一种无线缓存协作网络系统及中继节点选择方法与流程
本发明涉及协作中继技术领域，尤其涉及一种无线缓存协作网络系统及中继节点选择方法。
背景技术：
近年来，协作中继技术得到了广泛的重视和关注。将协作中继技术应用在无线通信领域，不但能够有效地利用频谱资源，还能提升通信的可靠性，降低信号发送功率，并且便于通信系统的规划。鉴于上述优点，协作中继技术现已被ieee802.11s-wlan、802.16j-wman、802.20-mbwa等标准(http://www.ieee802.org)采纳，具有广阔的工程应用前景。
由于无线网络设备正在不断地更新和推出，导致媒体设备对无线数据传输速率的请求越来越高，因此缓存作为一种减轻容量问题的重要工具出现在现代无线网络中。其主要思想是将受欢迎的内容存储在中间结点缓存空间、末端用户存储空间或本地存储中间中，加速内容请求速率和传输速率。
传统的协作网络数据传输性能低，不能满足通信需求。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述现有技术中的协作网络数据传输性能低的问题，提出一种无线缓存协作网络系统及中继节点选择方法，能够有效提高数据传输性能。
一种无线缓存协作网络系统的中继节点选择方法，包括：
将n个中继节点分为第一节点组和第二节点组，其中第一节点组中的中继节点缓存有请求文件，第二节点组中的中继节点无请求文件，n为大于或等于1的整数；
当第一节点组为非空、第二节点组为空集时，计算所述第一节点组内各个中继节点的第一接收信噪比，根据计算结果选择中继节点将缓存的请求文件传输至目标节点；
当第一节点组为空集、第二节点组为非空时，计算所述第二节点组内各个中继节点的第二接收信噪比，根据计算结果选择中继节点，将请求文件从源节点发送至选中的中继节点，经所述选中的中继节点发送至目标节点；
当第一节点组为非空、第二节点组为非空时，计算所述第一节点组内各个中继节点的第一接收信噪比，以及第二节点组内各个中继节点的第二接收信噪比，根据计算结果选择中继节点进行请求文件的传输。
进一步地，所述第一接收信噪比通过以下公式进行计算：
snr1，n＝pvn；(1)
其中，snr1，n为第一接收信噪比，p为源节点发送功率，vn为中继节点到目标节点的信道增益，
进一步地，当第一节点组为非空、第二节点组为空集时，从所述第一节点组中确定第一接收信噪比最高的中继节点：
其中，n1*表示第一节点组中第一接收信噪比最高的中继节点，ω1表示第一节点组；
选择第一接收信噪比与第一信噪比门限比值最高的中继节点：
其中，n*为选中的中继节点，γ1t为第一节点组中中继节点缓存了请求文件的第一信噪比门限；
其中，rt为预设传输速率阈值；
将第一接收信噪比与第一信噪比门限比值最高的中继节点中缓存的请求文件传输至目标节点。
进一步地，所述第二接收信噪比通过以下公式进行计算：
其中，snr2，n为第二接收信噪比，μn为源节点到中继节点的信道增益，
进一步地，当第一节点组为空集、第二节点组为非空时，从所述第二节点组中确定第二接收信噪比最高的中继节点：
其中，n2*表示第二节点组中第二接收信噪比最高的中继节点，ω2表示第二节点组；
选择第二接收信噪比与第二信噪比门限比值最高的中继节点：
其中，n*为选中的中继节点，γ2t为第二节点组中没有缓存请求文件的中继节点的第二信噪比门限；
其中，rt为预设传输速率阈值；
将请求文件从源节点发送至第二节点组中第二接收信噪比与第二信噪比门限比值最高的中继节点，由该中继节点将请求文件发送至目标节点。
进一步地，当第一节点组为非空、第二节点组为非空时，分别确定第一节点组中第一接收信噪比最高的第一中继节点，以及第二节点组中第二接收信噪比最高的第二中继节点；
从所述第一中继节点和第二中继节点中选择最优中继节点进行请求文件的传输；
所述最优中继节点为接收信噪比和信噪比门限比值最高的中继节点：
其中，n*为选中的中继节点，γ1t为第一节点组中中继节点缓存了请求文件的第一信噪比门限，γ2t为第二节点组中没有缓存请求文件的中继节点的第二信噪比门限。
进一步地，如果所述最优中继节点为第一中继节点，则通过所述第一中继节点将请求文件发送至目标节点；
如果所述最优中继节点为第二中继节点，则将请求文件从源节点发送至所述第二中继节点，再由所述第二中继节点将所述请求文件发送至目标节点。
一种无线缓存协作网络系统，包括源节点、n个中继节点、目标节点以及处理器，其中n为大于或等于1的整数；
所述处理器用于将n个中继节点分为第一节点组和第二节点组，其中第一节点组中的中继节点缓存有请求文件，第二节点组中的中继节点无请求文件；
所述处理器还用于当第一节点组为非空、第二节点组为空集时，计算所述第一节点组内各个中继节点的第一接收信噪比，根据计算结果选择中继节点，所述选中的中继节点将缓存的请求文件传输至目标节点；
