一种节点选择方法及装置与流程

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种节点选择方法及装置。

背景技术：

为了增大网络间信息传递的覆盖范围，增强网络鲁棒性，中继协作系统(cooperativerelayingsystem，crs)中的源节点和目的节点能够借助于一个或多个中继节点传输信息(传输信息的中继节点简称为转发节点)，并且crs中的中继节点传输信息过程中可利用无线协能通信(simultaneouswirelessinformationandpowertransfer，swipt)技术或无速率编码(ratelesscode，rc)技术。而一个crs中的中继节点数量众多，因此在源节点和目的节点传输信息之前，需要从众多的中继节点中选择转发节点。目前选择转发节点有如下两种方式：

一种方式是：在中继协作系统中所有中继节点的传输速率不可变的情况下选择，但传输速率固定会导致传输过程中的信息不能被积累，而crs利用rc技术时要求信息能够被积累，因此本方式不能适用基于rc技术的crs(即利用rc技术的crs)；另一种方式是：结合无速率编码技术在中继节点和目的节点处的信息积累选择，但是基于swipt技术的crs(即利用swipt技术的crs)的信息传输受到多种因素影响，仅结合在中继节点和目的节点处的信息积累选择转发节点会降低准确度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种节点选择方法及装置，用于结合探测包传输过程中的信息积累和能量积累选择转发节点，以适用于基于rc技术的crs，并提高选择准确度。技术方案如下：

本发明提供一种节点选择方法，所述方法包括：

获得目的节点积累的第一信息量和第二信息量，所述第一信息量是数据包通过源节点传输在所述目的节点处积累的信息量，所述第二信息量是所述数据包通过中继节点传输在所述目的节点处积累的信息量；

获得各个所述中继节点积累的第三信息量和第一能量，所述第三信息量是所述数据包通过所述源节点传输在所述中继节点处积累的信息量；

基于所述第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对候选节点集合包括的中继节点进行多次优化调整；

计算每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量，并基于每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量，从调整后得到的所有候选节点集合中选择一个候选节点集合，并从选择的候选节点集合中选择最优的一个中继节点作为所述源节点到所述目的节点之间的转发节点转发数据。

优选的，所述方法还包括：确定所述源节点到所述目的节点的链路状态以及所述源节点到各个所述中继节点的链路状态；

如果所述源节点到各个所述中继节点的链路状态中的一个优于所述源节点到所述目的节点的链路状态，触发执行基于所述第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对候选节点集合包括的中继节点进行多次优化调整的步骤。

优选的，所述获得目的节点积累的第一信息量和第二信息量包括：

获得所述源节点反馈的第一链路状态信息和所述中继节点反馈的第二链路状态信息，所述第一链路状态信息用于表明所述源节点到所述目的节点的链路状态，所述第二链路状态信息用于表明所述中继节点到所述目的节点的链路状态；

获得所述源节点发送所述数据包的第一传输功率和所述数据包的第一传输时间，所述第一传输时间是所述数据包从所述源节点发出经历的时间；

获得所述中继节点发送所述数据包的第二传输功率和所述数据包的第二传输时间，所述第二传输时间是所述数据包从所述中继节点发出经历的时间；

基于所述第一链路状态信息、所述第一传输功率和所述第一传输时间，结合香农定理得到所述第一信息量；

基于所述第二链路状态信息、所述第二传输功率和所述第二传输时间，结合所述香农定理得到所述第二信息量。

优选的，所述基于所述第一链路状态信息、所述第一传输功率和所述第一传输时间，结合香农定理得到所述第一信息量包括：

基于公式得到所述第一信息量，其中s表示源节点，d表示目的节点，为所述第一传输时间，w为链路带宽，ps为所述第一传输功率，hsd为所述第一链路状态信息中的链路相关系数，σd为所述第一链路状态信息中归一标准化的信道噪声的方差。

优选的，所述基于所述第二链路状态信息、所述第二传输功率和所述第二传输时间，结合所述香农定理得到所述第二信息量包括：

基于公式得到所述第二信息量，其中d表示目的节点，为所述第二传输时间，i表示第i个中继节点，且i的取值为从1到m，m为中继节点总数，w为链路带宽，pi为所述第二传输功率，hid为所述第二链路状态信息中的链路相关系数，σd为所述第二链路状态信息中归一标准化的信道噪声的方差，if表示所述中继节点到所述目的节点。

优选的，所述获得各个所述中继节点积累的第三信息量和第一能量包括：

获得所述源节点反馈的第三链路状态信息，所述第三链路状态信息用于表明所述源节点到所述中继节点的链路状态；

获得所述数据包的第一传输时间和所述中继节点的信息能量分配比例；

基于所述第三链路状态信息、所述第一传输时间和所述信息能量分配比例，结合所述香农定理得到所述第三信息量，基于第三链路状态信息、所述第一传输时间和所述信息能量分配比例得到所述第一能量。

优选的，所述基于所述第三链路状态信息、所述第一传输时间和所述信息能量分配比例，结合所述香农定理得到所述第三信息量，基于第三链路状态信息、所述第一传输时间和所述信息能量分配比例得到所述第一能量包括：

