专利名称：无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法
技术领域：
本发明涉及无线中继网络的协作通信领域，具体涉及一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法。
背景技术：
在当前的无线中继网络中，中继节点的能量往往是有限的，那么在无法预知数据流的情况下确保每一份消耗的能量都能够物尽其用将是一件必要而且很有意义的事情。目前，无线中继网络的广播特性使得安全传输日益得到了广泛的关注。传统物理层安全理论知识告诉我们，在窃听信道存在的条件下，若想安全传输信息，那么就必须要保证源节点与目的节点之间的信道状态要优于源节点与窃听节点之间的信道状态。已有的针对提高无线网络源节点与目的节点之间链接安全性的手段从本质上讲都是在以最大的努力去提高目的节点处的信噪比同时降低窃听节点处的信噪比。基于此延伸出放大转发策略、解码转发策略以及协作干扰策略。当前无线中继网络安全、节能方面的研究，由于源节点与目的节点链路内信号的传递需要依靠能量的缘故，虽然也都同时涉及到源节点与目的节点链路安全容量与系统内能量消耗，但是常常仅仅是在约束节点的发射功率的条件下去推导源节点与目的节点间链路安全容量的最大值，或者在约束安全容量为一定值的条件下来推导计算配置节点的最小功率，鲜有将安全容量与系统能量消耗两者在无约束条件下同时进行研究的案例。而且，已有的针对安全容量的理论研究大 多是在单一性质节点(中继节点或者干扰节点)下提出协作方案，这样的做法不能完全地使中间节点的作用发挥到最大。此外，已有的同时考虑安全容量和能量消耗的因素的中继选择方案只是分析了不同因素权值配比对于最终性能的影响，而没有给出两者均衡的确切解决方案。因此，针对以上不足，本发明提供了一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法。
发明内容
(一 )解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法，针对无线中继网络的拓扑结构给出中继节点与干扰节点联合优化的策略，并基于该策略给出系统单位能量消耗所对应的等效安全容量最大化的精确表达，使每一份能量都能得到最大的使用价值。( 二 )技术方案为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现:一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法，包含以下步骤:S1、将源节点到目的节点安全容量值约束为定值sc_ ；S2、根据所述SC_同时采用波束成形技术得到干扰节点最小能量消耗函数，即包含ρ的函数I ι%ι I2min;根据所述sc_得到中继节点最小能量消耗函数，即包含ρ的函数
I wr 112min ；S3、将步骤S2得到的干扰节点最小能量消耗函数I I2min与中继节点最小能量消耗函
权利要求
1.一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法，其特征在于，包含以下步骤: S1、将源节点到目的节点安全容量值约束为定值sc_； S2、根据所述SC_同时采用波束成形技术得到干扰节点最小能量消耗函数，即包含ρ的函数I |w」I2min ;根据所述sc_得到中继节点最小能量消耗函数，即包含ρ的函数I wr 112min ； S3、将步骤S2得到的干扰节点最小能量消耗函数I|%| I2min与中继节点最小能量消耗函数I M I2min求和，得到系统最小能量消耗函数Dp。.;根据包含-ρ的系统最小能量消耗函数Dp.计算得到使Dp.取得最小值P1=时对应的极值点 S4、根据S3所述的极值点ρ5 ω,代入Dpower计算得到系统总的能量消耗最小值PjfnL
2.权利要求1所述的一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法，其特征在于步骤S2采用波束成形技术，使得
3.权利要求2所述的一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法，其特征在于:步骤S2中通过定值与正交约束条件下求解干扰节点最小能量消耗函数11 W」I2fflin, 计算干扰节点最小能量消耗函数，即包含e的函数11%| I2min的公式为:
4.如权利要求1所述的一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法，其特征在于，步骤S2中通过特征值方法得到中继节点最小能量消耗函数，即包含e的函数I wr 112min ； 计算中继节点最小能量消耗函数，即包含ρ的函数I I^l I2min的公式为:
5.如权利要求1所述的一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法，其特征在于，步骤S3中系统最小能量消耗a数Dpotot表达式为:
6.权利要求5中所述的一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法，其特征在于步骤S3中计算极值点ρ5 0的过程为:对所述Dpotct以6为自变量求一阶导数，即
7.权利要求1所述的一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法，其特征在于步骤S5中计算系统能量消耗的最小值为:
8.如权利要求1所述的一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法，其特征在于，步骤S4后还包含S5，释放步骤SI中约束的安全容量，计算所述安全容量与步骤S4中系统总的能量消耗最小值的比值作为系统能耗的效率函数Rse。
9.如权利要求8所述的一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法，其特征在于，计算所述系统能耗的效率函数Rse表达式为:
全文摘要
本发明公开了一种无线中继网络中安全容量与能量消耗的联合优化方法，涉及无线中继网络协作通信领域。包含步骤将源节点到目的节点安全容量值约束为SCcon；根据所述SCcon同时采用波束成形技术得到干扰节点最小能量消耗函数；根据所述SCcon得到中继节点最小能量消耗函数；得到系统最小能量消耗函数Dpower；得到使Dpower取得最小值的极值点得到系统的最小能量消耗值释放约束的安全容量，计算系统能耗的效率函数RSE；本发明给出中继节点与干扰节点联合优化的策略，得到系统单位能量消耗所对应的等效安全容量最大化的精确表达，使每一份能量都能得到最大的使用价值，有效解决了单一窃听节点下无线中继网络中安全性与能量效率的平衡问题。
文档编号H04W52/02GK103227997SQ20131011241
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者王莉, 宋梅, 马跃, 滕颖蕾, 张勇, 马鑫, 刘洋, 魏翼飞, 满毅, 都晨辉, 冯瑞军 申请人:北京邮电大学