所述处理器还用于当第一节点组为空集、第二节点组为非空时，计算所述第二节点组内各个中继节点的第二接收信噪比，根据计算结果选择中继节点，所述源节点将请求文件发送至选中的中继节点，经所述选中的中继节点发送至目标节点；
所述处理器还用于当第一节点组为非空、第二节点组为非空时，计算所述第一节点组内各个中继节点的第一接收信噪比，以及第二节点组内各个中继节点的第二接收信噪比，根据计算结果选择中继节点进行请求文件的传输。本发明提供的无线缓存协作网络系统及中继节点选择方法，
本发明提供的无线缓存协作网络系统及中继节点选择方法，在缓存辅助下协作网络中，通过选择合并技术，找到最优中继节点进行数据传输，大大的提高的传输性能，有效克服传统数据传输方法的不足。
附图说明
图1为本发明提供的无线缓存协作网络系统的中继节点选择方法一种实施例的流程图。
图2为本发明提供的无线缓存协作网络系统的中继节点选择方法第一节点组中最大第一接收信噪比中继节点的流程图。
图3为本发明提供的无线缓存协作网络系统的中继节点选择方法第二节点组中最大第二接收信噪比中继节点的流程图。
图4为在matlab仿真环境下，流行系数相同、发送功率变化下，本发明所提供的方法、仅靠缓存链路传输以及传统无缓存双跳链路传输的平均中断概率仿真曲线。
图5为在matlab仿真环境下，发送功率相同、流行系数变化下，本发明所提供的方法、仅靠缓存链路传输以及传统无缓存双跳链路传输的平均中断概率仿真曲线。
图6为本发明提供的无线缓存协作网络系统一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
参考图1，本实施例提供一种无线缓存协作网络系统的中继节点选择方法，包括：
步骤s101，将n个中继节点分为第一节点组和第二节点组，其中第一节点组中的中继节点缓存有请求文件，第二节点组中的中继节点无请求文件，n为大于或等于1的整数；
步骤s102，当第一节点组为非空、第二节点组为空集时，计算所述第一节点组内各个中继节点的第一接收信噪比，根据计算结果选择中继节点将缓存的请求文件传输至目标节点；
步骤s103，当第一节点组为空集、第二节点组为非空时，计算所述第二节点组内各个中继节点的第二接收信噪比，根据计算结果选择中继节点，将请求文件从源节点发送至选中的中继节点，经所述选中的中继节点发送至目标节点；
步骤s104，当第一节点组为非空、第二节点组为非空时，计算所述第一节点组内各个中继节点的第一接收信噪比，以及第二节点组内各个中继节点的第二接收信噪比，根据计算结果选择中继节点进行请求文件的传输。
具体地，当第一节点组为非空、第二节点组为空集时，第一节点组中的每一个中继节点都缓存有请求文件，文件可以直接从中继节点转发到目标节点，中继节点对应于目标节点的第一接收信噪比通过以下公式进行计算：
snr1，n＝pvn；
其中，snr1，n为第一接收信噪比，p为源节点发送功率，vn为中继节点到目标节点的信道增益，
参考图2，根据每个中继节点对应于目标节点的第一接收信噪比，通过穷举法，从第一节点组中确定第一接收信噪比最高的中继节点：
其中，n1*表示第一节点组中第一接收信噪比最高的中继节点，ω1表示第一节点组。
进一步地，选择第一接收信噪比与第一信噪比门限比值最高的中继节点：
其中，n*为选中的中继节点，γ1t为第一节点组中中继节点缓存了请求文件的第一信噪比门限。
rt为预设传输速率阈值。
将第一接收信噪比与第一信噪比门限比值最高的中继节点中缓存的请求文件传输至目标节点。
进一步地，当第一节点组为空集、第二节点组为非空时，第一节点组中没有中继节点，第二节点组中的中继节点没有缓存请求文件，请求文件先从源节点发送至中继节点，再由中继节点转发至目标节点。
第二节点组中的中继节点对应于目标节点的第二接收信噪比通过以下公式进行计算：
其中，snr2，n为第二接收信噪比，μn为源节点到中继节点的信道增益，
参考图3，根据每个中继节点对应于目标节点的第二接收信噪比，通过穷举法，从第二节点组中确定第二接收信噪比最高的中继节点：
其中，n2*表示第二节点组中第二接收信噪比最高的中继节点，ω2表示第二节点组。
进一步地，选择第二接收信噪比与第二信噪比门限比值最高的中继节点：
其中，n*为选中的中继节点，γ2t为第二节点组中没有缓存请求文件的中继节点的第二信噪比门限；
rt为预设传输速率阈值。
将请求文件从源节点发送至第二节点组中第二接收信噪比与第二信噪比门限比值最高的中继节点，由该中继节点将请求文件发送至目标节点。
进一步地，当第一节点组为非空、第二节点组为非空时，
分别确定第一节点组中第一接收信噪比最高的第一中继节点，以及第二节点组中第二接收信噪比最高的第二中继节点；从所述第一中继节点和第二中继节点中选择最优中继节点进行请求文件的传输；