基于公式得到所述第三信息量和所述第一能量；

其中，i表示第i个中继节点，且i的取值为从1到m，m为中继节点总数，isi表示第i个中继节点的第三信息量，ei表示第i个中继节点的第一能量，为所述第一传输时间，w为链路带宽，ps为所述源节点发送所述数据包的第一传输功率，hsi为所述第三链路状态信息中的链路相关系数，σi为所述第三链路状态信息中归一标准化的信道噪声的方差，ρi为所述信息能量分配比例，η为能量转换效率。

优选的，所述第i个中继节点的第一能量用于得到所述第i个中继节点的第二传输功率，并基于公式得到所述第i个中继节点的第二传输功率。

优选的，所述基于所述第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对候选节点集合包括的中继节点进行多次优化调整包括：

将所述候选节点集合以第一候选变量表示，所述第一候选变量用于指示所述候选节点集合中的各个所述中继节点是否解码成功；

将所述候选节点集合的各个中继节点的选中情况以第二候选变量表示，所述第二候选变量用于指示所述候选节点集合中的中继节点是否被选择作为所述转发节点；

基于所述第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对所述第一候选变量、所述第二候选变量、所述第一传输时间、所述第二传输时间和所述中继节点的信息能量分配比例进行多次优化调整，以实现对所述候选节点集合的多次优化调整。

优选的，所述基于所述第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对所述第一候选变量、所述第二候选变量、所述第一传输时间、所述第二传输时间和所述中继节点的信息能量分配比例进行多次优化调整包括：基于如下公式进行多次优化调整：

其中，xiisi≥h(1+ε)xi和isd+xiαiiid≥h(1+ε)为所述约束条件，xi表示候选节点集合中第i个中继节点的解码情况，xi＝1表示第i个中继节点解码成功，xi＝0表示第i个中继节点解码失败，αi表示第i个中继节点的被选择情况，αi＝1表示第i个中继节点被选择，αi＝0表示第i个中继节点没有被选择，h为所述数据包的比特长度，ε为一个具有非负值的离散随机变量，表示最小化数据传输过程的传输时间。

本发明还一种节点选择装置，所述装置包括：

获得单元，用于获得目的节点积累的第一信息量和第二信息量以及用于获得各个所述中继节点积累的第三信息量和第一能量，所述第一信息量是数据包通过源节点传输在所述目的节点处积累的信息量，所述第二信息量是所述数据包通过中继节点传输在所述目的节点处积累的信息量，所述第三信息量是所述数据包通过所述源节点传输在所述中继节点处积累的信息量；

调整单元，用于基于所述第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对候选节点集合包括的中继节点进行多次优化调整；

计算单元，用于计算每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量；

选择单元，用于基于每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量，从调整后得到的所有候选节点集合中选择一个候选节点集合，并从选择的候选节点集合中选择最优的一个中继节点作为所述源节点到所述目的节点之间的转发节点转发数据。

本发明还提供一种处理设备，所述处理设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有一个或多个程序，所述处理器执行所述一个或多个程序时实现上述节点选择方法。

本发明还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序代码，所述计算机程序代码执行时实现上述节点选择方法。

从上述技术方案可知，在进行转发节点选择过程中，首先获得目的节点积累的第一信息量和第二信息量以及获得各个中继节点积累的第三信息量和第一能量，然后可以基于第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对候选节点集合包括的中继节点进行多次优化调整，以基于每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量进行转发节点的选择，由此能够结合探测包传输过程中的信息积累、能量积累以及吞吐量进行转发节点的选择，以适用于基于rc技术的crs。

并且在转发节点选择过程中综合考虑信息积累、能量积累和吞吐量三个方面的影响，相对于现有基于swipt技术的crs结合信息积累进行转发节点选择来说增加考虑因素，从而可以提高选择准确度，且这种综合考虑中继节点的信息积累和能量积累的方式可以在信息和能量积累之间寻求一个平衡，在该平衡下使得中继节点的信息和能量的积累最优，中继节点的能量积累可以使得中继节点传输功率增大，传输功率的增大使得其单位时间的传输效率得到提高，提高单位时间传输的信息量，进而提高吞吐量。而通过中继节点对信息积累使得中继节点成功接收数据的时间变短，也会提高吞吐量，但是中继节点的能量积累和信息积累不可同时最大，由此结合无速率编码的信息和能量均衡可以使得中继协作系统最大化吞吐量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的中继协作系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种节点选择方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的另一种节点选择方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的一种节点选择装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种节点选择装置的结构示意图。

