一种适用于信能同传中继网络能量意识的中继选择方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于信能同传中继网络能量意识的中继选择方法，首先提出用于计算中继节点在当前时隙中为了达到传输要求所需要的最少功率的算法，并在此基础上提出了三种中继选择策略，分别为最小额外能量策略，最大剩余能量策略和最小能量比率策略，中继选择的流程包括：每个中继节点通过与源节点和目的节点的通信分别估计自身的前向链路和后向链路的信道状态信息，接着根据估计到的信道状态信息计算出当前时隙中为了达到传输要求所需要的最小额外能量，然后根据对应策略下的竞争时间函数计算自身的竞争时间，在每个时隙中竞争时间最短的中继节点被选为协作节点，本发明能够有效的延长中继网络的网络生命。
【专利说明】一种适用于信能同传中继网络能量意识的中继选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及移动通信【技术领域】中的单中继协作传输技术，特别涉及信能同传网络 中的能量意识的中继选择方法，主要考虑能量意识的中继选择方法对网络生命的影响。
【背景技术】
[0002] 中继协作通信是利用分布式单天线终端间的可用空间分集（spatialdiversity) 的一种有效策略。由于无线中继网络中中继节点的自然分布特性，在资源受限或大规模的 中继网络中多个中继节点很难同时将信号转发给目的节点。所以，各种单中继选择方法被 提了出来用于改善系统的性能。
[0003] 在能量约束的无线中继网络，例如无线传感器网络中，节点通常配有固定的能量 供给装置，例如，电池。如此，在充电或者更换电池不方便的场景中，中继网络的生命时间就 会受到限制。从自然环境，如太阳能、风能等收集能量给中继网络提供了新的能源供应方 式。除了这些常用的能源，从射频信号中收集能量吸引了越来越多的注意，因为收集的能量 多少易于控制。信能同传通信自然而然的被应用到了中继网络，在中继网络中中继节点从 源节点的射频信号中收集能量并使用收集到的能量将源节点的信息转发给目的节点。现有 的技术还没有将能量意识的中继选择方法应用到信能同传中继网络中，因此不能有效的延 长中继网络的网络生命，从而影响整个网络的性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种适用于信能同传中继网络 能量意识的中继选择方法，从而延长中继网络的网络生命。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0006] 1)每个中继节点通过与源节点和目的节点的通信分别估计自身的前向链路和后 向链路的信道状态信息；
[0007] 2)根据估计到的信道状态信息每个中继节点计算在当前时隙中为了达到传输要 求所需要的最小额外功率；
[0008] 3)每个中继节点根据竞争时间函数计算自身的竞争时间，在每个时隙中竞争时间 最短的中继节点被选为协作节点，源节点的信息经协作节点转发给目的节点，所述竞争时 间函数基于最小额外能量的中继选择策略、基于最大剩余能量的中继选择策略或者基于最 小能量比率的中继选择策略构建，三种中继选择策略基于所述最小额外功率构建。
[0009] 所述最小额外功率的计算具体包括以下步骤：
[0010] 2.1)各个中继节点同时估计所述前向链路和后向链路的信道状态信息；
【权利要求】
1. 一种适用于信能同传中继网络能量意识的中继选择方法，其特征在于：包括以下步 骤： 1) 每个中继节点通过与源节点和目的节点的通信分别估计自身的前向链路和后向链 路的信道状态信息； 2) 根据估计到的信道状态信息每个中继节点计算在当前时隙中为了达到传输要求所 需要的最小额外功率； 3) 每个中继节点根据竞争时间函数计算自身的竞争时间，在每个时隙中竞争时间最短 的中继节点被选为协作节点，源节点的信息经协作节点转发给目的节点，所述竞争时间函 数基于最小额外能量的中继选择策略、基于最大剩余能量的中继选择策略或者基于最小能 量比率的中继选择策略构建，三种中继选择策略基于所述最小额外功率构建。
2. 根据权利要求1所述一种适用于信能同传中继网络能量意识的中继选择方法，其特 征在于：所述最小额外功率的计算具体包括以下步骤： 2. 1)各个中继节点同时估计所述前向链路和后向链路的信道状态信息；
节点发送功率，Pk是第k个中继节点用于能量收集的功率分离比率，hk为第k个中继节点 所估计的前向链路的信道状态信息，是信号处理电路引入的加性高斯白噪声的噪声功 率，Yo是目的节点处的目的信噪比； 2. 3)假设第k个中继节点不需要使用额外能量就可以达到传输要求，则通过求解如式 (1)所述的优化问题得到最优的功率分离比率P#和目的节点处的最大信噪比
是第k个中继节点达到传输要求所需的额外功率，A是目的节点处的信噪比，€是 能量收集电路的转换效率，4是目的节点处引入的高斯白噪声的噪声功率，gk为第k个中 继节点所估计的后向链路的信道状态信息； 第k个中继节点判断/Ur。是否成立，若成立，则f_=〇;若不成立，则进入2.4); 2. 4)通过求解如式（2)所述的优化问题得到最优的功率分离比率P#和最小额外功率 Pak 1 rmin ?
