一种电池供电中继节点的选择方法技术

本发明专利技术公开了一种电池供电中继节点的选择方法，所述方法分别按照链路信噪比和节点剩余电量情况筛选候选中继节点，从提高系统的频谱效率和考虑节点能耗公平以及提升用户体验满意度出发，在传输效率与网络生命时间之间取得平衡，在延长网络生命周期的同时保障了数据传输速率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动通信
，具体涉及协作通信系统中电池供电中继节点的选择方法。
技术介绍
协作通信利用多个单天线节点组成一个虚拟的MIMO系统，由于中继节点的加入，移动台可以选择不同的中继节点进行数据的转发，以提高频谱效率和扩大网络覆盖范围，因此如何选择协作中继节点是一个首要解决的问题。按节点选择的个数可分为单中继和多中继，单中继比多中继有更高的频谱利用率，但由于只选择一个中继节点参与协作，低信噪比下使得系统的中断概率比多中继大。衡量中继选择性能的指标通常包括容量和中断概率，容量在某种程度上可以用最大数据速率来衡量。已有的中继选择算法通常考虑选择信道条件最好的中继链路传输，但这样会带来一些实际的问题，如当中继设备为电池供电设备时，选中的中继设备能量将会被快速消耗。这是由于中继选择没有考虑公平性，中继的非公平性选择导致中继设备负荷的不平衡，增大了系统资源调度的难度和系统复杂度；同时，对于有电池储能的中继设备参与的协作通信网络，将降低网络的生命时间，对于保障网络性能是十分不利的。
技术实现思路
基于以上原因，根据用户对数据速率的不同需求，从提高系统的频谱效率和考虑节点能耗公平以及提升用户体验满意度出发，寻求一种在传输效率与网络生命时间之间取得平衡的多中继选择方法，是本专利技术的目的所在。本专利技术提供一种分别按照信噪比和节点剩余电量情况筛选候选中继节点，在延长网络生命时间的同时保障数据传输速率的中继选择方法。本专利技术的具体技术方案如下：定义至少由1个源节点、M个电池供电的中继节点和1个目的节点构建系统网络，主要包括以下步骤：步骤一.根据γ1i和γ2i确定初步候选中继节点集合；其中：γ1i和γ2i分别为大于相应设定的信噪比门限的源节点到中继节点i链路、中继节点i到目的节点链路的信噪比；i＝1,2，···，L；L为初步候选中继节点的数目，L≤M。步骤二.在初步候选中继节点集合中选取的节点为候选中继节点，这些候选中继节点的集合表示为Scandi；其中Wi为初步候选中继节点i在中继选择时刻的剩余能量；WS为所有初步候选中继节点在中继选择时刻的总剩余能量，即Pi为中继选择时刻采用注水功率分配算法分配给初步候选中继节点i的功率；PS为所有初步候选中继节点在中继选择时刻分配的功率之和，即步骤三.将γ2i按照从大到小的顺序进行排序，得到排列后的信噪比序列γ2i,p；i＝1,2，···，N；N为候选中继节点的数目。令以及S＝log2(1+γeq)；接着执行以下过程：(1)令k＝1，计算S＝log2(1+γeq)，若S≥Sobj，选择γ21,p对应的中继节点转发数据；否则，转下步(2)；其中Sobj为系统目标数据速率设定值。(2)令k＝2，计算S＝log2(1+γeq)，若S≥Sobj，选择γ21,p和γ22,p对应的中继节点转发数据；否则，转下步(3)。(3)令k＝3，计算S＝log2(1+γeq)，若S≥Sobj，选择γ21,p、γ22,p和γ23,p对应的中继节点转发数据；否则，转下步(4)。(4)依次类推，直到S≥Sobj或者k＝N。本专利技术的有益效果：(1)在多中继选择中既考虑了数据传输速率，又兼顾了网络生命时间，在保证数据传输速率的情况下提升了网络生命周期。(2)在考虑网络生命周期的时候，不仅考虑了电池的剩余电量，同时考虑了注水功率分配算法对网络生命周期的影响，克服了已有算法仅仅考虑电池剩余电量的缺陷。具体实施方式下面以1个源节点、M个电池供电的中继节点和1个目的节点构建的系统网络为例，进一步描述本专利技术的技术方案以及模拟选择示范步骤。一次协作传输分成两个时隙，在第一个时隙内，源节点向目的节点和所有中继节点传输数据，在第二个时隙内，所选的中继节点向目的节点传输数据，目的节点采用最大比合并技术(MRC：MaximalRationCombining)合并接收信号。假设源节点与目的节点之间的信道状态很差，目的节点无法正确解调来自源节点的信号，因此忽略源节点到目的节点之间的直接链路。假设γ1i和γ2i分别为源节点到中继节点i链路、中继节点i到目的节点链路的信号信噪比。步骤一.根据γ1i和γ2i确定初步候选中继节点集合；其中：γ1i和γ2i分别为大于相应设定的信噪比门限的源节点到中继节点i链路、中继节点i到目的节点链路的信噪比；i＝1,2，···，L；L为初步候选中继节点的数目，L≤M；具体设定方法为现有成果，此处不再赘述。步骤二.