CN104507144B - 无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法 - Google Patents

无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104507144B
CN104507144B CN201510009196.5A CN201510009196A CN104507144B CN 104507144 B CN104507144 B CN 104507144B CN 201510009196 A CN201510009196 A CN 201510009196A CN 104507144 B CN104507144 B CN 104507144B
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
mrow
via node
energy
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510009196.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104507144A (zh
Inventor
柴蓉
赵娜
孙晓
陈前斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University of Post and Telecommunications
Original Assignee
Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University of Post and Telecommunications filed Critical Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority to CN201510009196.5A priority Critical patent/CN104507144B/zh
Publication of CN104507144A publication Critical patent/CN104507144A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104507144B publication Critical patent/CN104507144B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W48/00—Access restriction; Network selection; Access point selection
    • H04W48/20—Selecting an access point
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
    • H04W72/541—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria using the level of interference
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

本发明涉及一种无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法，属于无线通信技术领域。包括以下步骤：S1：定义节点子信道分配标识S2：建模中继能量采集功率函数pH,m；S3：建模联合能效函数η；S4：建模源节点能效函数S5：建模中继节点能效函数S6：根据总能效最大化准则联合优化确定中继选择、源节点、中继节点功率、子信道分配以及能量采集策略。本方法建模源节点、中继节点联合能效函数，基于总能效最大化准则，实现源节点和中继节点发送功率、子信道优化分配、中继节点选择及中继节点能量采集策略联合优化设计，在保障用户QoS需求的同时，实现了网络能效优化。