3. 根据权利要求1所述一种适用于信能同传中继网络能量意识的中继选择方法，其特 征在于：当采用基于最小额外能量的中继选择策略时，所述协作节点的确定具体包括以下 步骤： 3. 1)第k个中继节点根据所述最小额外功率计算出自身所需要的最小额外能量：
其中，Eak表示第k个中继节点所需要的额外能量，Zfmm表示第k个中继节点为了达 到传输要求所需要的最小额外功率，T为一个时隙的长度； 3. 2)第k个中继节点设定自身定时器初始时间Tk为Eak，定时器率先归O的中继节点 广播一个声明数据包，定时器率先归〇的中继节点利用所述声明数据包通知源节点自己为 协作节点。
4. 根据权利要求1所述一种适用于信能同传中继网络能量意识的中继选择方法，其特 征在于：当采用基于最大剩余能量的中继选择策略时，所述协作节点的确定具体包括以下 步骤： 4. 1)第k个中继节点根据所述最小额外功率计算出自身所剩余的最大能量：
其中，e,A为第k个中继节点在第r个时隙的剩余能量，为第k个中继节点在第r-1 个时隙的剩余能量，Eak表示第k个中继节点所需要的额外能量，PZimm表示第k个中继节 点为了达到传输要求所需要的最小额外功率，T为一个时隙的长度； 4. 2)第k个中继节点设定自身定时器初始时间Tk为1/K，定时器率先归O的中继节 点广播一个声明数据包，定时器率先归〇的中继节点利用所述声明数据包通知源节点自己 为协作节点。
5. 根据权利要求1所述一种适用于信能同传中继网络能量意识的中继选择方法，其特 征在于：当采用基于最小能量比率的中继选择策略时，所述协作节点的确定具体包括以下 步骤： 5. 1)第k个中继节点根据所述最小额外功率计算出自身的最小能量比率：
eX-Eat 其中，ik表示第k个中继节点的能量比率，Eak表示第k个中继节点所需要的额外能量， <为第k个中继节点在第r个时隙的剩余能量，,为第k个中继节点在第r-1个时隙的 剩余能量，表示第k个中继节点为了达到传输要求所需要的最小额外功率，T为一个 时隙的长度； 5.2)第k个中继节点设定自身定时器初始时间Tk为ik，定时器率先归O的中继节点 广播一个声明数据包，定时器率先归〇的中继节点利用所述声明数据包通知源节点自己为 协作节点。
6. 根据权利要求3、4或5所述一种适用于信能同传中继网络能量意识的中继选择方 法，其特征在于：当两个或两个以上的中继节点的定时器同时归O时，所述两个或两个以上 的中继节点在当前时隙内随机退避一段时间后重新广播一个声明数据包，率先广播声明数 据包的中继节点为协作节点。
【文档编号】H04W52/46GK104507137SQ201410842414
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】张超, 闫静 申请人:西安交通大学