在初步候选中继节点集合中选取的节点为候选中继节点，这些候选中继节点的集合表示为Scandi；其中Wi为初步候选中继节点i在中继选择时刻的剩余能量；WS为所有初步候选中继节点在中继选择时刻的总剩余能量，即Pi为中继选择时刻采用注水功率分配算法分配给初步候选中继节点i的功率；PS为所有初步候选中继节点在中继选择时刻分配的功率之和，即步骤三.将γ2i按照从大到小的顺序进行排序，得到排列后的信噪比序列γ2i,p；i＝1,2，···，N；N为候选中继节点的数目。令以及S＝log2(1+γeq)；接着执行以下过程：(1)令k＝1，计算S＝log2(1+γeq)，若S≥Sobj，选择γ21,p对应的中继节点转发数据；否则，转下步(2)；其中Sobj为系统目标数据速率设定值。(2)令k＝2，计算S＝log2(1+γeq)，若S≥Sobj，选择γ21,p和γ22,p对应的中继节点转发数据；否则，转下步(3)。(3)令k＝3，计算S＝log2(1+γeq)，若S≥Sobj，选择γ21,p、γ22,p和γ23,p对应的中继节点转发数据；否则，转下步(4)。(4)依次类推，直到S≥Sobj或者k＝N。本专利技术并不限于仅由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点组网，本领域技术人员都能轻易根据本专利技术扩展应用于多点数据传输。模拟选择示范步骤：协作通信系统模型由1个源节点、1个目的节点和5个中继节点构成，协作传输分成两个时隙，在第一个时隙内，源节点向目的节点和所有中继节点传输数据，在第二个时隙内，所选的中继节点向目的节点传输数据，目的节点采用最大比合并技术合并接收信号。假设源节点与目的节点之间的信道状态很差，目的节点无法正确解调来自源节点的信号，因此忽略源节点到目的节点之间的链路。步骤一：经测量估计得到各中继链路(包括源节点-中继节点链路和中继节点-目的节点链路)上的即时信噪比分别为γ11＝101.6，γ12＝101.8，γ13＝101.3，γ14＝101.5，γ15＝101.8，γ21＝101.5，γ22＝101.7，γ23＝101.2，γ24＝101.5，γ25＝101.8，设定源节点到中继节点链路的信噪比门限为0.98，中继节点到目的节点链路的信噪比门限为0.95，判断初步候选中继集合Θ＝{1,2,3,4,5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池供电中继节点的选择方法，至少由1个源节点、M个电池供电的中继节点和1个目的节点构建系统网络，其特征在于：所述方法主要包括以下步骤：步骤一.根据γ1i和γ2i确定初步候选中继节点集合；其中：γ1i和γ2i分别为大于相应设定的信噪比门限的源节点到中继节点i链路、中继节点i到目的节点链路的信噪比；i＝1,2，…，L；L为初步候选中继节点的数目，L≤M；步骤二.在初步候选中继节点集合中选取的节点为候选中继节点；其中Wi为初步候选中继节点i在中继选择时刻的剩余能量；WS为所有初步候选中继节点在中继选择时刻的总剩余能量，即Pi为中继选择时刻采用注水功率分配算法分配给初步候选中继节点i的功率；PS为所有初步候选中继节点在中继选择时刻分配的功率之和，即步骤三.将γ2i按照从大到小的顺序进行排序，得到排列后的信噪比序列γ2i,p；i＝1,2，…，N；N为候选中继节点的数目；令k≤N，以及S＝log2(1+γeq)；接着执行以下过程：(1)令k＝1，计算S＝log2(1+γeq)，若S≥Sobj，选择γ21,p对应的中继节点转发数据；否则，转下步(2)；其中Sobj为系统目标数据速率设定值；(2)令k＝2，计算S＝log2(1+γeq)，若S≥Sobj，选择γ21,p和γ22,p对应的中继节点转发数据；否则，转下步(3)；(3)令k＝3，计算S＝log2(1+γeq)，若S≥Sobj，选择γ21,p、γ22,p和γ23,p对应的中继节点转发数据；否则，转下步(4)；(4)依次类推，直到S≥Sobj或者k＝N。...

【技术特征摘要】
1.一种电池供电中继节点的选择方法，至少由1个源节点、M个电池供电的中继节点和1个目的节点构建系统网络，其特征在于：所述方法主要包括以下步骤：步骤一.根据γ1i和γ2i确定初步候选中继节点集合；其中：γ1i和γ2i分别为大于相应设定的信噪比门限的源节点到中继节点i链路、中继节点i到目的节点链路的信噪比；i＝1,2，…，L；L为初步候选中继节点的数目，L≤M；步骤二.在初步候选中继节点集合中选取的节点为候选中继节点；其中Wi为初步候选中继节点i在中继选择时刻的剩余能量；WS为所有初步候选中继节点在中继选择时刻的总剩余能量，即Pi为中继选择时刻采用注水功率分配算法分配给初步候选中继节点i的功率；PS为所有初步候选中继节点在中继选择时刻分配的功率之和，即步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：何花，肖琨，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西;45