具体实施方式

首先对本实施例的中继协作系统进行说明，该中继协作系统的一种结构示意图如图1所示，包括：一个源节点(s表示)、一个目的节点(d表示)和m个中继节点，中继节点集合可用r＝{ri|i＝1,2,...,m}表示，ri为中继协作系统中的第i个中继节点，在中继协作系统中数据传输有两个阶段，记为信息广播(broadcast，bs)阶段和信息转发(informationforward，if)阶段，其中bs阶段是从源节点发出至中继节点和目的节点的阶段，if阶段是从中继节点发出至目的节点的阶段，在bs阶段源节点以第一传输功率发送数据，在if阶段中继节点以第二传输功率发送数据，在bs阶段和if阶段涉及到的两个传输时间依次记为第一传输时间和第二传输时间其中表示数据包从源节点发出经历的时间，特指数据包从源节点发出直接到目的节点所使用的时间，也可以特指数据包从源节点到中继节点并由中继节点成功接收并解码数据的时间，表示数据包从第i个中继节点发出经历的时间，特指第i个中继节点从传输数据至目的节点成功接收所用时间，换句话说特指数据包从中继节点发出到目的节点且目的节点成功接收的时间。

基于图1所示中继协作系统传输数据过程中，源节点可以利用rc技术将一个长为hbits(bit为比特)的原始信息编码成无限长的数据，并以8bits为一个数据包的大小，将编码得到的数据拆分成多个数据包，持续发送拆分得到的数据包直至目的节点成功接收并解码得到原始信息。为了提高传输效率，在源节点持续发送数据包之前，源节点首先会发送一个探测包以通过该探测包的发送确定源节点到目的节点之间的链路，其中探测包中包括：源节点的地址，目的节点地址，生命周期以及确认位，与源节点位于同一个中继协作系统中的所有中继节点能够监听到该探测包，并反馈各自的链路状态信息至目的节点，同样的源节点也可以反馈链路状态信息(下面详细介绍时通过第一链路状态信息、第二链路状态信息等进行区分)，以使得目的节点基于链路状态信息预测在发送数据包过程中在中继节点和目的节点处的积累，以从所有中继节点中选择转发节点，然后通过源节点、转发节点和目的节点形成用于传输数据包的链路。

基于上述图1所示中继协作系统，本实施例提供的节点选择方法及装置的核心思想之一是：将中继协作系统的节点选择问题建模成数学优化问题——以最大化系统吞吐量为目标，通过将第一传输功率、第二传输功率、第一传输时间、第二传输时间和信息能量分配比例建模成需要优化的变量，将数据传输所要满足的约束转化成以不等式或等式描述的约束条件，从而将节点选择问题(节点选择问题也是一个资源分配问题，通过资源分配调整选择中继节点)建模成数学优化问题。

而通过对上述数学优化问题的求解可得到节点选择方法，数学优化问题的求解过程即是节点选择过程，并且基于求解结果能够最大化系统吞吐量。

下面将结合本发明实施例中的附图，对上述核心思想对应的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，其示出了本发明实施例提供的一种节点选择方法的流程图，可以包括以下步骤：

201：获得目的节点积累的第一信息量和第二信息量，其中第一信息量是数据包通过源节点传输在目的节点处积累的信息量，第二信息量是数据包通过中继节点传输在目的节点处积累的信息量。

也就是说在源节点向目的节点发送数据包以及中继节点转发数据包至目的节点后，目的节点都可以积累不同程度的信息量。在本实施例中预估源节点以第一传输功率发送数据包直接至目的节点的过程中目的节点积累的第一信息量，而目的节点积累的第一信息量除与第一传输功率相关之外，还与源节点和目的节点之间的链路状态(通过发送探测包得到)以及源节点对数据包的处理相关，并且发明人经过研究发现第一信息量的积累与上述各个影响因素之间的关系与香农定理有相似之处，由此可结合无速率码对数据包的编码和接收，通过香农定理得到目的节点积累的第一信息量，过程如下：

获得源节点反馈的第一链路状态信息、源节点发送数据包的第一传输功率和数据包从源节点直接到目的节点的第一传输时间，并基于第一链路状态信息、第一传输功率和第一传输时间，结合香农定理得到第一信息量。

例如第一链路状态信息用于指示源节点直接到目的节点之间的链路状态，该第一链路状态信息包括但不限于：链路衰减系数、链路相关系数、信噪比和信道噪声方差中的一种或多种，第一传输时间为上述

在本实施例中，基于第一链路状态信息、第一传输功率和第一传输时间，结合香农定理得到第一信息量的一种可行方式是：

基于公式：得到第一信息量，w为链路带宽(一个已知的常量)，ps为第一传输功率，hsd为第一链路状态信息中的链路相关系数，σd为第一链路状态信息中归一标准化的信道噪声的方差。

同样的，对于目的节点积累的第二信息量来说，也是预估在中继节点以一定传输功率(记为第二传输功率)过程中所积累的，并且第二信息量的获得方式与第一信息量的获得方式相类似，具体过程如下：

获得中继节点反馈的第二链路信息、中继节点发送数据包的第二传输功率和数据包从中继节点到目的节点的第二传输时间，基于第二链路状态信息、第二传输功率和第二传输时间，结合所述香农定理得到第二信息量。

其中第二链路信息用于指示中继节点到目的节点之间的链路状态，该第二链路状态信息包括但不限于：链路衰减系数、链路相关系数、信噪比和信道噪声方差中的一种或多种，第二传输时间为上述在一个中继协作系统中包括多个中继节点，每个中继节点在传输数据包的过程中目的节点都能够积累第二信息量，在本实施例中以第i个中继节点为例进行说明。