Description

无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法。
背景技术
近年来，通信技术的快速发展及能源消耗问题的日益严峻，迫切需要整合通信技术与能源技术现有研究成果，推陈出新，在既满足人们对高效可靠信息交互的需求的同时，又能够有效应对能源和频谱短缺的压力。在这种社会背景下，无线携能通信应运而生，该技术融合通信技术及输电技术，旨在实现信息与能量的并行传输，即在现有无线供电技术的基础上，通过前沿技术手段，在传输信息的同时实现能量收集，从而可有效利用能量资源，缓解通信设备能耗敏感问题,具有重要的实际意义。
无线通信网络中引入中继通信技术可有效提高系统容量和数据传输质量。无线携能中继网络中具有能量采集功能的中继节点在接收、转发源节点信息的同时实现能量采集，可实现网络性能增强及系统能效的提高。无线携能中继网络中如何综合考虑链路特性、中继节点能量采集机制以及节点业务需求，实现优化子信道、功率分配、中继节点选择以及能量采集策略选择是亟待解决的问题。
目前已有研究考虑无线携能中继网络的中继选择方法及资源分配方法，如文献[Diomidis S.Michalopoulos,Himal A.Suraweera,Robert Schober,SimultaneousInformation Transmission and Wireless Energy Transfer via Selecting one outofTwo Relays,Control and Signal Processing (ISCCSP),May 2014.]中提出了一种能量传输限制下的最佳中继选择方法以及基于信道状态信息的次优中继选择算法。
文献[Zhiguo Ding,Samir M.Perlaza,InakiEsnaola,H.Vincent Poor,Simultaneous Information and Power Transfer in Wireless Cooperative Networks,International Conference on Communications and Networkding in China(Chinacom),2013]考虑中继协作网络的功率分配方法，提出一种基于网络吞吐量最大化的多对源-目的节点对的优化功率分配。
现有研究大多以网络吞吐量最大化为优化目标，未考虑用户设备能耗，可能造成能效较低，对于能耗敏感终端设备，其业务体验将受到较严重影响；另外，现有研究较为孤立地考虑无线携能中继网络中的资源分配和中继选择的问题，未综合考虑多因素的联合优化，难以实现网络整体性能优化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法，该方法可有效实现中继选择策略、源节点、中继节点功率及信道分配以及中继节点能量采集策略的联合优化，在保障用户QoS需求的同时实现网络能效最大化。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
无线携能中继网络存在多对源-目的节点对以及多个中继节点。节点数据传输过程包括两个阶段，第一阶段，源节点占用子信道向中继节点发送信息，中继节点在接收源节点所发送信息的同时实现能量采集；第二阶段，中继节点占用子信道向对应目的节点转发信息。
本发明提供的方法如下：建模源节点和中继节点联合能效，基于总能效最大化准则联合优化确定源节点、中继节点发送功率、子信道分配、中继节点选择以及中继节点能量采集策略。
具体来说，包括以下步骤：
S1：定义节点子信道分配标识S2：建模中继能量采集功率函数pH,m；S3：建模联合能效函数η；S4：建模源节点能效函数S5：建模中继节点能效函数S6：根据总能效最大化准则联合优化确定中继选择、源节点、中继节点功率、子信道分配以及能量采集策略。
进一步，对于某源-目的节点对，源节点发送数据至中继节点与中继节点转发数据至对应目的节点占用相同子信道，建模节点子信道分配标识：
1≤i≤N,1≤m≤M,1≤k≤K，其中N为源-目的节点对数目，M为中继节点数目，K为子信道数目，表示源节点i占用子信道k向中继节点m发送信息，表示源节点i未占用子信道k向中继节点m发送信息，应满足条件：
1≤i≤N，1≤k≤K；
1≤m≤M，1≤k≤K；
1≤i≤N，1≤m≤M。
进一步，中继节点在接收转发源节点所发送信息的同时执行能量采集，令δm为中继节点m的能量采集效率，ρm为中继m进行能量采集的功率分流比例，中继节点m所采集的能量为其中，为源节点i占用信道k向中继节点m传输数据时采用的发送功率，为对应链路增益，T为源节点到目的节点的总传输时间，中继节点m对应采集能量的功率为
进一步，建模源节点和中继节点联合能效为其中，为源节点i的能效，为中继节点m的能效。
进一步，建模其中，为源节点i的发送功率， 为源节点i的传输速率，其中，为源节点i占用信道k向中继节点m的传输速率，其中，B为子信道带宽，为对应链路信噪比，其中σ2为高斯白噪声方差。
进一步，其中，为中继节点m的传输速率， 为中继节点m占用信道k向目的节点i传输数据速率，为对应链路信噪比，其中，为中继节点m占用信道k向目的节点i传输数据的发送功率，为对应链路的信道增益，为中继节点m的能耗，
本发明的有益效果在于：本发明提出的基于网络联合能效优化的中继选择及资源分配方法，建模源节点、中继节点联合能效函数，基于总能效最大化准则，实现源节点和中继节点发送功率、子信道优化分配、中继节点选择及中继节点能量采集策略联合优化设计，在保障用户QoS需求的同时，实现了网络能效优化。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为无线携能中继网络模型图；
图2为无线携能中继接收机结构图；
图3为本发明所述方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为无线携能中继网络模型图，如图所示，假设网络覆盖区域内存在N个源-目的节点对和M个中继节点，网络中存在K个子信道，且每个子信道带宽均相等，每个源-目的节点对可占用同一个子信道和中继节点通信。
图2为中继节点接收机结构图，中继节点接收到源节点发送信息，采用动态功率分配方式采集存储能量，令ρm为中继节点m执行能量采集的功率分流比例。
图3为本发明提出的基于网络能效优化的无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法流程图，具体包括：
S1：定义节点子信道分配标识。对于某源-目的节点对，源节点发送数据至中继节点与中继节点转发数据至对应目的节点占用相同子信道，定义节点子信道分配标识1≤i≤N，1≤m≤M，1≤k≤K，表示源节点i占用子信道k向中继节点m发送信息，表示源节点i未占用子信道k向中继节点m发送信息。应满足：
1≤i≤N，1≤k≤K；
1≤m≤M，1≤k≤K；
1≤i≤N，1≤m≤M。
S2：建模中继节点能量采集功率函数。中继节点在接收源节点所发送信息的同时以动态功率分配方式执行能量采集，中继节点m所采集的能量为：
