一种用于能量采集无线网络的中继选择方法

摘要

本发明公开了一种用于能量采集无线网络的中继选择方法，在获取时根据能量采集的限制条件，构造使中断概率最小的目标函数；同时提出一种启发式的动态功率分配和相应的中继选择方法对目标函数进行求解，在求解时，通过将信号在中继节点处获取的能量进行动态化，从而得到精确的能量采集无线网络的最小中断概率。

主权项

1.一种用于能量采集无线网络的中继选择方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设能量采集无线网络包括源节点S、终端节点D及N个中继节点，信号在能量采集无线网络中进行了T次传输，则信号每次传输的过程可分为两个阶段，第一个阶段为源节点S产生T个功率均为P_s的信号，并将所述信号转发至所有中继节点处，第二个阶段为最优中继节点R_n(t)接收所述信号，并将所述信号转发至终端节点D处；2)信号在第t次传输过程中，第一个阶段中信道的衰落系数为第二个阶段中信道的衰落系数为其中，t＝1，...，T，h_nd(t)及h_sn(t)为关于t的已知向量，及为已知方差，则信号第t次传输过程中选择的最优中继节点为$R_n^{*}\left(t\right)=\arg \underset{R_n}{\max }\min \{{\gamma }_{\mathrm{sn}}\left(t\right),{\gamma }_{\mathrm{nd}}\left(t\right)\}---\left(1\right)$其中，r_sn(t)是中继节点R_n(t)的接收信噪比，r_nd(t)为终端节点D的接收信噪比，且γ_sn(t)：＝P_s|h_sn(t)|²/N₀，γ_nd(t)：＝P_n(t)|h_nd(t)|²/N₀，P_n(t)是信号第t次传输过程中中继节点R_n的发射功率，N₀是噪声方差；由式(1)得信号第t次传输过程中的中断概率为$\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{out}}\left(t\right)=\mathrm{Pr}\{R<\frac{1}{2}\log (1+\underset{R_n}{\max }\min \{{\gamma }_{\mathrm{sn}}\left(t\right),{\gamma }_{\mathrm{nd}}\left(t\right)\left\}\right)\}\\ =\underset{n=1}{\overset{N}{\Pi }}\{1-\exp [{-2}^{2R-1}(\frac{1}{P_s{\sigma }_{\mathrm{sn}}^2}+\frac{1}{P_n\left(t\right){\sigma }_{\mathrm{nd}}^2})\left]\right\}\end{array}---\left(2\right)$其中R为信号的传输速率；由式(2)得信号在T次传输过程中的最小中断概率为$\min \underset{n=1}{\overset{N}{\Pi }}\underset{t=1}{\overset{T}{\Pi }}(\frac{1}{P_s{\sigma }_{\mathrm{sn}}^2}+\frac{1}{P_n\left(t\right){\sigma }_{\mathrm{nd}}^2})---\left(11\right)$将式(11)分解为N个子目标函数，且每个子目标函数为$\min \underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}\frac{1}{e_n\left(t\right)}---\left(12\right)$其中，$e_n\left(t\right)=\max \{e_{\max },\min (\frac{E_{\mathrm{rsdl}}\left(t\right)}{T-t+1}+N{\Delta }_n,E_{\mathrm{rsdl}}\left(t\right))\},$E_rsdl(1)＝E₀，E_rsdl(t)为中继节点R_n发射信号前的剩余能量，Δ_n为信号在中继节点R_n处采集的能量，Δ_n是关于t的函数，且Δ_n是动态变化的，e_max是中继节点R_n在每次信号传输中的最大损耗能量，E₀是中继节点R_n的初始能量，E_max是中继节点R_n的最大能量存储容量，e_n(t)为信号第t次传输过程中在中继节点R_n处的损耗能量；将式(12)带入到式(11)中，得T次传输过程中的最小中断概率，然后根据最小中断概率进行中继节点的选择。