在本实施例中，基于第二链路状态信息、第二传输功率和第二传输时间，结合所述香农定理得到第二信息量的一种可行方式如下：

基于公式得到第二信息量，i表示第i个中继节点，且i的取值为从1到m，m为中继节点总数，w为链路带宽，pi为第二传输功率，hid为第二链路状态信息中的链路相关系数，σd为第二链路状态信息中归一标准化的信道噪声的方差。

202：获得各个中继节点积累的第三信息量和第一能量，其中第三信息量是数据包通过源节点传输在中继节点处积累的信息量，第一能量是数据包传输到中继节点后中继节点提取到的能量。

可以理解的是：数据包在传输过程中除能够在目的节点处积累之外，还能够在中继节点处积累，由此需要预估中继节点积累的第三信息量，并且中继协作系统利用swipt技术时还可以在积累信息量的过程中积累第一能量，以供中继节点发送探测包。

鉴于中继节点与目的节点积累的不同(目的节点仅积累信息量，而中继节点积累信息量和能量两种)，中继节点在积累信息量和能量过程中需要对信息量和能量的积累进行分配，即中继节点需要在上述第一信息量涉及的各个影响因素的基础上增加一个信息量和能量分配相关的影响因素——信息能量分配比例，据此获得第三信息量和第一能量的过程如下：

获得源节点反馈的第三链路状态信息、数据包的第一传输时间和中继节点的信息能量分配比例，并基于第三链路状态信息、第一传输时间和信息能量分配比例，结合香农定理得到第三信息量，基于第三链路状态信息、第一传输时间和信息能量分配比例得到第一能量。

其中第三链路状态信息用于表明源节点到中继节点的链路状态，该第三链路状态信息包括但不限于：链路衰减系数、链路相关系数、信噪比和信道噪声方差中的一种或多种，第一传输时间为上述

在本实施例，得到第三信息量和第一能量可以基于如下公式：

例如基于公式得到第三信息量和第一能量；i表示第i个中继节点，且i的取值为从1到m，m为中继节点总数，isi表示第i个中继节点的第三信息量，ei表示第i个中继节点的第一能量，w为链路带宽，ps为第一传输功率，hsi为第三链路状态信息中的链路相关系数，σi为第三链路状态信息中归一标准化的信道噪声的方差，bs表示从源节点到中继节点，ρi为信息能量分配比例，η为能量转换效率。

在这里需要说明的一点是：之所以采用1-ρi正是因为中继节点会进行信息和能量的分配，而中继节点接收到的所有数据中只有1-ρi比例的数据作为信息积累，所以在计算第三信息量时相对于第一信息量和第二信息量来说需要增加1-ρi。对于剩余的ρi比例的数据进行能量提取，且中继节点提取的第一能量能够用于得到第i个中继节点的第二传输功率，具体的可以基于公式得到第i个中继节点的第二传输功率，该第二传输功率可以应用到第二信息量的计算公式中。

203：基于第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对候选节点集合包括的中继节点进行多次优化调整。

其中对候选节点集合包括的中继节点调整主要是调整候选节点集合中能够作为转发节点的中继节点，例如候选节点集合中包括中继协作系统中的所有中继节点，通过控制中继节点在候选节点集合中的标识来达到调整目的，例如中继节点在候选节点集合中的标识为1说明能够作为转发节点，标识为0说明不能够作为转发节点，由此可以采用变量形式对候选节点集合进行表示，例如将候选节点集合以第一候选变量表示，将候选节点集合的各个中继节点的选中情况以第二候选变量表示，其中第一候选变量用于指示候选节点集合中的各个中继节点是否解码成功，第二候选变量用于指示候选节点集合中的中继节点是否被选择作为转发节点。

在本实施例中，第一候选变量可以采用向量形式表示，例如第一候选变量x＝[1,1,0,...,0]，该第一候选变量中的第i个元素xi对应第i个中继节点，以表示候选节点集合中第i个中继节点的解码情况，具体的xi＝1表示第i个中继节点解码成功，xi＝0表示第i个中继节点解码失败。同样的第二候选变量也可以采用向量形式表示，例如第二候选变量α＝[1,0,0,...,0]，该第二候选变量中的第i个元素αi对应第i个中继节点，以表示第i个中继节点的被选择情况，具体的αi＝1表示第i个中继节点被选择，αi＝0表示第i个中继节点没有被选择，对于第一候选变量和第二候选变量来说，第一候选变量中可以有多个元素的取值为1，但是第二候选变量中仅有一个变量的取值可以为1。

并且在选择转发节点过程中要满足如下的约束条件：

(1)候选节点集合中的每个中继节点都应该成功接收并解码，通过如下公式约束：

xiisi≥h(1+ε)xi，h为数据包的比特长度(与上述hbits的原始信息中的h相同)，ε为一个具有非负值的离散随机变量；

(2)作为转发节点的中继节点一定属于候选节点集合，且作为转发节点的中继节点协助目的节点最终也要成功接收并解码，换句话说最优的中继节点的选择是通过设置0-1变量从候选节点集合中选择一个中继节点，且被选择的中继节点必须满足目的节点成功接收并解码，具体通过如下公式约束：

isd+xiαiiid≥h(1+ε)。

基于此，对候选节点集合的优化调整为：基于第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对第一候选变量、第二候选变量、第一传输时间、第二传输时间和中继节点的信息能量分配比例进行多次优化调整，以实现对候选节点集合的多次优化调整。

