一种反向散射辅助无线中继网络的吞吐量优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种反向散射辅助无线中继网络的吞吐量优化方法及系统，在传统的无线中继网络中加入环境反向散射功能，为目标无线网络提供了包括能量获取、反向散射通信和中继通信三种功能，并且结合网络中主发射器与合作接收器之间障碍物信息、需要转发传递的信息情况和能量获取情况选择不同的功能运行。本发明专利技术将反向散射通信和无线中继通信相结合，集反向散射通信和无线中继通信的优点与一体，提高了传输速率，保障了服务质量。这不仅延伸了无线网络的覆盖范围，也提高了次级网络的吞吐量，降低了能耗，保证了次级系统的通信质量。本发明专利技术通过实时采集并自适应的改变网络状态信息，根据状态信息实时选择不同的通信协议，灵活性更高，适应性更强。适应性更强。适应性更强。

【技术实现步骤摘要】
一种反向散射辅助无线中继网络的吞吐量优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及物联网
，具体涉及一种反向散射辅助无线中继网络的吞吐量优化方法及系统。

技术介绍

[0002]随着物联网的发展，越来越多的物联网节点需要连接到网络中。在智能住宅，办公室，医院等场景中这么多设备都插电或者不停的充电换电池是不理想的。尤其是在恶劣环境(比如战地、森林、海洋、山川等)或者医疗保健领域(比如活体智能医疗设备、智能隐形眼镜、可穿戴小工具、植入式神经记录设备等)当中，频繁的更换电池是不现实的。另一方面，随着物联网设备数量指数级的增长，频谱拥塞现象越来越严重，限制了可部署设备的数量和信道的频谱效率。网络容量是物联网发展的重要指标，如何有效利用射频资源的能量和延长能量受限设备的使用寿命成了研究热点。不需要外部能源供应的环境反向散射通信是一种绿色的网络通信模式，它从环境中获取射频能量并利用空闲频谱实现无线供电通信，在解决能量短缺和频谱拥塞方面具有很大的潜力。在提高RF信号的传输范围或者避免信号被障碍物遮挡方面，无线供能中继通信具有很大的优势，使用无线供能中继可以在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反向散射辅助无线中继网络的吞吐量优化方法，其特征在于：基于包括能量获取、反向散射通信和中继通信三种功能的目标无线网络，针对目标无线网络中主发射器与合作接收器之间的数据传输，执行以下步骤，优化目标无线网络的数据传输速率，从而优化目标无线网络的吞吐量：步骤A：基于目标无线网络中的能量信息、主发射器的任务信息、主发射器与合作接收器的障碍物信息以及环境预设信息，构建目标无线网络中的三种功能分别对应的选择策略；步骤B：基于目标无线网络中的三种功能分别对应的选择策略，构建反向散射通信和中继通信两种通信模式下分别对应的数据传输速率表达式；步骤C：基于反向散射通信和中继通信两种通信模式下分别对应的数据传输速率表达式，优化目标无线网络的三种功能的工作模式，进而优化目标无线网络的数据传输速率。2.根据权利要求1所述一种反向散射辅助无线中继网络的吞吐量优化方法，其特征在于：所述步骤A中，具体执行以下步骤，构建目标无线网络中的三种功能分别对应的选择策略：步骤A1：基于目标无线网络中主发射器与合作接收器之间的障碍物信息，若主发射器与合作接收器之间存在障碍物，执行步骤A2；若主发射器与合作接收器之间不存在障碍物，执行步骤A3；步骤A2：基于目标无线网络中的能量信息，若目标无线网络中的能量支持中继通信，执行步骤A2.1；若不支持中继通信，执行步骤A2.2；步骤A2.1：基于目标无线网络中主发射器的任务信息，若主发射器存在需要转发的任务，则选择中继通信将任务数据传送至合作接收器；若主发射器不存在需要转发的任务，则选择能量获取进行能量收集；步骤A2.2：基于目标无线网络中主发射器的任务信息，若主发射器存在需要转发的任务，则选择反向散射通信将任务数据传送至合作接收器；若主发射器不存在需要转发的任务，则选择能量获取进行能量收集；步骤A3：基于目标无线网络中环境预设信息，若存在需要发送的环境预设信息的任务，则选择反向散射通信将任务数据传送至合作接收器；若不存在需要发送的环境预设信息的任务，则选择能量获取进行能量收集。3.根据权利要求2所述一种反向散射辅助无线中继网络的吞吐量优化方法，其特征在于：所述目标无线网络中的能量为能量获取功能进行能量收集获得，基于能量获取功能的选择策略，能量获取时间周期为(1
‑
μ
‑
γ)β+α(1
‑
β)，进而目标无线网络中获取的能量E
h
为：E
h
＝[(1
‑
μ
‑
γ)β+α(1
‑
β)]P
H
；其中，α表示无障碍物时的能量获取时间，μ表示有障碍物时的中继通信时间，γ表示有障碍物时的反向散射通信时间，β表示障碍物出现的时间概率，(1
‑
β)表示无障碍物的时间概率，P
H
表示目标无线网络从主发射器发出的射频信号中获得的功率，(1
‑
μ
‑
γ)表示存在障碍物时能量获取时间。4.根据权利要求1所述一种反向散射辅助无线中继网络的吞吐量优化方法，其特征在于：所述步骤B中，具体执行以下步骤，构建反向散射通信和中继通信两种通信模式下分别对应的数据传输速率表达式；
步骤B1：基于中继通信功能的选择策略，构建中继通信模式的数据传输速率表达式，如下公式所示：式中，α表示无障碍物时能量获取的时间，μ表示有障碍物时中继通信的时间，γ表示有障碍物时反向散射通信的时间，β表示障碍物出现的时间概率，(1
‑
β)表示无障碍物的时间概率，P
H
表示从主发射器发出的射频信号中获得的功率，(1
‑
μ
‑
γ)表示存在障碍物时能量获取的时间，η∈[0，1]表示数据传输的效率，B表示主信道的带宽，P0＝N0/ζ表示噪声功率N0与信道增益系数ζ的比值，表示零均值加性高斯白噪声，E
c
表示目标无线网络的能量损耗；步骤B2：基于反向散射通信功能的选择策略，构建反向散射通信模式的传输速率表达式，如下公式所示：式中，(1
‑
α)表示无障碍物时反向散射通信的时间，R
b
表示反向散射通信的传输速率。5.根据权利要求1所述一种反向散射辅助无线中继网络的吞吐量优化方法，其特征在于：所述步骤C中，具体执行以下步骤，优化目标无线网络的数据传输速率；步骤C1：基于反向散射通信和中继通信两种通信模式下分别对应的数据传输速率表达式，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓荣，李金凤，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：