CN104735796A - 一种无线通信网络中多源单中继系统的协作中继策略 - Google Patents
一种无线通信网络中多源单中继系统的协作中继策略 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104735796A CN104735796A CN201510157793.2A CN201510157793A CN104735796A CN 104735796 A CN104735796 A CN 104735796A CN 201510157793 A CN201510157793 A CN 201510157793A CN 104735796 A CN104735796 A CN 104735796A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- node
- strategy
- source node
- relay
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Radio Relay Systems (AREA)
Abstract
本发明针对无线通信网络中的非对称多源(节点)-单中继(节点)协作系统,提供了一种基于放大再转发协议的协作中继策略。系统建模为供不应求的卖方市场,且买方之间展开非协作博弈。协作中继策略主要包括中继节点协作功率资源的价格策略和分配策略以及源节点的中继选择策略:价格策略顾及了源节点之间的公平性,同时有效刺激中继节点参与协作;分配策略基于分布式求解算法得到纳什均衡解,从而确定分配功率值,保证了各源节点效用的最优性;选择策略从系统整体性能最优角度考虑,给出了源节点是否参与中继的标准。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域,涉及放大再转发模式下的协作通信技术,提出了一种无线通信网络中多源单中继系统的协作中继策略。
背景技术
有关无线通信系统的形态分类,从网络组网的角度出发,可归纳为目前两类应用最广泛的拓扑形态:1、无线蜂窝网(Wireless Cellular Network,WCN),一种基于点对多点(Point to Multipoint,PMP)结构的移动通信网络;2、无线自组织网络(Mobile Ad hocNetwork,MANET),一种可由独立节点分布式动态自组成网、无固定拓扑结构和基础设施的移动通信网络。
在传统PMP网络中,基站是网络中唯一的资源分配管理和任务协调、调度设备,而用户作为被管理设备始终处于从属和被动的地位。无线自组织网络的出现和发展,开始将本来完全由基站控制的网络行为决策更多地放在用户站执行,网络中的用户站也逐渐表现出更强的自治性。另外,由于无线自组织网络中用户之间的对等公平性,伴随而来的就是用户站之间的竞争与协作问题,这一问题在对网络稀缺有效资源进行分配时表现的更为明显。同时,由于通信系统在无线资源优化和利用方面存在着的固定局限性,导致有限资源与迅速增长的业务需求之间的矛盾不能有效解决,由此而产生的无线通信瓶颈问题日益突出。
针对无线通信瓶颈的出现,研究人员提出了无线协作中继通信技术,有效解决了这些问题。协作中继(Cooperative Relay)的基本的工作思想就是设立中继节点,从而使中继以转发信息副本的方式来协助数据源节点进行数据的传输。由于Ad hoc网络需要处理诸如分布式控制、动态路由设计、移动性管理等一系列问题,而它本身的网络不同于传统PMP网,并没有固定的基础设施,所以当端到端的通信距离超过了它们之间天线的覆盖范围时,就可以通过这两个节点之间的中继节点进行协作中继转发来完成通信传输。
发明内容
发明目的:本发明旨在解决非对称多源单中继协作系统中的节点协作与竞争问题,兼顾系统的有效性和公平性,给出了一种基于放大再转发模式的多源单中继系统协作中继策略。
技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
针对无线通信网络中的非对称多源(节点)-单中继(节点)协作系统,提供一种基于放大再转发协议的协作中继策略。系统建模为供不应求的卖方市场,且买方之间展开非协作博弈。协作中继策略主要包括中继节点协作功率资源的价格策略和分配策略以及源节点的中继选择策略:价格策略顾及了源节点之间的公平性,同时有效刺激中继节点参与协作;分配策略基于分布式求解算法得到纳什均衡解,从而确定分配功率值,保证了各源节点效用的最优性;选择策略从系统整体性能最优角度考虑,给出了源节点是否参与中继的标准。
一种无线通信网络中多源单中继系统的协作中继策略,为激励自私的中继节点为多个源节点提供协作功率资源,首先确定各源节点对中继节点的资源补偿策略,然后给定中继节点对所有源节点的协作功率资源支持,以确保每个源节点的效用达到最优,最后为确保系统性能最优,对于系统中的某个源节点,若其与中继节点间的距离大于其与目的节点间的距离,则此源节点选择放弃中继策略;该方法的具体实现过程为:
(1)在任意源节点Si接受中继节点R的协助向目的节点D发送信息的协作过程,确定源节点Si的接收信噪比为:
其中,i∈{1,2,…,N},N为源节点的个数,Qi表示的Si发送功率,Pi为R提供给Si的协作功率值,giD、giR和gRD分别为从Si到D、从Si到R和从R到D的三条信道传输幅度衰减参数;信道噪声为加性高斯白噪声,相互独立且都服从正态分布;
(2)根据步骤(1),给出任意源节点Si对中继节点R的协作功率补偿策略,即设定R对Si的单位功率资源价格ci;
(3)根据步骤(2),确定任意源节点Si的效用值Ui为:
(4)根据步骤(3),确定中继节点R对各源节点Si的最优功率分配策略值
(5)根据步骤(4),确定所有源节点在最优功率分配策略下的效用值,发现距离若源节点与中继节点间的距离大于其与目的节点间的距离,则该源节点的效用较低,因此采用如下策略:计算系统中所有源节点与目的节点及中继节点间的距离,选择性放弃中继节点对部分源节点的协作支持,即:若源节点与中继节点间的距离大于其与目的节点间的距离,则放弃中继节点对该源节点的协作支持。
所述步骤(2)具体包括如下步骤:
(21)保持单位功率资源价格ci的定义形式与接收信噪比的定义形式的一致性,将改写为:
其中,
(22)根据步骤(21),并考虑源节点的自私性,即:当其自身的资源需求上升时,希望的应该是价格随之下降;给出单位功率资源价格ci的设计为:
其中,P={P1,P2,…,PN}表示中继节点提供给全部源节点的协作功率集合,中继节点R自身具备的协作功率为PR,且满足b是一个非负的价格调节参数。
所述步骤(4)中,最优功率分配策略值的求解依赖于博弈理论中的分布式求解算法,即:
其中,Pi(t)为源节点Si在第t个博弈阶段被分配到的协作功率,θi是源节点Si的策略调整参数,用于控制算法的收敛速度;该分布式求解算法最终收敛值即为需要求得的
有益效果:本发明提供的无线通信网络中多源单中继系统的协作中继策略,不仅考虑了中继节点的自私性,同时兼顾了多个源节点的自私性,给出了针对不同源节点的不同价格策略,对于中继节点对源节点的协作资源分配给出了具体指导;经过仿真验证,本策略可以合理有效地解决多源节点对协作功率的分配问题,满足节点之间的竞争公平性需求,优化系统整体性能。
附图说明
图1为本发明针对二源单中继系统的结构示意图;
图2为本发明协作中继策略中的中继资源价格策略仿真图;
图3为本发明协作中继策略中的协作中继功率资源分配策略仿真图;
图4为本发明中各源节点的效用结果仿真图;
图5为本发明中价格调节参数b对中继资源价格策略的影响仿真图;
图6为本发明中价格调节参数b对协作中继功率资源分配策略的影响仿真图;
图7为本发明中协作功率资源分配策略的求解算法收敛过程仿真图;
图8为非对称多源(节点)-单中继(节点)协作系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1,系统中存在两个源节点S1和S2,分别位于(-3m,0m)和(3m,0m)处;目的节点D被固定在(0m,8m)处;中继节点R在y=4m上,自x=-35m向x=35m处移动。
第一步:针对系统中的两个源节点Si,i∈{1,2}接受中继节点R的协助,向目的节点D发送信息的协作过程,确定Si的接收信噪比即:
其中,Qi表示Si的发送功率,Pi为R提供给Si的协作功率值,giD、giR和gRD分别为从Si到D、从Si到R和从R到D的三条信道传输幅度衰减参数。信道噪声为加性高斯白噪声,相互独立且都服从正态分布;
第二步:根据第一步,给出两个源节点Si对中继节点R的协作功率补偿策略,即R对Si设定的单位功率资源价格为ci。
价格ci的定义形式可与接收信噪比保持一定的形式一致性,这里对进行改写,即:
其中,
考虑源节点的自私性,当其自身的资源需求上升时,希望的应该是价格随之下降。给出价格ci的设计,即:
其中,P={P1,P2}表示全部源节点向中继提交的协作策略集合,中继节点R自身具备的协作功率为PR,需满足:P1+P2≤PR,b是一个非负的价格调节参数。
第三步:根据第二步,得出任意源节点Si的效用值Ui,即:
第四步:根据第三步,求解中继节点R对各源节点Si的最优功率分配策略值 的求解依赖于博弈理论中的分布式求解算法,即:
其中,Pi(t)为源节点Si在第t个博弈阶段被分配到的协作功率,θi是Si的策略调整参数,用于控制算法的收敛速度。此算法的最终收敛值即为需要求得的
第五步:根据第四步,确定所有源节点在最优功率分配策略下的效用,计算系统中所有源节点与目的节点及中继节点间的距离,选择性放弃中继对部分源节点的协作支持。
图2为本发明协作中继策略中的中继资源价格策略仿真图,图3为本发明协作中继策略中的协作中继功率资源分配策略仿真图,图4为本发明中源节点S1和S2的效用结果仿真图。如图,R由左向右移动。当-25m<x<0m时,S1比S2更接近R,R会分出更多的协作功率来协助S1进行数据传输,并且设定了较低的价格以最大化其效用;当0m<x<25m,此时S2更接近R,它可通过购买更多的协作功率来提高其效用,同时R对其设定的价格较低。当x=-3m时,S1的效用达到了最大,也即R此时处于协作S1的最佳位置。同理当x=3m时,R处于帮助S2的最佳位置。当x<-25m或者x>25m时,R的位置对于两源节点来说都相对较远,此时两源节点所获得的效用是一样的。S1和S2的整体功率分配情况和效用情况是基本一致的,说明了S1和S2之间协作功率资源的共享存在一定公平性。
