一种EH能量收集协作通信网络中继选择方法与流程
本发明主要涉及无线通信技术领域，具体涉及一种eh协作通信网络中继选择方法。
背景技术：
当前绿色环保的生活理念已深入人心，减少碳排放和缓减温室效应的影响成为全世界人民孜孜以求的目标，通信产业也不例外。从可再生能源如太阳能、风能、热能和射频(radiofrequency,rf)能中获得能量用以驱动通信设备和网络的能量收集技术(energyharvesting,eh)，为实现绿色通信展现了光明的前景。
现有的协作中继选择研究中，较少考虑中继节点拥有多个传输信道，为多个目的节点提供服务的场景。这方面已有的少量研究都基于传统的非eh协作通信网络。由于传统网络采用电网供电，不存在电力供应不足的问题，因此在中继选择研究中不用考虑供电问题。然而在无线eh协作通信网络中，中继节点的移动性使得电网供电不现实，中继节点需要依靠自身的eh能力获得稳定持续的工作电力，此时，中继选择的有效性是达成此目标的关键手段。由于收集能量的有限，中继节点在接纳中继业务时不仅要有空闲的业务信道，而且要有保证传输性能的发射功率。而现有的技术手段并无法达到上述要求。
技术实现要素：
本发明针对上述技术问题，提供一种eh协作通信网络中继选择方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种eh协作通信网络中继选择方法，包括如下步骤：
建立一个或多个源节点至多个中继节点以及所述多个中继节点至多个目的节点的链路连接关系，其中，设第一时隙为所述源节点向中继节点发送数据以及所述中继节点接收数据的过程，设第二时隙为所述中继节点向目的节点发送数据以及所述目的节点接收数据的过程；
在第二时隙中，计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点向请求的目的节点发送数据。
本发明的有益效果是：从保障稳定持续的通信出发，为中继用户选择合适的中继节点，不仅可以优化能量的使用，而且不损失系统容量；从中继用户采用相等发射功率和不相等发射功率的情况出发，分别提出了对应的中继选择方法，不仅具有前述优点，还具有负荷控制的平衡能力，具有很好的适用性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述源节点为电网供电节点或能量收集eh节点；所述中继节点为能量收集eh节点；所述目的节点为电池供电终端或能量收集eh节点。
采用上述进一步方案的有益效果是：本方法可以适用于多种不同的节点类型，适用性广。
进一步，还包括步骤：在第二时隙中，选择所述多个中继节点发射功率相等或不相等的计算模式，并根据选择的计算模式计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中。
采用上述进一步方案的有益效果是：能够适用于不同的情况，根据中继节点发射功率相等或不相等的计算模式，并对应的进行计算，在所选情况下得到可转发数据的中继节点。
进一步，所述根据选择的计算模式计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中包括：当选择所述多个中继节点发射功率相等的计算模式，根据中继节点的总能量来计算供给请求协作的目的节点的能量，并根据得到的所述能量计算各中继节点的发射功率，并根据所述发射功率计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至所述目的节点中。
进一步，当选择所述多个中继节点发射功率相等的计算模式，所述根据中继节点的总能量来计算供给请求协作的目的节点的能量包括：
设中继节点每个信道的最大发射功率为pmax，噪声功率归一化为1，时隙长度为t，设目的节点u请求的中继节点i拥有的能量为ei，中继节点i在本次协作传输过程中供给目的节点u和当前正在对其他ni个目的节点进行传输的总能量为αiei，其中αi为中继节点i的能量比例因子且0≤αi≤1，ni为自然数，因此目的节点u获得的能量为
进一步，所述根据得到的所述能量计算各中继节点的发射功率包括：
设中继节点每个信道的最大发射功率为pmax，噪声功率归一化为1，时隙长度为t，设目的节点u请求的中继节点i拥有的能量为ei，中继节点i在本次协作传输过程中供给目的节点u和当前正在对其他ni个目的节点进行传输的总能量为αiei，其中αi为中继节点i的能量比例因子且0≤αi≤1，ni为自然数，则在本次协作传输的第二个时隙传输期间获得的发射功率为
进一步，所述根据所述发射功率计算各中继节点的信噪比，来确定信噪比最大的中继节点包括：
