选取协作节点的方法技术

本发明专利技术公开了一种选取协作节点的方法，该方法包括：以协作通信系统中当前源节点的个数ｎ为列数，以协作通信系统中当前协作节点的个数ｍ为行数构造当前所述协作通信系统的邻接矩阵Ｈ；检测并消除所述邻接矩阵Ｈ中长度为４的短环；计算所述协作通信系统中各个源节点ｉ的中断概率Ｐ↓［ｏｕｔ，ｉ］；对于每个源节点，依次判断源节点ｉ的协作节点ｉ↓［ｃ］和源节点ｋ的协作节点ｋ↓［ｃ］交换后，源节点ｉ和源节点ｋ的中断概率是否变小，是则交换源节点ｉ和源节点ｋ的协作节点。本发明专利技术能够有效降低网络的中断概率，提升网络容量，提升终端节点的译码性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空通信领域，尤其涉及一种选取协作节点的方法。
技术介绍
随着协议和算法的设计越来越精细，移动节点之间能够支持的交互功能越来越多，一类新的分集方法—协作通信(CooperativeCommunications)随之出现并迅速成为通信界研究的热点。大规模无线通信网络中，节点之间的通信，不再仅仅依靠确定的互联方式，而是增加了随机性，并在其它节点的协作帮助下共享彼此的天线，各个节点构成虚拟多天线系统，提供网络环境下的分集和复用，从而充分利用空间资源，有效地抵抗信号传输中的衰落，阴影和其他干扰，达到可靠通信的目的。协作通信用于航空通信服务中，很大程度上能够解决通信环境差时的容量小等问题，使航空通信在某些极端条件下仍然可用。通过协作通信为系统带来的分集增益，称为协作分集。协作通信方式中，节点之间的协作关系不仅包括帮助其它节点发送信息，同时也要发送自己的信息。通过协作分集，无线终端可以彼此协作传输信息，在网络中形成多条路径。通过协作产生的冗余信息使接收端能够弥补由于衰落，阴影遮蔽和其他干扰对信道造成的影响。基于网络编码的数据传输突破了一直以来数据传输的固定模式，可以有效提高无噪有线网络容量。网络编码特有的数据传输模式——在节点进行信息合并，与协作通信的编码协作策略相符，网络编码与协作通信相结合的方式能够提供更优异的通信性能。网络编码用于协作传输，以低密度奇偶校验码(Low-Density Parity Check Code，简称LDPC)编码作为设-->计的载体，联合源节点和中继节点所传输的信息。LDPC编码的描述方式可以利用奇偶校验矩阵或是等价的二相图描述。二相图的两侧分别为变量节点和校验节点，其中每一个变量节点对应于奇偶校验矩阵的每一列，每一个校验节点对应于奇偶校验矩阵的每一行。图1为现有技术网络编码用于协作传输协议示意图，如图1所示，其中NS为源变量节点，NC，为协作变量节点，Nn为网络编码的变量节点；MS为源校验节点，MC为中继校验节点，Mn为网络编码的校验节点；在联合网络信道编码中，网络编码作为冗余信息同时为源节点和协作节点的信息提供校验。因此联合网络信道编码的校验矩阵包括，源节点LDPC码校验矩阵HS，协作节点LDPC码校验矩阵HC和网络编码矩阵Hn。网络编码作为校验信息为源节点和协作节点提供额外的校验信息。联合网络-信道编码的设计必须符合以下校验关系：Hn[XS,1NS,XC,1NC,Xn,1Nn]T=0;HS[XS,1NS]T=0;HC[XC,1NC]T=0]]>协作通信的性能不仅取决于协议本身，还取决于协作节点的选择。在航空高速移动网络中，并非所有的节点都能够承担协作的任务，有些节点的处理能力有限，有些节点在网络内部的生存周期太短，有些节点的通信条件不理想，这些因素都会造成网络中断概率的上升，通信中断。此外，有些节点到另一个节点的信息会回传给自身，并且通信路径仅为两条，若以G＝(V，E)表示为通信网络，V是发送节点、协作节点和接收节点的集合，E是有向通信链路的集合，在G中存在一个链路序列(v0，v1)，(v1，v2)，(v2，v0)，被称为长度为4的短环。这样长度为4的短环会引起译码过程无法收敛或者译码错误的放大，常造成网络中断概率的上升，降低网络容量。基于网络编码的协作协议，协作节点每次通信可以帮助至少一个源节点进行通信，其通信分为两种方式。图2a、图2b分别为现有技术利他协作模式和非利他协作模式示意图，如图2a，图2b所示，在图2a利他协作模-->式中，协作节点C不用传输自身信息，对接收到的源节点S1和源节点S2的信息进行网络编码，然后将经过网络编码后的信息作为源节点S1和S2的冗余信息发送到目的节点D，目的节点D对接收到的冗余信息进行联合迭代译码。在图2b非利他协作模式中，协作节点C有自身的通信任务，对自身的信息和其它源节点S的信息进行网络编码后，将经过网络编码后的信息发送至目的节点D，目的节点D对接收到的信息进行联合迭代译码。现有技术中，大多是点对点的通信，而协作通信作为发展潜力极大的技术近几年才倍受关注，但还需要研究具有实际意义的算法。网络容量由“最小割最大流”决定，但目前的通信技术很少情况能达到由此决定的网络容量上限。尤其是现有点对点技术很难保证大规模高速数据在信道条件较差的环境中的传输，链路不稳定，中断现象频频出现。
技术实现思路
