一种基于中继选择的能量采集中继系统时间优化分配方法

摘要

本发明针对具有能量采集功能的多中继系统，提出一种基于中继选择的时间优化分配方法。该方法中的多个中继节点都工作在无线能量传输(WET)的能量采集模式下，基于能量因果性和数据因果性的限制，构建了系统端到端吞吐量最大化的优化模型，采用分支定界法对每一个时隙所使用的中继节点进行选择。针对中继节点对剩余能量的不同使用情况，分别采用单纯形法和独立求解法对每个时隙中源节点和中继节点的传输时间进行优化分配，以提高目的节点接收到的数据量。本发明实现了多中继协作时中继节点与传输时隙的配对，以及源节点和中继节点传输时间的优化分配，能够有效提升系统吞吐量性能，且具有节省能耗开销的优点。

主权项

一种基于中继选择的能量采集中继系统时间优化分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)初始化：帧长时间T，一帧包含N个时隙，每个时隙持续时间为T_C，K为参与协作的具有能量采集功能的中继节点数，N≥K，即时隙数不少于中继节点个数，令中继节点序号i＝1，时隙序号j＝1；2)计算第i个中继节点在第j个时隙从源节点处获取的功率其中0＜η≤1表示能量转换系数，P_S为源节点S的发送功率，为在第j个时隙源节点与第i个中继节点之间的信道增益；3)j＝j+1，判断j是否大于时隙数N，若小于，转到步骤2)；否则令i＝i+1，判断i是否大于中继节点数K，若小于，重置j＝1，转到步骤2)；否则转到步骤4)；4)定义一个K×N维的二元决策矩阵X＝[x_i,j]_K×N，并对其进行初始化，以系统端到端吞吐量最大化为优化目标，考虑中继节点的能量因果性限制，运用分支定界法求解得到最优决策矩阵X*，其中x_i,j＝1表示第i个中继节点和第j个时隙进行配对，x_i,j＝0表示第i个中继节点不和第j个时隙进行配对，配对是指在第j个时隙，仅选择中继节点i进行信息的转发；5)重置中继节点序号i＝1，时隙序号j＝1；6)若最优决策矩阵元素x_i,j＝1，则将该时隙序号j记入第i个中继节点的时隙配对集合中，并转到步骤7)；若矩阵元素x_i,j＝0，转到步骤8)；7)计算第i个中继节点在第j个时隙的最优传输时间其中为源节点与第i个中继节点之间在第j个时隙的传输速率，为第i个中继节点和目的节点之间在第j个时隙的传输速率，为第i个中继节点在第j个时隙采集到的功率，Λ_i,j‑1表示第i个中继节点在第j个时隙之前被选中时隙结束时的剩余能量，若第j个时隙是第i个中继节点被选中的第一个时隙， 则Λ_i,j‑1＝0；源节点在第j个时隙的最优传输时间可以根据公式求解得到；8)j＝j+1，判断j是否大于时隙数N，若小于，转到步骤6)；否则令i＝i+1，判断i是否大于中继节点数K，若小于，重置j＝1，转到步骤6)；否则源节点和中继节点的传输时间优化分配流程结束。