设测量估计得到的中继节点i到目的节点u链路的信道系数为hiu，目的节点u处的接收信噪比为
进一步，所述根据选择的计算模式计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中包括：当选择所述多个中继节点发射功率不相等的计算模式，根据中继节点的总能量减去该中继节点正在为ni个目的节点供给的能量，得到该中继节点供给请求协作的目的节点的能量，并根据得到的所述能量计算各中继节点的发射功率，并根据所述发射功率计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中。
采用上述进一步方案的有益效果是：当选择多个中继节点发射功率相等的计算模式，求取中继节点能量的数值以及发射功率来计算中继节点信噪比，并选取信噪比最大的中继节点进行数据转发，能够控制和优化节点收集能量的使用。
进一步，当选择所述多个中继节点发射功率不相等的计算模式，所述根据中继节点的总能量减去该中继节点正在为ni个目的节点供给的能量，得到该中继节点供给请求协作的目的节点的能量包括：
设中继节点每个信道的最大发射功率为pmax，噪声功率归一化为1，时隙长度为t，在目的节点u请求的一次协作传输中，设目的节点u选择中继节点时中继节点i拥有的能量为ei，中继节点i在一次协作传输过程中供给目的节点u和当前正在对其他ni个目的节点进行传输的总能量为αiei，αi为中继节点i的能量比例因子且0≤αi≤1，ni为自然数；
设中继节点i当前正在为ni个目的节点提供服务，ni为自然数，中继节点i为当前服务的目的节点在本次协作传输中提供的能量分别为ei,j，1≤j≤ni，则中继节点i为目的节点u在本次协作传输中提供的能量为
进一步，所述根据得到的所述能量计算各中继节点的发射功率包括：
当eu小于或等于0时，则不选择中继节点i为所选的中继节点，当eu大于0时，设中继节点每个信道的最大发射功率为pmax，时隙长度为t，中继节点i在本次协作传输的第二个时隙传输期间为目的节点u提供的发射功率为
进一步，所述根据所述发射功率计算各中继节点的信噪比，来确定信噪比最大的中继节点包括：
设测量估计得到的中继节点i到目的节点u链路的信道系数为hiu，则目的节点u处的接收信噪比为
采用上述进一步方案的有益效果是：当选择多个中继节点发射功率不相等的计算模式，通过总能量减去正在服务的用户需要的能量得到提供给本次接入的传输能量，再计算中继节点的发射功率，根据发射功率计算中继节点信噪比，并选取信噪比最大的中继节点进行数据转发，能够控制和优化节点收集能量的使用。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种eh能量收集协作通信网络中继选择系统，包括：
链路建立模块，用于建立一个或多个源节点至多个中继节点以及所述多个中继节点至多个目的节点的链路连接关系，其中，设第一时隙为所述源节点向中继节点发送数据以及所述中继节点接收数据的过程，设第二时隙为所述中继节点向目的节点发送数据以及所述目的节点接收数据的过程；
中继选择模块，用于在第二时隙中，计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点向请求的目的节点发送数据。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述源节点为电网供电节点或能量收集eh节点；所述中继节点为能量收集eh节点；所述目的节点为电池供电终端或能量收集eh节点。
进一步，所述中继选择模块具体用于：
在第二时隙中，选择所述多个中继节点发射功率相等或不相等的计算模式，并根据选择的计算模式计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中。
进一步，所述中继选择模块包括第一计算单元，所述第一计算单元用于：
所述根据选择的计算模式计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中包括：当选择所述多个中继节点发射功率相等的计算模式，根据中继节点的总能量来计算供给请求协作的目的节点的能量，并根据得到的所述能量计算各中继节点的发射功率，并根据所述发射功率计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至所述目的节点中。
进一步，所述第一计算单元具体用于：