本专利技术提供了一种选取协作节点的方法，有效消除协作通信系统的邻接矩阵中的长度为4的短环，并降低网络的中断概率，提升网络容量。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种选取协作节点的方法，具体步骤包括：步骤1、以协作通信系统中当前源节点的个数n为列数，以协作通信系统中当前协作节点的个数m为行数构造邻接矩阵H，对所述邻接矩阵H中的元素hpq，当源节点p与协作节点q之间有信息的交互时，hpq＝1，否则hpq＝0；步骤3、检测并消除所述邻接矩阵H中长度为4的短环；步骤5、根据公式Pout,i=∫S···∫λi,dexp(-λi,dui,d)dui,d×Πrelaynodesncλc,dexp(-ncλc,duc,d)duc,d]]>和所述邻接矩阵H，计算所述协作通信系统中各个源节点i的中断概率Pout，i；其中S为满足中断事件发生条件的所有节点的集合，nc为所述协作通-->信系统中协作节点的个数，λi，d，λc，d分别为源节点至目的节点和协作节点至目的节点链路的信道因子的指数分布参数，Pout，i表示所述协作通信系统中节点i的中断概率，ui，d，uc，d为积分变量；步骤7、依次判断每个源节点i的协作节点ic，即满足hi，j＝1的节点和源节点k的协作节点kc，即满足hk，k＝1的节点相交换后，源节点i和源节点k的中断概率是否变小，是则交换源节点i和源节点k的协作节点，得到新的邻接矩阵H；对所述新的邻接矩阵H，执行步骤3，否则结束。在上述技术方案中，步骤3具体包括：步骤31、令矩阵A=0HHT0.]]>其中H为所述邻接矩阵；步骤32、令矩阵B=A2=HHT00HTH=bij=Σkhikhjk00bij=Σkhk(i-m)hk(j-m),]]>其中bij为所述矩阵B的元素，且(m+n)≤i，j≤(m+n)，(m+n)≤k≤(m+n)；步骤33、依次判断所述矩阵B中的每个元素bij是否有bij≥2，是则执行步骤34，否则结束；步骤34、在矩阵A中选择满足Aik＝Akj＝1的元素，令Ce是满足{x:Ajx3+Akx3=0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种选取协作节点的方法，其特征在于，具体步骤包括：　步骤１、以协作通信系统中当前源节点的个数ｎ为列数，以协作通信系统中当前协作节点的个数ｍ为行数构造邻接矩阵Ｈ，对所述邻接矩阵Ｈ中的元素ｈ↓［ｐｑ］，当源节点ｐ与协作节点ｑ之间有信息的交互时，ｈ↓［ｐｑ］＝１，否则ｈ↓［ｐｑ］＝０；　步骤３、检测并消除所述邻接矩阵Ｈ中长度为４的短环；　步骤５、根据公式Ｐ↓［ｏｕｔ，ｉ］＝∫＊∫λ↓［ｉ，ｄ］ｅｘｐ（－λ↓［ｉ，ｄ］ｕ↓［ｉ，ｄ］）ｄｕ↓［ｉ，ｄ］×＊ｎ↓［ｃ］λ↓［ｃ，ｄ］ｅｘｐ（－ｎ↓［ｃ］λ↓［ｃ，ｄ］ｕ↓［ｃ，ｄ］）ｄｕ↓［ｃ，ｄ］和所述邻接矩阵Ｈ，计算所述协作通信系统中各个源节点ｉ的中断概率Ｐ↓［ｏｕｔ，ｉ］；　其中Ｓ为满足中断事件发生条件的所有节点的集合，ｎ↓［ｃ］为所述协作通信系统中协作节点的个数，λ↓［ｉ，ｄ］，λ↓［ｃ，ｄ］分别为源节点至目的节点和协作节点至目的节点链路的信道因子的指数分布参数，Ｐ↓［ｏｕｔ，ｉ］表示所述协作通信系统中节点ｉ的中断概率，ｕ↓［ｉ，ｄ］，ｕ↓［ｃ，ｄ］为积分变量；　步骤７、依次判断每个源节点ｉ的协作节点ｉ↓［ｃ］，即满足ｈ↓［ｉ↓［ｃ］，ｉ］＝１的节点和源节点ｋ的协作节点ｋ↓［ｃ］，即满足ｈ↓［ｋ↓［ｃ］，ｋ］＝１的节点相交换后，源节点ｉ和源节点ｋ的中断概率是否变小，是则交换源节点ｉ和源节点ｋ的协作节点，得到新的邻接矩阵Ｈ；对所述新的邻接矩阵Ｈ，执行步骤３，否则结束。...

【技术特征摘要】
1、一种选取协作节点的方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤1、以协作通信系统中当前源节点的个数n为列数，以协作通信系统中当前协作节点的个数m为行数构造邻接矩阵H，对所述邻接矩阵H中的元素hpq，当源节点p与协作节点q之间有信息的交互时，hpq＝1，否则hpq＝0；步骤3、检测并消除所述邻接矩阵H中长度为4的短环；步骤5、根据公式Pout,i=∫···S∫λi,dexp(-λi,dui,d)dui,d×Πrelaynodesncλc,dexp(-ncλc,duc,d)duc,d]]>和所述邻接矩阵H，计算所述协作通信系统中各个源节点i的中断概率Pout，i；其中S为满足中断事件发生条件的所有节点的集合，nc为所述协作通信系统中协作节点的个数，λi，d，λc，d分别为源节点至目的节点和协作节点至目的节点链路的信道因子的指数分布参数，Pout，i表示所述协作通信系统中节点i的中断概率，ui，d，uc，d为积分变量；步骤7、依次判断每个源节点i的协作节点ic，即满足hic,i=1]]>的节点和源节点k的协作节点kc，即满足hkc,k=1]]>的节点相交换后，源节点i和源节点k的中断概率是否变小，是则交换源节...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，杜冰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]