图5和图6给出了价格调节参数b对在R位于x=-10m处时,对中继资源价格策略和分配策略的影响仿真图。如图,b越大,中继的功率资源价格越高,S1和S2便会减小其对中继的最优功率需求。故当总协作功率需求超过了中继所能提供的功率最大值极限时,便可通过调整参数b来选择新的功率分配策略。即在确定了中继的位置及其所能提供的最大中继功率值后,便可以提前选择出一个合理的b的值来确定下价格更新函数,从而能确定出合理的纳什均衡功率分配策略。
图7给出了R位于x=-10m处,初始策略Pi(0)=2W时协作功率资源分配策略的求解算法收敛过程仿真图。如图,策略调整速度参数θ(=θ1=θ2)只影响算法的收敛速度,但对于最终的纳什均衡解的值的大小并没有影响。当θ=10时,S1和S2分别在算法迭代到第20次和第5次时达到纳什均衡状态;当θ=5时,S1需要更新算法35次才能达到均衡状态,S2需要更新算法15次才能达到所需最优购买功率值。θ的值越大,算法越快收敛。可以找到一个合适的θ值,使得算法在有限时间内趋于稳定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种无线通信网络中多源单中继系统的协作中继策略,其特征在于:为激励自私的中继节点为多个源节点提供协作功率资源,首先确定各源节点对中继节点的资源补偿策略,然后给定中继节点对所有源节点的协作功率资源支持,以确保每个源节点的效用达到最优,最后为确保系统性能最优,对于系统中的某个源节点,若其与中继节点间的距离大于其与目的节点间的距离,则此源节点选择放弃中继策略;该方法的具体实现过程为:
(1)在任意源节点Si接受中继节点R的协助向目的节点D发送信息的协作过程,确定源节点Si的接收信噪比为:
其中,i∈{1,2,…,N},N为源节点的个数,Qi表示的Si发送功率,Pi为R提供给Si的协作功率值,giD、giR和gRD分别为从Si到D、从Si到R和从R到D的三条信道传输幅度衰减参数;
(2)根据步骤(1),给出任意源节点Si对中继节点R的协作功率补偿策略,即设定R对Si的单位功率资源价格ci;
(3)根据步骤(2),确定任意源节点Si的效用值Ui为:
(4)根据步骤(3),确定中继节点R对各源节点Si的最优功率分配策略值
(5)根据步骤(4),选择性放弃中继节点对部分源节点的协作支持,即:若源节点与中继节点间的距离大于其与目的节点间的距离,则放弃中继节点对该源节点的协作支持。
2.根据权利要求1所述的无线通信网络中多源单中继系统的协作中继策略,其特征在于:所述步骤(2)具体包括如下步骤:
(21)保持单位功率资源价格ci的定义形式与接收信噪比的定义形式的一致性,将改写为:
其中,
(22)根据步骤(21),并考虑源节点的自私性,即:当其自身的资源需求上升时,希望的应该是价格随之下降;给出单位功率资源价格ci的设计为:
其中,P={P1,P2,…,PN}表示中继节点提供给全部源节点的协作功率集合,中继节点R自身具备的协作功率为PR,且满足b是一个非负的价格调节参数。
3.根据权利要求1所述的无线通信网络中多源单中继系统的协作中继策略,其特征在于:所述步骤(4)中,最优功率分配策略值的求解依赖于博弈理论中的分布式求解算法,即:
其中,Pi(t)为源节点Si在第t个博弈阶段被分配到的协作功率,θi是源节点Si的策略调整参数,用于控制算法的收敛速度;该分布式求解算法最终收敛值即为需要求得的
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510157793.2A CN104735796B (zh) | 2015-04-03 | 2015-04-03 | 一种无线通信网络中多源单中继系统的协作中继方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510157793.2A CN104735796B (zh) | 2015-04-03 | 2015-04-03 | 一种无线通信网络中多源单中继系统的协作中继方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104735796A true CN104735796A (zh) | 2015-06-24 |
CN104735796B CN104735796B (zh) | 2018-02-23 |
Family
ID=53459118
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510157793.2A Active CN104735796B (zh) | 2015-04-03 | 2015-04-03 | 一种无线通信网络中多源单中继系统的协作中继方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104735796B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107809785A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-03-16 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种基于互利匹配博弈的分布式中继选择方法 |