例如基于如下公式进行多次优化调整：

从该公式可知，本实施例在h(要传输的数据量)固定的情况下，将最大化吞吐量优化调整问题转化为最小化数据传输过程的传输时间问题，而因为传输的数据量h固定，传输该固定的数据量采用的传输时间最小，所以会导致传输h的数据量的吞吐量最大，其中表示最小化数据传输过程的传输时间。

从上述多次优化调整的公式可知，本实施例的优选调整主要是公式1(为了便于描述将其记为数学优化问题p0)中各个变量的取值的优化调整，而数学优化问题p0是一个非凸优化问题，且变量xi和变量αi是取值为0或1的变量，这种非凸优化问题的求解非常复杂，虽然可以把0或1变量赋值穷举带入x和α，列举每一种可能，但是穷举的时间复杂度太高。

发明人经过研究发现：问题p0之所以是非凸优化问题的原因在于上述公式1中的8个公式(这8个公式简称约束条件)，如果能够固定上述8个公式中的一对变量和与ρi以及一对变量xi和αi则使得问题p0不再是非凸问题，相对应的优化过程如下：

首先，将原问题p0解耦成四个子问题，分别记为：p1子问题、p2子问题、p3子问题和p4子问题，p1子问题是将原问题p0中的变量xi，αi和ρi当做常量，形成关于变量和的凸优化问题，此时子问题p1针对变量和的约束条件是将原问题p0的约束条件中的xi，αi和ρi当做常量得到。p2子问题是将时间变量和以及变量xi和αi当做常量，形成关于变量ρi的凸优化问题，子问题p2针对变量ρi的约束条件是将原问题p0的约束条件中的时间变量和以及变量xi和αi当做常量得到。p3子问题是将时间变量和以及变量ρi和αi当做常量，并结合拉格朗日松弛法将变量xi松弛成0-1的连续变量(即变量1≤xi≤0)，形成关于变量xi的凸优化问题，子问题p3针对变量xi的约束条件同样是将原问题p0的约束条件中的时间变量和以及变量ρi和αi当做常量得到。类似于p3子问题的形成，p4子问题是将时间变量和以及变量ρi以及xi当做常量，形成变量αi的约束条件以及凸优化问题。

其次，在第一次bcd算法迭代过程中，采用拉格朗日松弛法对上述四个凸优化问题，按照p1子问题、p2子问题、p3子问题和p4子问题的顺序一次优化各子问题对应的变量，一次迭代过程为：求解p1子问题时给变量xi，αi和ρi分别取一个满足此p1子问题的约束条件的初始值，并根据该初始值利用拉格朗日松弛法求解优化变量和求解p2子问题时时间变量和的初始值是p1子问题优化后的和的取值，给变量xi和αi取一个满足此p2子问题的约束条件的初始值，类似于p1子问题的求解过程，根据初始值利用拉格朗日松弛法求解，得到优化后的ρi的取值；p3子问题中和ρi的初始值是来自p1子问题、p2子问题优化后的解，给变量αi取一个满足此p3子问题的约束条件的初始值，类似于p1子问题的求解过程求得xi，如果求解得到的xi的取值为小数，将优化得到的xi处理成整数(例如如果优化得到的xi的值大于等于预设值(如0.5)，则xi＝1，小于预设值则xi＝0)；而p4子问题中ρi以及xi的初始值则为p1子问题、p2子问题和p3子问题分别求解出的对应变量的解，采用拉格朗日松弛法得到连续变量αi的解，如果αi的解为小数则按照对xi同样的处理方式处理成整数。

再次，在第一次迭代后开始第二次迭代，同样采用拉格朗日松弛法对上述四个凸优化问题，按照p1子问题、p2子问题、p3子问题和p4子问题的顺序依次优化各子问题对应的变量，优化过程与第一次优化的不同之处在于p1子问题、p2子问题和p3子问题的求解过程，其迭代初始值的选取可以表述为如下：

p1子问题根据公式：得到第j+1次优化p1子问题时的ρi、xi和αi，a表示上述变量ρi、xi和αi中的任一个，aj+1表示第j+1次迭代后的值，aj表示第j次迭代得到的解。表示步长，通过将第j次迭代得到的解带入得到步长的取值，l(aj)表示a为变量对应的子问题的拉格朗日函数，根据公式得到的ρi、xi和αi优化p1子问题，得到和的解；p2子问题利用p1子问题求解到的和以及得到的xi和αi求解ρi，同理p3子问题利用p1子问题求解到的和p2子问题求解得到的ρi以及得到的αi求解xi。