设中继节点每个信道的最大发射功率为pmax，噪声功率归一化为1，时隙长度为t，设目的节点u请求的中继节点i拥有的能量为ei，中继节点i在本次协作传输过程中供给目的节点u和当前正在对其他ni个目的节点进行传输的总能量为αiei，其中αi为中继节点i的能量比例因子且0≤αi≤1，ni为自然数，因此目的节点u获得的能量为
进一步，所述中继选择模块包括第二计算单元，所述第二计算单元用于：
当选择所述多个中继节点发射功率不相等的计算模式，根据中继节点的总能量减去该中继节点正在为ni个目的节点供给的能量，得到该中继节点供给请求协作的目的节点的能量，并根据得到的所述能量计算各中继节点的发射功率，并根据所述发射功率计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中。
进一步，所述第一计算单元还具体用于：
设中继节点每个信道的最大发射功率为pmax，噪声功率归一化为1，时隙长度为t，设目的节点u请求的中继节点i拥有的能量为ei，中继节点i在本次协作传输过程中供给目的节点u和当前正在对其他ni个目的节点进行传输的总能量为αiei，其中αi为中继节点i的能量比例因子且0≤αi≤1，ni为自然数，则在本次协作传输的第二个时隙传输期间获得的发射功率为
进一步，所述第一计算单元还具体用于：
设测量估计得到的中继节点i到目的节点u链路的信道系数为hiu，目的节点u处的接收信噪比为
进一步，所述中继选择模块包括第二计算单元，所述第二计算单元用于：
所述根据选择的计算模式计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中包括：当选择所述多个中继节点发射功率不相等的计算模式，根据中继节点的总能量减去该中继节点正在为ni个目的节点供给的能量，得到该中继节点供给请求协作的目的节点的能量，并根据得到的所述能量计算各中继节点的发射功率，并根据所述发射功率计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中。
进一步，所述第二计算单元具体用于：
所述根据中继节点的总能量减去该中继节点正在为ni个目的节点供给的能量，得到该中继节点供给请求协作的目的节点的能量包括：
设中继节点每个信道的最大发射功率为pmax，噪声功率归一化为1，时隙长度为t，在目的节点u请求的一次协作传输中，设目的节点u选择中继节点时中继节点i拥有的能量为ei，中继节点i在一次协作传输过程中供给目的节点u和当前正在对其他ni个目的节点进行传输的总能量为αiei，αi为中继节点i的能量比例因子且0≤αi≤1，ni为自然数；
设中继节点i当前正在为ni个目的节点提供服务，ni为自然数，中继节点i为当前服务的目的节点在本次协作传输中提供的能量分别为ei,j，1≤j≤ni，则中继节点i为目的节点u在本次协作传输中提供的能量为
进一步，所述第二计算单元还具体用于：
当eu小于或等于0时，则不选择中继节点i为所选的中继节点，当eu大于0时，设中继节点每个信道的最大发射功率为pmax，时隙长度为t，中继节点i在本次协作传输的第二个时隙传输期间为目的节点u提供的发射功率为
进一步，设测量估计得到的中继节点i到目的节点u链路的信道系数为hiu，则目的节点u处的接收信噪比为
附图说明
图1为本发明实施例提供的eh协作通信网络中继选择方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的eh协作通信网络中继选择系统的模块框图；
图3为本发明另一实施例提供的eh协作通信网络中继选择系统的模块框图；
图4为本发明另一实施例提供的eh协作通信网络中继选择系统的模块框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例提供的eh协作通信网络中继选择方法的流程图；
如图1所示，一种eh协作通信网络中继选择方法，包括如下步骤：
建立一个或多个源节点至多个中继节点以及所述多个中继节点至多个目的节点的链路连接关系，其中，设第一时隙为所述源节点向中继节点发送数据以及所述中继节点接收数据的过程，设第二时隙为所述中继节点向目的节点发送数据以及所述目的节点接收数据的过程；
在第二时隙中，计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点向请求的目的节点发送数据。
上述实施例中，从保障稳定持续的通信出发，为中继用户选择合适的中继节点，不仅可以优化能量的使用，而且不损失系统容量；从中继用户采用相等发射功率和不相等发射功率的情况出发，分别提出了对应的中继选择方法，不仅具有前述优点，还具有负荷控制的平衡能力，具有很好的适用性。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述源节点为电网供电节点或能量收集eh节点；所述中继节点为能量收集eh节点；所述目的节点为电池供电终端或能量收集eh节点。
