一种分布式机会性中继的网络数据传输方法

摘要

本发明涉及一种分布式机会性中继的网络数据传输方法，属于无线网络数据传输技术领域。在双向的无线网络传输中，多个候选的中继节点通过分布式的选举计数，选出一个中继节点参与协作，由源节点决定采用直接传输的方式或中继传输的方式，在满足系统的服务质量同时降低功耗。中继节点判决是否转发数据，并计算出其优化的发射功率，将来自多个源节点的数据进行网络编码后，同时发送至多个目的节点。各目的节点在接收端用最大似然的方法和最大比合并的方法接收数据，解码出接收信息。本发明在只有部分的信道状态信息情况下，通过分布式控制机制，对中继节点的选取、网络编码和功率分配进行联合优化，能有效地应用于能量有效的双向传输的无线网络。

主权项

1.一种分布式机会性中继的网络数据传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)处于网络中两跳内的第一源节点向所有候选中继节点和第二源节点发送联络信息，第二源节点向所有候选中继节点和第一源节点发送联络信息；(2)上述候选中继节点对接收的来自第一源节点的联络信息进行信道估计，获取信道幅度{|h_1i|²，i＝1，...，M}，上述候选中继节点对接收的来自第二源节点的联络信息进行信道估计，获取信道幅度{|h_2i|²，i＝1，...，M}，其中M为候选中继节点数，第一源节点对接收的来自第二源节点的联络信息进行信道估计，第二源节点对接收的来自第一源节点的联络信息进行信道估计，分别获取信道幅度{|h₀|²}；(3)每个候选中继节点分别对来自上述两个源节点的信道幅度进行比较，取最小幅度值进行选举计数，使具有最小幅度值中的幅度值最大的候选中继节点R最先完成计数，最先完成计数的候选中继节点R告知其它节点本节点将参与数据传输协作，其它候选中继节点放弃数据传输协作；(4)设处于网络中两跳内的第一源节点和第二源节点之间的信道幅度方差为1/β₀，第一源节点与第i个候选中继节点之间的信道幅度方差为1/β_1i，第二源节点与第i个候选中继节点之间的信道幅度方差为1/β_2i，上述中继节点R与第一源节点之间的信道幅度为|h_1R|²，上述中继节点R与第二源节点之间的信道幅度为|h_2R|²，|h_1R|²与|h_2R|²间的最小值A_R的累积分布函数为各节点的接收信噪比SNR_i和数据传输的中断概率ρ为已知网络参数，若中继节点R同时满足以下条件1)和条件2)则使中继节点R参与数据传输，网络传输成为中继传输方式：$P_{S1}+{\int }_{\gamma }^{\infty }\frac{{({\mathrm{SNR}}_i-P_{S1}{\left|h_0\right|}^2)}^{+}}{x}{f}_{A_R}\left(x\right)\mathrm{dx}\le \frac{{\mathrm{SNR}}_i}{{\left|h_0\right|}^2},---1)$$P_{S2}+{\int }_{\gamma }^{\infty }\frac{{({\mathrm{SNR}}_i-P_{S2}{\left|h_0\right|}^2)}^{+}}{x}{f}_{A_R}\left(x\right)\mathrm{dx}\le \frac{{\mathrm{SNR}}_i}{{\left|h_0\right|}^2},---2)$其中是上述的关于A_R求导获得的函数，(·)⁺＝max(0，·)，第一源节点发射功率P_S1为第二源节点发射功率P_S2为γ为中继节点R的转发门限值；若中继节点R不满足条件1)或条件2)，则执行步骤(12)；(5)第一源节点和第二源节点分别计算出中继节点R的转发门限为γ₁和γ₂，γ₁和γ₂的计算通式为：根据得到γ的取值范围为根据γ的取值范围，使成立的γ值，即为中继节点R的转发门限γ，其中，β_min＝min{β_i，i＝1，...，M}，β_max＝max{β_i，i＝1，...，M}，得到γ₁和γ₂；(6)第一源节点和第二源节点分别将上述计算出的发射功率和转发门限告知中继节点R；(7)在网络协议第一数据传输阶段，第一源节点在发送数据中加入校验码，并将数据发送至中继节点R和第二源节点，在网络协议第二数据传输阶段，第二源节点在发送数据中加入校验码，并将数据发送至中继节点R和第一源节点；(8)中继节点R从上述接收的两个转发门限γ₁和γ₂中选取最大的门限值作为转发门限值γ，当γ≤min{|h_1R|²，|h_2R|²}时，中继节点R将第一源节点的数据和第二源节点的数据进行网络编码；当γ＞min{|h_1R|²，|h_2R|²}时，执行步骤(1)；(9)计算中继节点R的发射功率P_R，计算方法为：当|h_1R|²≥|h_2R|²时，P_R＝(SNR_i-P_S1|h_1R|²)+/|h_2R|²；当|h_1R|²＜|h_2R|²时，P_R＝(SNR_i-P_S2|h_2R|²)+/|h_1R|²；(10)在网络协议第三传输阶段，中继节点R以发射功率P_R将上述网络编码的数据同时发送给第一源节点和第二源节点；(11)第一源节点和第二源节点将中继节点R转发的数据进行最大似然解码后，与从直接链路接收的数据进行最大比合并，执行步骤(13)；(12)在网络协议第一传输阶段，第一源节点以发射功率向第二源节点发送数据；在网络协议第二传输阶段，第二源节点以发射功率向第一源节点发送数据；(13)第一源节点、第二源节点分别输出接收到的信息。