最后，当优化调整满足预设条件时停止，例如可以设置最大迭代次数，当迭代次数达到最大迭代次数停止调整，或者相邻两次迭代得到的吞吐量之间的关系比收敛容错常量小时则停止迭代，例如当thou(j+1)-thou(j)＜e则停止调整，thou(j+1)和thou(j)分别是第j+1次迭代所求出的系统吞吐量和第j次迭代优化计算的系统吞吐量，e一般为一较小的常量，称为收敛常量，例如提前预设为0.05。并且经过优化调整之后，对中继节点的ρi也进行优化调整，使得最终得到的转发节点的ρi也是最优化的，从而可以在信息和能量积累之间达到平衡以保证最大化吞吐量。之所以优化ρi的另一个原因是因为是由isi和ρi共同决定，所以为了能够使得时间最优也需要保证ρi最优。并且每次优化调整之后和ρi发生变化，那么计算公式中涉及到这三个变量的iid、isi、ei、pi等也需要进行再次计算，并基于再次计算的数据进行下一次的优化调整。

204：计算每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量，并基于每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量，从调整后得到的所有候选节点集合中选择一个候选节点集合，并从选择的候选节点集合中选择最优的一个中继节点作为源节点到目的节点之间的转发节点转发数据。

在本实施例中，可以在结束对候选节点集合的优化调整之后，计算调整得到的各个候选节点集合的吞吐量，也可以每调整至少一次计算一次已经得到的候选节点集合的吞吐量，从这些候选节点集合中选取出吞吐量最大的候选节点集合与后续得到的候选节点集合的吞吐量进行比对。

在这里需要说明的一点是：在对候选节点集合进行优化调整之前，会对上述变量赋予初始值，因此在本实施例中也需要计算具有初始值的中继节点所在候选节点集合的吞吐量。

而基于每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量，从调整后得到的所有候选节点集合中选择一个候选节点集合可以是但不限于是：选择吞吐量最大的候选节点集合，从吞吐量最大的候选节点集合中选择最优的一个中继节点，实现同时获得最优候选节点集合和最优中继节点。

从上述技术方案可知，在进行转发节点选择过程中，首先获得目的节点积累的第一信息量和第二信息量以及获得各个中继节点积累的第三信息量和第一能量，然后可以基于第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对候选节点集合包括的中继节点进行多次优化调整，以基于每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量进行转发节点的选择，由此能够结合探测包传输过程中的信息积累、能量积累以及吞吐量进行转发节点的选择，以适用于基于rc技术的crs。

并且在转发节点选择过程中综合考虑信息积累、能量积累和吞吐量三个方面的影响，相对于现有基于swipt技术的crs结合信息积累进行转发节点选择来说增加考虑因素，从而可以提高选择准确度，且这种综合考虑中继节点的信息积累和能量积累的方式可以在信息和能量积累之间寻求一个平衡，在该平衡下使得中继节点的信息和能量的积累最优，中继节点的能量积累可以使得中继节点传输功率增大，传输功率的增大使得其单位时间的传输效率得到提高，提高单位时间传输的信息量，进而提高吞吐量，而通过rc技术能够使得中继节点积累部分信息，与不利用rc技术的数据传输相比，增加了单位时间内信息的接收量，使得中继节点成功接收一定数据的时间变短，也会提高吞吐量，但是中继节点的能量积累和信息积累不可同时最大，由此结合无速率编码的信息和能量均衡可以使得中继协作系统最大化吞吐量。

此外，本实施例在选择转发节点过程中，考虑中继节点对信息和能量的积累，使得中继节点有足够的能量将积累的数据转发到目的节点，以提高数据传输效率。而从上述对候选节点集合的优化调整可知，考虑到中继节点对能量和信息分配，使其能够适用基于swipt技术的crs。

在优化调整过程中对信息能量分配比例也进行优化，既保证了中继节点在bs阶段的信息的积累量；又使得中继节点积累能量，以提高其传输功率，间接最大化了目的节点在if阶段的信息积累，增大吞吐量。同时由于if阶段传输消耗的能量被约束在了积累能量最大值的范围内，使中继协作系统可持续运行。又由于无速率码技术可使得链路质量较差的链路上的中继节点(比如源节点-目的节点的链路)仍可对信息积累，减小了传输过程中的时延。

请参阅图3，其示出了本发明实施例提供的另一种节点选择方法的流程图，可以包括以下步骤：

301：获得目的节点积累的第一信息量和第二信息量，其中第一信息量是数据包通过源节点传输在目的节点处积累的信息量，第二信息量是数据包通过中继节点传输在目的节点处积累的信息量。

302：获得各个中继节点积累的第三信息量和第一能量，其中第三信息量是数据包通过源节点传输在中继节点处积累的信息量，第一能量是数据包传输到中继节点后中继节点提取到的能量。

在本实施例中，步骤301至步骤302：与上述步骤201至步骤202相同，对此本实施例不再阐述。

303：确定源节点到目的节点的链路状态以及源节点到各个中继节点的链路状态。其中源节点到目的节点的链路状态以及源节点到各个中继节点的链路状态可以由对应链路的链路状态信息确定，如上述基于上述第一链路状态信息确定源节点到目的节点的链路状态，对此本实施例不再阐述。

304：如果源节点到各个中继节点的链路状态中的一个优于源节点到目的节点的链路状态，基于第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对候选节点集合包括的中继节点进行多次优化调整。

