能节点REH,j处的施能利用率；将每一个有效施能节点对应的值相加求和，选取最大和值所对应的受能节点为最终选取的中继节点；其中：施能利用率定义为施能节点在受能节点处的收集效率与受能节点到目的节点链路的频带利用率的乘积；收集效率定义为在一定时间内受能节点收集的来自施能节点的能量与施能节点向受能节点所传输的能量之比。

【技术特征摘要】
1.一种考虑能量传输的中继选择方法，当最大调制级数对应的候选中继节点数目大于1且都是具有能量收集能力的节点时，其特征在于：所述中继选择方法包括如下步骤：(1)设置能量安全门限Eth，在剩余能量大于或等于能量安全门限Eth的最大调制级数对应的候选中继节点中，选取剩余能量最大的候选中继节点为最终选取的中继节点；(2)如果最大调制级数对应的候选中继节点的剩余能量均小于能量安全门限Eth，这些候选中继节点都成为受能节点REH,j；对于每一个受能节点REH,j，测量所接收到的来自其它节点的导频信号，将所述导频信号强度大于或等于导频强度门限Pth的节点称为有效施能节点(3)计算为所述有效施能节点的剩余能量百分比；为所述有效施能节点在受能节点REH,j处的施能利用率；将每一个有效施能节点对应的值相加求和，选取...

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