上述实施例中，本方法可以适用于多种不同的节点类型，适用性广。
可选地，作为本发明的一个实施例，在图1实施例的基础上，还包括步骤：在第二时隙中，选择所述多个中继节点发射功率相等或不相等的计算模式，并根据选择的计算模式计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中。
上述实施例中，能够适用于不同的计算模式，根据中继节点发射功率相等或不相等的计算模式，并对应的进行计算，在所选情况下得到可转发数据的中继节点。
作为第一种情况，所述根据选择的计算模式计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中包括：当选择所述多个中继节点发射功率相等的计算模式，根据中继节点的总能量来计算供给请求协作的目的节点的能量，并根据得到的所述能量计算各中继节点的发射功率，并根据所述发射功率计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至所述目的节点中。
在第一种情况的实施例基础上，下面具体介绍，当选择所述多个中继节点发射功率相等的计算模式，来计算中继节点的信噪比：
设中继节点每个信道的最大发射功率为pmax，噪声功率归一化为1，时隙长度为t，
设目的节点u请求的中继节点i拥有的能量为ei，中继节点i在本次协作传输过程中供给目的节点u和当前正在对其他ni个目的节点进行传输的总能量为αiei，其中αi为中继节点i的能量比例因子且0≤αi≤1，ni为自然数，因此目的节点u获得的能量为
设测量估计得到的中继节点i到目的节点u链路的信道系数为hiu，目的节点u处的接收信噪比为
上述实施例中，当选择多个中继节点发射功率相等的计算模式，求取中继节点能量的数值以及发射功率来计算中继节点信噪比，并选取信噪比最大的中继节点进行数据转发，能够控制和优化节点收集能量的使用。
作为第二种情况，所述根据选择的计算模式计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中包括：当选择所述多个中继节点发射功率不相等的计算模式，根据中继节点的总能量减去该中继节点正在为ni个目的节点供给的能量，得到该中继节点供给请求协作的目的节点的能量，并根据得到的所述能量计算各中继节点的发射功率，并根据所述发射功率计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中。
在第二种情况的实施例基础上，下面具体介绍，当选择所述多个中继节点发射功率不相等的计算模式，来计算中继节点的信噪比：
设中继节点每个信道的最大发射功率为pmax，噪声功率归一化为1，时隙长度为t，
在目的节点u请求的一次协作传输中，设目的节点u选择中继节点时中继节点i拥有的能量为ei，中继节点i在一次协作传输过程中供给目的节点u和当前正在对其他ni个目的节点进行传输的总能量为αiei，αi为中继节点i的能量比例因子且0≤αi≤1，ni为自然数；
设中继节点i当前正在为ni个目的节点提供服务，ni为自然数，中继节点i为当前服务的目的节点在本次协作传输中提供的能量分别为ei,j，1≤j≤ni，则中继节点i为目的节点u在本次协作传输中提供的能量为
上述实施例中，当选择多个中继节点发射功率不相等的计算模式，通过总能量减去正在服务的用户需要的能量得到提供给本次接入的传输能量，再计算中继节点的发射功率，根据发射功率计算中继节点信噪比，并选取信噪比最大的中继节点进行数据转发，能够控制和优化节点收集能量的使用。
可见，中继节点发射功率相同时，是根据平均分配的功率进行中继节点服务的，在此基础上选取信噪比最大的中继节点进行数据转发；中继节点发射功率不相同时，是根据总能量减去正在服务的用户的能量等于即将接入的用户的能量来计算发射功率的，在此基础上选取信噪比最大的中继节点进行数据转发。
图2为本发明实施例提供的eh协作通信网络中继选择系统的模块框图；
如图2所示，链路建立模块，用于建立一个或多个源节点至多个中继节点以及所述多个中继节点至多个目的节点的链路连接关系，其中，设第一时隙为所述源节点向中继节点发送数据以及所述中继节点接收数据的过程，设第二时隙为所述中继节点向目的节点发送数据以及所述目的节点接收数据的过程；