如果源节点到各个中继节点的链路状态中的一个优于源节点到目的节点的链路状态，说明源节点通过某个中继节点能够最快完成数据传输，此时可以对候选节点集合进行优化调整；如果源节点到目的节点的链路状态优于源节点到各个中继节点的链路状态，说明在传输过程中目的节点会比任何一个中继节点都先成功解码，则可以直接由源节点向目的节点发送，此时不需要经过中继节点，继而也不需要进行候选节点集合的优化调整。

其中源节点到各个中继节点的链路状态和源节点到目的节点的链路状态的比较可基于各自对应的链路状态信息进行比较，例如如果源节点到目的节点的信噪比(第一链路状态信息中的一个参数)优于源节点到各个中继节点的链路状态信息中的信噪比，则说明源节点到目的节点的链路状态优于源节点到各个中继节点的链路状态。

305：计算每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量，并基于每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量，从调整后得到的所有候选节点集合中选择一个候选节点集合，并从选择的候选节点集合中选择最优的一个中继节点作为源节点到目的节点之间的转发节点转发数据，以实现同时获得最优候选节点集合和最优的中继节点。

上述步骤304的优化调整过程以及步骤305：与上述步骤203和步骤204相同，对此本实施例不再阐述。

从上述技术方案可知，通过链路状态的比较可以确定出是否对候选节点集合进行优化调整，这样如果在不需要调整的情况下，可以直接利用源节点直接到目的节点的链路，提高传输效率。

在这里需要说明的一点是：在选择出作为转发节点的中继节点之后，目的节点会通知中继节点，如果转发节点持续接收到源节点利用rc技术得到的数据包，转发节点会持续积累信息直至成功接收并正确解码，然后转发节点向源节点发送响应信息以指示转发节点正确解码，此时源节点停止发送数据包。接着转发节点重新编码，并将编码得到的数据包发送至目的节点，在源节点和转发节点发送数据包的过程中目的节点积累信息直至正确解码，此时目的节点会广播响应信息以指示目的节点正确解码，源节点和转发节点结束本次数据发送。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

与上述方法实施例相对应，本发明实施例还一种节点选择装置，其结构如图4所示，可以包括：获得单元10、调整单元20、计算单元30和选择单元40。

获得单元10，用于获得目的节点积累的第一信息量和第二信息量以及用于获得各个中继节点积累的第三信息量和第一能量，第一信息量是数据包通过源节点传输在目的节点处积累的信息量，第二信息量是数据包通过中继节点传输在目的节点处积累的信息量，第三信息量是数据包通过源节点传输在中继节点处积累的信息量。

在本实施例中，获得单元10获得第一信息量、第二信息量、第三信息量和第一能量的可行方式如下：

获得单元10获得源节点反馈的第一链路状态信息、源节点发送数据包的第一传输功率和数据包从源节点直接到目的节点的第一传输时间，并基于第一链路状态信息、第一传输功率和第一传输时间，结合香农定理得到第一信息量。

其中第一链路状态信息用于指示源节点直接到目的节点之间的链路状态，该第一链路状态信息包括但不限于：链路衰减系数、链路相关系数、信噪比和信道噪声方差中的一种或多种，第一传输时间为上述具体的获得单元10基于公式：得到第一信息量，w为链路带宽(一个已知的常量)，ps为第一传输功率，hsd为第一链路状态信息中的链路相关系数，σd为第一链路状态信息中归一标准化的信道噪声的方差。

获得单元10获得中继节点反馈的第二链路信息、中继节点发送数据包的第二传输功率和数据包从中继节点到目的节点的第二传输时间，基于第二链路状态信息、第二传输功率和第二传输时间，结合所述香农定理得到第二信息量。

其中第二链路信息用于指示中继节点到目的节点之间的链路状态，该第二链路状态信息包括但不限于：链路衰减系数、链路相关系数、信噪比和信道噪声方差中的一种或多种，第二传输时间为上述在一个中继协作系统中包括多个中继节点，每个中继节点在传输数据包的过程中目的节点都能够积累第二信息量，在本实施例中以第i个中继节点为例进行说明。具体的获得单元10基于公式得到第二信息量，i表示第i个中继节点，且i的取值为从1到m，m为中继节点总数，w为链路带宽，pi为第二传输功率，hid为第二链路状态信息中的链路相关系数，σd为第二链路状态信息中归一标准化的信道噪声的方差。

获得单元10获得源节点反馈的第三链路状态信息、数据包的第一传输时间和中继节点的信息能量分配比例，并基于第三链路状态信息、第一传输时间和信息能量分配比例，结合香农定理得到第三信息量，基于第三链路状态信息、第一传输时间和信息能量分配比例得到第一能量。

其中第三链路状态信息用于表明源节点到中继节点的链路状态，该第三链路状态信息包括但不限于：链路衰减系数、链路相关系数、信噪比和信道噪声方差中的一种或多种，第一传输时间为上述