CN107820295A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-03-20 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种基于用户需求的分布式中继资源分配方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101730109A (zh) * | 2009-11-09 | 2010-06-09 | 中国人民解放军理工大学 | 基于博弈论的正交频分多址接入中继系统资源分配方法 |
CN102118228A (zh) * | 2011-01-19 | 2011-07-06 | 中国科学技术大学 | 一种基于压缩前传的多源单中继协作方法 |
EP2723133A1 (en) * | 2012-10-18 | 2014-04-23 | NTT DoCoMo, Inc. | Method for controlling operation within a cell of a wireless cellular network, base station and wireless cellular network |
-
2015
- 2015-04-03 CN CN201510157793.2A patent/CN104735796B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101730109A (zh) * | 2009-11-09 | 2010-06-09 | 中国人民解放军理工大学 | 基于博弈论的正交频分多址接入中继系统资源分配方法 |
CN102118228A (zh) * | 2011-01-19 | 2011-07-06 | 中国科学技术大学 | 一种基于压缩前传的多源单中继协作方法 |
EP2723133A1 (en) * | 2012-10-18 | 2014-04-23 | NTT DoCoMo, Inc. | Method for controlling operation within a cell of a wireless cellular network, base station and wireless cellular network |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
ARVIND CHAKRAPANI,ETC: ""Low Complexity Power Allocation Scheme for Regenerative Multi-user Relay Networks"", 《IEEE ICC 2014 - WIRELESS COMMUNICATIONS SYMPOSIUM》 * |
QIAN CAO,ETC: ""Power Bargaining in Multi-Source Relay Networks"", 《IEEE ICC 2012 - WIRELESS COMMUNICATIONS SYMPOSIUM》 * |
WEI HENG,ETC: ""Stackelberg Bargaining-Based Allocation for Multi-Source Relay Networks"", 《IEEE》 * |
吉晓东等: ""不对称放大转发双向中继功率分配及中继位置选择"", 《电子与信息学报》 * |
吴丹等: ""一种联合中继节点选择的博弈功率控制算法"", 《电子与信息学报》 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107809785A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-03-16 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种基于互利匹配博弈的分布式中继选择方法 |
CN107820295A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-03-20 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种基于用户需求的分布式中继资源分配方法 |
CN107809785B (zh) * | 2017-11-07 | 2019-06-25 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种基于互利匹配博弈的分布式中继选择方法 |