其中，δm为中继节点m的能量采集效率，为源节点i占用信道k向中继节点m传输数据时采用的发送功率，为对应链路增益，T为源节点到目的节点的总传输时间，中继节点m所采集能量的功率为：
S3：建模源节点、中继节点联合能效函数。建模源节点和中继节点联合能效为其中，为源节点i的能效，为中继节点m的能效。
S4：建模源节点能效函数建模其中为源节点i的传输速率，其中，为源节点i占用信道k向中继节点m传输信息的速率，其中，B为子信道带宽，为对应链路信噪比，σ2为信道噪声方差，为源节点i的发送功率，
S5：建模中继节点能效函数建模其中，中继节点m的传输速率，其中，为中继节点m占用信道k向目的节点i传输数据速率，其中，为对应链路信噪比，其中，为中继节点m占用信道k向目的节点i传输数据的发送功率，为对应链路的信道增益，为中继节点m的能耗，
S6：根据总能效最大化准则联合优化确定源节点、中继节点发送功率、子信道分配、中继节点选择以及中继节点能量采集策略
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法，其特征在于：在该方法中，建模源节点及中继节点联合能效，基于总能效最大化准则联合优化确定中继节点选择、源节点、中继节点发送功率、子信道分配以及中继节点能量采集策略；
具体包括以下步骤：
S1：定义节点子信道分配标识
S2：建模中继能量采集功率函数pH,m；
S3：建模联合能效函数η；
S4：建模源节点能效函数
S5：建模中继节点能效函数
S6：根据总能效最大化准则联合优化确定中继选择、源节点、中继节点功率、子信道分配以及能量采集策略；
对于某源-目的节点对，源节点发送数据至中继节点与中继节点转发数据至对应目的节点占用相同子信道，建模节点子信道分配标识：
1≤i≤N,1≤m≤M,1≤k≤K，其中N为源-目的节点对数目，M为中继节点数目，K为子信道数目，表示源节点i占用子信道k向中继节点m发送信息，表示源节点i未占用子信道k向中继节点m发送信息，应满足条件：
<mrow> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>&amp;beta;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;le;</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>i</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mi>N</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>k</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mi>K</mi> <mo>;</mo> </mrow>
<mrow> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>&amp;beta;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;le;</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>m</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mi>M</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>k</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mi>K</mi> <mo>;</mo> </mrow>
<mrow> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>K</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>&amp;beta;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;le;</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>i</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mi>N</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>m</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mi>M</mi> <mo>;</mo> </mrow>
中继节点在接收转发源节点所发送信息的同时执行能量采集，令δm为中继节点m的能量采集效率，ρm为中继m进行能量采集的功率分流比例，中继节点m所采集的能量为其中，为源节点i占用信道k向中继节点m传输数据时采用的发送功率，为对应链路增益，T为源节点到目的节点的总传输时间，中继节点m对应采集能量的功率为
建模源节点和中继节点联合能效为其中，为源节点i的能效，为中继节点m的能效。
2.根据权利要求1所述的一种无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法，其特征在于：建模其中，为源节点i的发送功率，为源节点i的传输速率，其中，为源节点i占用信道k向中继节点m的传输速率，其中，B为子信道带宽，为对应链路信噪比，其中σ2为高斯白噪声方差。
3.根据权利要求1所述的一种无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法，其特征在于：其中，为中继节点m的传输速率， 为中继节点m占用信道k向目的节点i传输数据速率， 为对应链路信噪比，其中，为中继节点m占用信道k向目的节点i传输数据的发送功率，为对应链路的信道增益，为中继节点m的能耗，
CN201510009196.5A 2015-01-08 2015-01-08 无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法 Active CN104507144B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510009196.5A CN104507144B (zh) 2015-01-08 2015-01-08 无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510009196.5A CN104507144B (zh) 2015-01-08 2015-01-08 无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104507144A CN104507144A (zh) 2015-04-08
CN104507144B true CN104507144B (zh) 2017-11-10