中继选择模块，用于在第二时隙中，计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点向请求的目的节点发送数据。
具体的，上述实施例中，所述源节点为电网供电节点或能量收集eh节点；所述中继节点为能量收集eh节点；所述目的节点为电池供电终端或能量收集eh节点。
可选地，作为本发明的一个实施例，在图2实施例的基础上，所述中继选择模块具体用于：
在第二时隙中，选择所述多个中继节点发射功率相等或不相等的计算模式，并根据选择的计算模式计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中。
可选地，作为本发明的一个实施例，在中继节点发射功率相等的计算模式中，对上述实施例进行具体介绍，所述中继选择模块包括第一计算单元，所述第一计算单元用于：
当选择所述多个中继节点发射功率相等的计算模式，根据中继节点的总能量来计算供给请求协作的目的节点的能量，并根据得到的所述能量计算各中继节点的发射功率，并根据所述发射功率计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至所述目的节点中。
图3为本发明另一实施例提供的eh协作通信网络中继选择系统的模块框图；
在中继节点发射功率相等的情况中，下面具体介绍中继选择模块对于中继节点发射功率相等时是如何进行中继节点选择的，如图3所示，所述第一计算单元具体用于；
设中继节点每个信道的最大发射功率为pmax，噪声功率归一化为1，时隙长度为t，
设目的节点u请求的中继节点i拥有的能量为ei，中继节点i在本次协作传输过程中供给目的节点u和当前正在对其他ni个目的节点进行传输的总能量为αiei，其中αi为中继节点i的能量比例因子且0≤αi≤1，ni为自然数，因此目的节点u获得的能量为
设测量估计得到的中继节点i到目的节点u链路的信道系数为hiu，目的节点u处的接收信噪比为
可选地，作为本发明的一个实施例，在中继节点发射功率不相等的计算模式中，对上述实施例进行具体介绍，所述中继选择模块包括第二计算单元，所述第二计算单元用于：
当选择所述多个中继节点发射功率不相等的情况，根据中继节点的总能量减去该中继节点正在为ni个目的节点供给的能量，得到该中继节点供给请求协作的目的节点的能量，并根据得到的所述能量计算各中继节点的发射功率，并根据所述发射功率计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述中继选择模块包括第二计算单元，所述第二计算单元用于：
当选择所述多个中继节点发射功率不相等的计算模式，根据中继节点的总能量减去该中继节点正在为ni个目的节点供给的能量，得到该中继节点供给请求协作的目的节点u的能量，并根据得到的所述能量计算各中继节点的发射功率，并根据所述发射功率计算各中继节点的信噪比，选取信噪比最大的中继节点转发数据至请求的目的节点中。
图4为本发明另一实施例提供的eh协作通信网络中继选择系统的模块框图；
下面具体介绍中继选择模块对于中继节点发射功率不相等的计算模式是如何进行中继节点选择的，如图4所示，所述第二计算单元具体用于：
设中继节点每个信道的最大发射功率为pmax，噪声功率归一化为1，时隙长度为t，
在目的节点u请求的一次协作传输中，设目的节点u选择中继节点时中继节点i拥有的能量为ei，中继节点i在一次协作传输过程中供给目的节点u和当前正在对其他ni个目的节点进行传输的总能量为αiei，αi为中继节点i的能量比例因子且0≤αi≤1，ni为自然数；
设中继节点i当前正在为ni个目的节点提供服务，ni为自然数，中继节点i为当前服务的目的节点在本次协作传输中提供的能量分别为ei,j，1≤j≤ni，则中继节点i为目的节点u在本次协作传输中提供的能量为
可见，中继节点发射功率相同时，是根据平均分配的功率进行中继节点服务的，在此基础上选取信噪比最大的中继节点进行数据转发；中继节点发射功率不相同时，是根据总能量减去正在服务的用户的能量等于即将接入的用户的能量来计算发射功率的，在此基础上选取信噪比最大的中继节点进行数据转发。
本发明能够从保障稳定持续的通信出发，为中继用户选择合适的中继节点，不仅可以优化能量的使用，而且不损失系统容量；从中继用户采用相等发射功率和不相等发射功率的情况出发，分别提出了对应的中继选择方法，不仅具有前述优点，还具有负荷控制的平衡能力，具有很好的适用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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