在本实施例，得到第三信息量和第一能量可以基于如下公式：

例如基于公式得到第三信息量和第一能量；i表示第i个中继节点，且i的取值为从1到m，m为中继节点总数，isi表示第i个中继节点的第三信息量，ei表示第i个中继节点的第一能量，w为链路带宽，ps为第一传输功率，hsi为第三链路状态信息中的链路相关系数，σi为第三链路状态信息中归一标准化的信道噪声的方差，bs表示从源节点到中继节点，ρi为信息能量分配比例，η为能量转换效率。

提取的第一能量能够用于得到第i个中继节点的第二传输功率，具体的可以基于公式得到第i个中继节点的第二传输功率，该第二传输功率可以应用到第二信息量的计算公式中。

调整单元20，用于基于第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对候选节点集合包括的中继节点进行多次优化调整。在本实施例中，调整单元20对候选节点集合的优化调整为：基于第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对第一候选变量、第二候选变量、第一传输时间、第二传输时间和中继节点的信息能量分配比例进行多次优化调整，以实现对候选节点集合的多次优化调整。

例如基于如下公式进行多次优化调整：

其中调整单元20基于上述公式的调整过程请参阅方法实施例，对此本实施例不再阐述。

计算单元30，用于计算每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量。

选择单元40，用于基于每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量，从调整后得到的所有候选节点集合中选择一个候选节点集合，并从选择的候选节点集合中选择最优的一个中继节点作为源节点到目的节点之间的转发节点转发数据。

在本实施例中，计算单元30可以在结束对候选节点集合的优化调整之后，计算调整得到的各个候选节点集合的吞吐量，也可以每调整至少一次计算单元30计算一次已经得到的候选节点集合的吞吐量，由选择单元40从这些候选节点集合中选取出吞吐量最大的候选节点集合与后续得到的候选节点集合的吞吐量进行比对。

从上述技术方案可知，在进行转发节点选择过程中，首先获得目的节点积累的第一信息量和第二信息量以及获得各个中继节点积累的第三信息量和第一能量，然后可以基于第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对候选节点集合包括的中继节点进行多次优化调整，以基于每次调整后的候选节点集合对应的吞吐量进行转发节点的选择，由此能够结合探测包传输过程中的信息积累、能量积累以及吞吐量进行转发节点的选择，以适用于基于rc技术的crs。

并且在转发节点选择过程中综合考虑信息积累、能量积累和吞吐量三个方面的影响，相对于现有基于swipt技术的crs结合信息积累进行转发节点选择来说增加考虑因素，从而可以提高选择准确度，且这种综合考虑中继节点的信息积累和能量积累的方式可以在信息和能量积累之间寻求一个平衡，在该平衡下使得中继节点的信息和能量的积累最优，中继节点的能量积累可以使得中继节点传输功率增大，传输功率的增大使得其单位时间的传输效率得到提高，提高单位时间传输的信息量，进而提高吞吐量，而通过rc技术能够使得中继节点积累部分信息，与不利用rc技术的数据传输相比，增加了单位时间内信息的接收量，使得中继节点成功接收一定数据的时间变短，也会提高吞吐量，但是中继节点的能量积累和信息积累不可同时最大，由此结合无速率编码的信息和能量均衡可以使得中继协作系统最大化吞吐量。

此外，本实施例在选择转发节点过程中，考虑中继节点对信息和能量的积累，使得中继节点有足够的能量将积累的数据转发到目的节点，以提高数据传输效率。而从上述对候选节点集合的优化调整可知，考虑到中继节点对能量和信息分配，使其能够适用基于swipt技术的crs。

在优化调整过程中对信息能量分配比例也进行优化，既保证了中继节点在bs阶段的信息的积累量；又使得中继节点积累能量，以提高其传输功率，间接最大化了目的节点在if阶段的信息积累，增大吞吐量。同时由于if阶段传输消耗的能量被约束在了积累能量最大值的范围内，使中继协作系统可持续运行。又由于无速率码技术可使得链路质量较差的链路上的中继节点(比如源节点-目的节点的链路)仍可对信息积累，减小了传输过程中的时延。

请参阅图5，其示出了本发明实施例提供的另一种节点选择方法，在图4基础上还可以包括：确定单元50，用于确定源节点到目的节点的链路状态以及源节点到各个中继节点的链路状态，如果源节点到各个中继节点的链路状态中的一个优于源节点到目的节点的链路状态，触发所述调整单元20基于第一信息量、第二信息量、第三信息量、第一能量和约束条件，对候选节点集合包括的中继节点进行多次优化调整。

其中源节点到目的节点的链路状态以及源节点到各个中继节点的链路状态可以由对应链路的链路状态信息确定，如上述基于上述第一链路状态信息确定源节点到目的节点的链路状态，对此本实施例不再阐述。

通过链路状态的比较可以确定出是否对候选节点集合进行优化调整，这样如果在不需要调整的情况下，可以直接利用源节点直接到目的节点的链路，提高传输效率。

本发明实施例还提供一种处理设备，处理设备包括存储器和处理器，存储器中存储有一个或多个程序，处理器执行一个或多个程序时实现上述节点选择方法。

本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质中存储有计算机程序代码，计算机程序代码执行时实现上述节点选择方法。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。