CN107820295B (zh) * | 2017-11-07 | 2020-02-14 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种基于用户需求的分布式中继资源分配方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104735796B (zh) | 2018-02-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Liu et al. | Task-driven relay assignment in distributed UAV communication networks | |
Huang et al. | Co-locating services in IoT systems to minimize the communication energy cost | |
Zarifzadeh et al. | Energy-efficient topology control in wireless ad hoc networks with selfish nodes | |
Jameel et al. | Efficient mining cluster selection for blockchain-based cellular V2X communications | |
CN103079212B (zh) | 一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法 | |
CN104540211A (zh) | 一种合作联盟中的功率优化方法 | |
CN105142195A (zh) | 一种基于Stackelberg博弈的无线终端通信策略选择与资源分配方法 | |
AU2015101157A4 (en) | A Novel Energy-Efficient Scheme for Coding-Aware Routing | |
Wu et al. | Comprehensive cost optimization for charger deployment in multi-hop wireless charging | |
CN104735796A (zh) | 一种无线通信网络中多源单中继系统的协作中继策略 | |
Mohanty et al. | SATPAS: SINR-based adaptive transmission power assignment with scheduling in wireless sensor network | |
Jiang et al. | Average Age-of-Information Minimization in Aerial IRS-Assisted Data Delivery | |
CN104394569A (zh) | 无线d2d网络中基于角度和干扰控制建立多播路由的方法 | |
Long et al. | Joint random access and power control game in ad hoc networks with noncooperative users | |
Butun et al. | PCAC: power-and connectivity-aware clustering for wireless sensor Networks | |
CN103826282B (zh) | 基于剩余能量的集合划分多跳路由方法 | |
CN103647603B (zh) | 日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络共享信道优化方法 | |
Zhou et al. | Joint relay selection and spectrum allocation in D2D-based cooperative vehicular networks | |
Wang et al. | Real-time delay minimization for data processing in wirelessly networked disaster areas | |
CN103051537B (zh) | Ip电路业务传输调度方法和系统 | |
Chen et al. | Game‐Based Channel Selection for UAV Services in Mobile Edge Computing | |
CN107707471A (zh) | 基于大规模sdn的最小化转发链路数的节能方案 | |
Babu et al. | Coalition formation based cooperation strategy for routing in delay tolerant networks | |
Jothi Lakshmi et al. | A Modified DSR Protocol Using Deep Reinforced Learning for MANETS | |
Park | Power controlled fair access protocol for wireless networked control systems |
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 |