所述最优中继节点为接收信噪比和信噪比门限比值最高的中继节点：
其中，n*为选中的中继节点，γ1t为第一节点组中中继节点缓存了请求文件的第一信噪比门限，γ2t为第二节点组中没有缓存请求文件的中继节点的第二信噪比门限。
进一步地，如果所述最优中继节点为第一中继节点，则通过所述第一中继节点将请求文件发送至目标节点；
如果所述最优中继节点为第二中继节点，则将请求文件从源节点发送至所述第二中继节点，再由所述第二中继节点将所述请求文件发送至目标节点。
以下通过具体的仿真试验对本实施例提供的无线缓存协作网络系统的中继节点选择方法的有益效果做进一步说明。
在matlab仿真环境下，使用蒙特卡洛计算机仿真本实施例所述的无线传输中断概率。在仿真实验中，系统节点间链路服从瑞利衰落，两跳中继链路的平均强度均为1，系统各节点处加性高斯白噪声的均值为零，方差为1。系统的预设传输速率阈值rt为1bps/hz，相应地缓存辅助下第一信噪比门限γ1t为1，缓存的传统双跳链路传输下第二信噪比门限γ2t为3。网络中源节点与中继节点的发送功率均为p。网络传输m个请求文件，请求文件流行度服从zipf分布，流行度参数为σ。请求文件的缓存策略采用传统的最大分发度缓存(lcd)方案。中继节点数n设置为3，每个节点缓存器的容量c为5，待传输的请求文件总数m为50。考虑到信道与噪声的随机性，独立运行109次循环并对结果取平均。
每一次循环执行如下步骤：
1、将n个中继节点分为第一节点组和第二节点组，其中第一节点组中的中继节点缓存有请求文件，第二节点组中的中继节点无请求文件；
2、根据中继节点的接收信噪比，得到每个节点组中最大接收信噪比的中继节点：
第一节点组为非空、第二节点组为空集时，当传输速率低于预设传输速率阈值rt时，产生传输中断：
log2(1+snr1,n)＜rt；
即：
snr1,n＜γ1t；
其中，
第一节点组为空集、第二节点组为非空时，当传输速率低于预设传输速率阈值rt时，产生传输中断：
即：
snr2,n＜γ2t；
其中，
第一节点组和第二节点组均为非空时，当传输速率低于预设传输速率阈值rt时，产生传输中断(同上)。
对于m个文件的传输，平均中断概率为：
其中，pout为平均中断概率，pr(x)表示事件x发生的概率，fm为第m个文件的流行度；
给定流行系数下平均中断概率随发送功率变化关系，图4表征的是流行系数σ＝2.5下，网络节点发送功率p在0-30db的范围内，本实施例提供的缓存方法传输、仅靠缓存链路传输以及传统无缓存双跳链路传输的平均中断概率仿真曲线，对比可以看出，本实施例提供的缓存方法，能充分挖掘系统的分集增益，明显优于传统仅靠缓存链路传输以及传统无缓存双跳链路传输。
给定发送功率下平均中断概率随流行系数变化关系。图5表征的是在发送功率p＝15db下，流行系数σ在0～3的范围内，本实施例所提方法、仅靠缓存链路传输、传统无缓存双跳链路传输三种方案的平均中断概率仿真曲线。对比可以看出，对于不同的流行系数，本实施例所提方法均明显优于传统的两种方案，进一步验证了本方法的有效性。
本实施例提供的无线缓存协作网络系统的中继节点选择方法，在缓存辅助下协作网络中，通过选择合并技术，找到最优中继节点进行数据传输，大大的提高的传输性能，有效克服传统数据传输方法的不足。
实施例二
参考图6，本实施例提供一种无线缓存协作网络系统，包括源节点201、n个中继节点202、目标节点203以及处理器204，其中n为大于或等于1的整数；
处理器204用于将n个中继节点分为第一节点组和第二节点组，其中第一节点组中的中继节点缓存有请求文件，第二节点组中的中继节点无请求文件；
处理器204还用于当第一节点组为非空、第二节点组为空集时，计算所述第一节点组内各个中继节点的第一接收信噪比，根据计算结果选择中继节点，所述选中的中继节点将缓存的请求文件传输至目标节点；
处理器204还用于当第一节点组为空集、第二节点组为非空时，计算所述第二节点组内各个中继节点的第二接收信噪比，根据计算结果选择中继节点，所述源节点将请求文件发送至选中的中继节点，经所述选中的中继节点发送至目标节点；
处理器204还用于当第一节点组为非空、第二节点组为非空时，计算所述第一节点组内各个中继节点的第一接收信噪比，以及第二节点组内各个中继节点的第二接收信噪比，根据计算结果选择中继节点进行请求文件的传输。
具体工作原理请参考实施例一，在此不再赘述。
本实施例提供的无线缓存协作网络系统，结构简单，在缓存辅助下协作网络中，通过选择合并技术，找到最优中继节点进行数据传输，大大的提高的传输性能，有效克服传统数据传输方法的不足。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
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