Family

ID=52948844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510009196.5A Active CN104507144B (zh) 2015-01-08 2015-01-08 无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104507144B (zh)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105025547A (zh) * 2015-07-17 2015-11-04 广州大学 能量采集节点网络的中继选择和功率分配方法
CN105163267B (zh) * 2015-09-15 2018-10-19 桂林电子科技大学 一种无线供能的终端直接通信方法
CN105451343B (zh) * 2015-11-24 2018-11-23 南京邮电大学 一种基于能量采集的多中继网络资源分配方法
CN105554832A (zh) * 2015-12-16 2016-05-04 山东大学 一种双中继节点交替能量收集和信息中继的协作通信系统及其通信方法
CN105517097B (zh) * 2015-12-21 2019-05-21 东南大学 一种基于接收能量最大化的携能通信系统双向中继选择方法
CN106304305A (zh) * 2016-08-12 2017-01-04 梁广俊 协作物联网能量采集节点的功率控制方法
CN106912059B (zh) * 2017-03-09 2020-01-17 重庆邮电大学 支持互信息积累的认知中继网络联合中继选择及资源分配方法
CN107171701B (zh) * 2017-04-19 2020-06-30 西安电子科技大学 一种MassiveMIMO系统基于混合能量采集的功率分配方法
CN108495337B (zh) * 2018-01-23 2020-06-19 华南理工大学 基于noma的无线携能通信系统最大安全速率优化方法
CN108811023B (zh) * 2018-05-04 2020-06-19 华南理工大学 一种基于萤火虫算法的swipt协作通信系统中继选择方法
CN108988920B (zh) * 2018-08-29 2019-10-15 四川大学 收发机联合优化方法及装置
CN109275153B (zh) * 2018-11-08 2021-08-20 国网新疆电力有限公司信息通信公司 多跳放大转发中继无线携能通信系统的协议混合方法
CN109640371B (zh) * 2018-12-05 2020-10-20 深圳大学 一种基于反向散射传输的无线携能中继通信方法和网络
CN110337111B (zh) * 2019-04-17 2020-07-10 北京科技大学 一种无线通信网络功率分配方法
CN110167204B (zh) * 2019-05-08 2020-05-19 燕山大学 一种基于ms-bas算法的中继传输策略选择和功率分配方法
CN110972310B (zh) * 2019-11-22 2023-04-18 浙江工业大学 一种无线携能通信网络中最小化上下行链路传输时间方法
CN111132299B (zh) * 2019-12-06 2021-06-29 中山大学 中继系统的资源分配方法和装置
CN111629420A (zh) * 2020-04-27 2020-09-04 扬州大学 适用于hdaf中继系统的传输方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012090258A (ja) * 2010-08-30 2012-05-10 Ntt Docomo Inc ネットワークレートを割り当てる方法及び装置
CN103298084A (zh) * 2013-05-17 2013-09-11 山东大学 一种基于能效准则的协作多中继选择与功率分配方法
CN103997740A (zh) * 2014-04-30 2014-08-20 重庆邮电大学 基于效用优化的认知协作网络联合资源分配方法
CN104185292A (zh) * 2014-08-31 2014-12-03 电子科技大学 一种能量效率最大化的数据包调度方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012090258A (ja) * 2010-08-30 2012-05-10 Ntt Docomo Inc ネットワークレートを割り当てる方法及び装置
CN103298084A (zh) * 2013-05-17 2013-09-11 山东大学 一种基于能效准则的协作多中继选择与功率分配方法
CN103997740A (zh) * 2014-04-30 2014-08-20 重庆邮电大学 基于效用优化的认知协作网络联合资源分配方法
CN104185292A (zh) * 2014-08-31 2014-12-03 电子科技大学 一种能量效率最大化的数据包调度方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104507144A (zh) 2015-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104507144B (zh) 无线携能中继网络联合中继选择及资源分配方法
CN104796918B (zh) 无线通信组网的方法
CN108494824B (zh) 一种用于物联网的网络架构和组网方法
CN104284407B (zh) 嵌入d2d的蜂窝网络中基于全双工中继的功率控制方法
CN103596251B (zh) 一种采用可再生能源供电及节能方式的中继通信系统
CN103997740B (zh) 基于效用优化的认知协作网络联合资源分配方法
CN101013912B (zh) 集中式无线多跳接入网的功率控制方法
CN105722016B (zh) 分层m2m网络中网关和终端发射功率的协同控制方法
CN104320796A (zh) 基于leach协议的无线传感器网络数据传输方法
CN103826295B (zh) 一种适用于双向中继系统的资源优化算法
CN109067488B (zh) 基于能量累积的信息与能量双向传输系统性能的优化方法
CN105025547A (zh) 能量采集节点网络的中继选择和功率分配方法
CN104301984A (zh) D2d蜂窝网络中基于时域半双工中继的功率控制方法
CN104954970B (zh) 一种d2d的资源分配的方法及系统
CN108112084A (zh) 一种蜂窝d2d通信系统中联合模式选择和资源分配方法
Kabalcı et al. Emerging LPWAN technologies for smart environments: An outlook
CN101635974B (zh) 自组织认知无线网络路由选择方法
CN101291169A (zh) 无线中继站的选择方法
Luo et al. Optimal joint water-filling for coordinated transmission over frequency-selective fading channels
CN105898807A (zh) 一种在超密集网络下的联合接入点选择和资源分配的自治愈方法
CN107426792A (zh) 一种目的用户加扰的功分能量采集中继安全传输方案
CN108200581A (zh) 选择性用户合作的无线供电通信网络中多用户资源分配方法
CN108174448B (zh) 蜂窝d2d通信的资源分配方法
CN101404530A (zh) Af协作通信系统中降低误符号率的功率分配方法
CN104683986A (zh) 嵌入d2d的蜂窝网络中基于协作中继的正交资源共享方案

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant