CN104869650B - 一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合方法及装置，该方法包括：源节点确定自身支持的两个以上空闲频谱；源节点针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从所述两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱；源节点根据针对每个中继节点选择的空闲频谱，确定选择的空闲频谱的总数量，将数据分割成所述总数量个子数据；源节点通过针对每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱将对应的子数据发送给该中继节点，由该中继节点通过该至少一个空闲频谱将该子数据发送给目的节点。本发明实施例中，使得源节点能够通过中继节点支持的空闲频谱发送数据，大大增加系统带宽。

Description

一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合方法及装置。

背景技术

随着LTE-A(Long Term Evolution-Advanced，高级长期演进)技术的诞生，频谱聚合技术和协作中继技术被应用到LTE-A系统中。基于频谱聚合技术，源节点可以在聚合能力范围内聚合两个以上空闲频谱，并使用这两个以上空闲频谱将数据发送给目的节点。基于协作中继技术，当源节点与目的节点之间的距离比较远时，源节点无法直接将数据发送给目的节点，基于此，源节点将数据发送给中继节点，由中继节点将数据发送给目的节点，从而使数据长距离传输。

现有技术中，是单独的针对频谱聚合技术的方案，单独的针对协作中继技术的方案，并没有将频谱聚合技术和协作中继技术结合起来的方案。实际上，在将频谱聚合技术和协作中继技术结合起来时，目前的频谱聚合技术并不适用。例如，源节点聚合两个以上空闲频谱后，通过空闲频谱将数据发送给中继节点，但是，如果中继节点并不能使用该空闲频谱，则无法将数据发送给目的节点。

发明内容

本发明实施例公开了一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合方法及装置，以将频谱聚合技术和协作中继技术结合起来，使得源节点能够通过中继节点支持的空闲频谱发送数据。

为达到上述目的，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明实施例公开了一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合方法，该方法应用于包括源节点、目的节点和实现所述源节点与所述目的节点之间数据传输的两个以上中继节点的网络中，所述方法包括以下步骤：

所述源节点确定自身支持的两个以上空闲频谱；

所述源节点针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从所述两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱；

所述源节点根据针对每个中继节点选择的空闲频谱，确定选择的空闲频谱的总数量，将数据分割成所述总数量个子数据；

所述源节点通过针对每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱将对应的子数据发送给该中继节点，由该中继节点通过该至少一个空闲频谱将该子数据发送给目的节点。

当中继节点采用一个空闲频谱向所述目的节点发送子数据时，所述源节点针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从所述两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱的过程，具体包括：所述源节点针对每个中继节点，确定自身支持的两个以上空闲频谱，与该中继节点支持的至少一个空闲频谱的交集；

所述源节点根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用回溯法，确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案，在该空闲频谱组合方案中，为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱不超过一个；

针对每个空闲频谱组合方案，所述源节点根据向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱，预测源节点向每个中继节点发送子数据的传输能量、与每个中继节点向目的节点发送子数据的传输能量之和；

所述源节点选择传输能量之和最小的空闲频谱组合方案，作为向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱。

所述源节点根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用回溯法，确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案的过程，具体包括：

步骤A1、所述源节点获得每个中继节点的发射功率，并按照发射功率从高到低的顺序或者从低到高的顺序，在第一中继表中对每个中继节点进行排序，并从所述第一中继表中依次选取一个中继节点；

步骤A2、所述源节点判断与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第一标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤A3；如果不存在，则执行步骤A4；

步骤A3、所述源节点从与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为当前选取的中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的一个没有被标记第一标识的空闲频谱，为该空闲频谱标记第一标识，并判断当前选取的中继节点是否为所述第一中继表中的最后一个中继节点；如果不是，则选取下一个中继节点为当前中继节点，执行步骤A2；如果是，则执行步骤A4；

步骤A4、所述源节点将为所有已经选取的中继节点选择的向各中继节点传输数据时采用的空闲频谱作为一个空闲频谱组合方案，并执行步骤A5；

步骤A5、所述源节点判断当前选取的中继节点是否为发射功率最高或最低的中继节点；如果是，则结束流程；如果不是，则执行步骤A6；

步骤A6、所述源节点清除之前为当前选取的中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱的第一标识，并判断与上一个选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第一标识的空闲频谱；如果存在，执行步骤A7；如果不存在，则将上一个选取的中继节点作为当前选取的中继节点，执行步骤A5；

步骤A7、所述源节点从与上一个选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为上一个选取的中继节点选择向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的一个没有被标记第一标识的空闲频谱，为该空闲频谱标记第一标识，使用该空闲频谱替换之前为上一个选取的中继节点选择的向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的空闲频谱，并清除之前为上一个选取的中继节点选择的向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的空闲频谱的第一标识，继续选取上一个选取的中继节点的下一个中继节点为当前中继节点，并执行步骤A2。

当中继节点采用至少一个空闲频谱向所述目的节点发送子数据时，所述源节点针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从所述两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱的过程，具体包括：所述源节点针对每个中继节点，确定自身支持的两个以上空闲频谱，与该中继节点支持的至少一个空闲频谱的交集；所述源节点根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用贪心算法，确定为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱。

所述源节点根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用贪心算法，确定为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱的过程，具体包括：

步骤B1、所述源节点获得每个中继节点的发射功率，并按照发射功率从高到低的顺序或者从低到高的顺序，在第二中继表中对每个中继节点进行排序，并从所述第二中继表中发射功率最低的中继节点开始，依次从所述第二中继表中选取一个中继节点；

步骤B2、所述源节点判断与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第二标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤B3；如果不存在，则执行步骤B4；

步骤B3、所述源节点从与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为当前选取的中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的所有没有被标记第二标识的空闲频谱，并为当前选择的所有空闲频谱标记第二标识，并执行步骤B4；

步骤B4、所述源节点判断第二中继表中是否存在没有被选取的中继节点；如果存在，继续选取下一个中继节点；执行步骤B2，如果不存在，则结束流程。

本发明实施例公开了一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合装置，作为源节点应用于包括所述源节点、目的节点和实现所述源节点与所述目的节点之间数据传输的两个以上中继节点的网络中，所述源节点具体包括：

确定模块，用于确定自身支持的两个以上空闲频谱；

选择模块，用于针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从所述两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱；

分割模块，用于根据针对每个中继节点选择的空闲频谱，确定选择的空闲频谱的总数量，将数据分割成所述总数量个子数据；

发送模块，用于通过针对每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱将对应的子数据发送给该中继节点，由该中继节点通过该至少一个空闲频谱将该子数据发送给目的节点。

当中继节点采用一个空闲频谱向所述目的节点发送子数据时；

所述选择模块，具体用于针对每个中继节点，确定自身支持的两个以上空闲频谱，与该中继节点支持的至少一个空闲频谱的交集；

根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用回溯法，确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案，在该空闲频谱组合方案中，为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱不超过一个；

针对每个空闲频谱组合方案，根据向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱，预测源节点向每个中继节点发送子数据的传输能量、与每个中继节点向目的节点发送子数据的传输能量之和；选择传输能量之和最小的空闲频谱组合方案，作为向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱。

所述选择模块，进一步用于根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用回溯法，基于如下步骤确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案：

步骤A1、获得每个中继节点的发射功率，并按照发射功率从高到低的顺序或者从低到高的顺序，在第一中继表中对每个中继节点进行排序，并从所述第一中继表中依次选取一个中继节点；

步骤A2、判断与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第一标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤A3；如果不存在，则执行步骤A4；

步骤A3、从与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为当前选取的中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的一个没有被标记第一标识的空闲频谱，为该空闲频谱标记第一标识，判断当前选取的中继节点是否为所述第一中继表中的最后一个中继节点；如果不是，则选取下一个中继节点为当前中继节点，执行步骤A2；如果是，执行步骤A4；

步骤A4、将为所有已经选取的中继节点选择的向各中继节点传输数据时采用的空闲频谱作为一个空闲频谱组合方案，并执行步骤A5；

步骤A5、判断当前选取的中继节点是否为发射功率最高或最低的中继节点；如果是，则结束流程；如果不是，则执行步骤A6；

步骤A6、清除之前为当前选取的中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱的第一标识，并判断与上一个选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第一标识的空闲频谱；如果存在，执行步骤A7；如果不存在，将上一个选取的中继节点作为当前选取的中继节点，执行步骤A5；

步骤A7、从与上一个选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为上一个选取的中继节点选择向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的一个没有被标记第一标识的空闲频谱，为该空闲频谱标记第一标识，使用该空闲频谱替换之前为上一个选取的中继节点选择的向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的空闲频谱，并清除之前为上一个选取的中继节点选择的向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的空闲频谱的第一标识，继续选取上一个选取的中继节点的下一个中继节点，并执行步骤A2。

当中继节点采用至少一个空闲频谱向所述目的节点发送子数据时；

所述选择模块，具体用于针对每个中继节点，确定自身支持的两个以上空闲频谱，与该中继节点支持的至少一个空闲频谱的交集；

根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用贪心算法，确定为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱。

所述选择模块，进一步用于根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用贪心算法，基于如下步骤确定为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱：

步骤B1、获得每个中继节点的发射功率，并按照发射功率从高到低的顺序或者从低到高的顺序，在第二中继表中对每个中继节点进行排序，并从所述第二中继表中发射功率最低的中继节点开始，依次从所述第二中继表中选取一个中继节点；

步骤B2、判断与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第二标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤B3；如果不存在，则执行步骤B4；

步骤B3、从与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为当前选取的中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的所有没有被标记第二标识的空闲频谱，并为当前选择的所有空闲频谱标记第二标识，并执行步骤B4；

步骤B4、判断第二中继表中是否存在没有被选取的中继节点；如果存在，继续选取下一个中继节点；执行步骤B2，如果不存在，则结束流程。

基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：本发明实施例中，通过将频谱聚合技术和协作中继技术结合起来，使得源节点能够通过中继节点支持的空闲频谱发送数据。进一步的，源节点可以将数据分割成两个以上子数据，并通过两个以上空闲频谱分别向两个以上中继节点发送两个以上子数据，从而将两个以上空闲频谱聚合成更大的空闲频谱来使用，大大增加了系统带宽，而且同时发送数据被分割成的两个以上子数据，提高了数据的传输速率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一中提出的一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合方法流程示意图；

图2是本发明实施例一中提出的单中继单频谱协作传输模式的应用示意图；

图3是本发明实施例一中提出的单中继复频谱协作传输模式的应用示意图；

图4是本发明实施例一中提出的多中继单频谱协作传输模式的应用示意图；

图5是本发明实施例一中提出的多中继复频谱协作传输模式的应用示意图；

图6是本发明实施例一中提出的一种空闲频谱的选择过程示意图；

图7是本发明实施例一中提出的另一种空闲频谱的选择过程示意图；

图8是本发明实施例二中提出的一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例一中提出了一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合方法，该方法可以应用于包括源节点、目的节点和实现该源节点与该目的节点之间数据传输的两个以上中继节点的网络中，如可以应用于LTE-A网络中。在上述应用场景下，如图1所示，该认知中继网络中面向节能的频谱聚合方法具体可以包括以下步骤：

步骤101，源节点确定自身支持的两个以上空闲频谱。例如，源节点支持的两个以上空闲频谱包括空闲频谱1、空闲频谱2、空闲频谱3、空闲频谱4和空闲频谱5。

步骤102，源节点针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱。

例如，中继节点1支持的空闲频谱为空闲频谱1和空闲频谱6，中继节点2支持的空闲频谱为空闲频谱4、空闲频谱5和空闲频谱6，则源节点从自身支持的空闲频谱1、空闲频谱2、空闲频谱3、空闲频谱4和空闲频谱5中，选择向中继节点1传输数据时采用的至少一个空闲频谱为空闲频谱1，并选择向中继节点2传输数据时采用的至少一个空闲频谱为空闲频谱4和/或空闲频谱5。

步骤103，源节点根据针对每个中继节点选择的空闲频谱，确定选择的空闲频谱的总数量，并将数据分割成该总数量个子数据。

例如，针对中继节点1选择空闲频谱1，针对中继节点2选择空闲频谱4和空闲频谱5时，确定选择的空闲频谱的总数量为3，源节点将需要传输给目的节点的数据分割成3个子数据，这3个子数据分别为子数据1、子数据2和子数据3。

步骤104，源节点通过针对每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱将对应的子数据发送给该中继节点，之后由该中继节点通过该至少一个空闲频谱将该子数据发送给目的节点。

例如，源节点通过针对中继节点1选择的空闲频谱1将子数据1发送给中继节点1，中继节点1在通过空闲频谱1接收到子数据1之后，通过该空闲频谱1将子数据1发送给目的节点。此外，源节点通过针对中继节点2选择的空闲频谱4将子数据2发送给中继节点2，中继节点2在通过空闲频谱4接收到子数据2之后，通过空闲频谱4将子数据2发送给目的节点。此外，源节点通过针对中继节点2选择的空闲频谱5将子数据3发送给中继节点2，中继节点2在通过空闲频谱5接收到子数据3之后，通过空闲频谱5将子数据3发送给目的节点。

基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：本发明实施例中，通过将频谱聚合技术和协作中继技术结合起来，使得源节点能够通过中继节点支持的空闲频谱发送数据。进一步的，源节点可以将数据分割成两个以上子数据，并通过两个以上空闲频谱分别向两个以上中继节点发送两个以上子数据，从而将两个以上空闲频谱聚合成更大的空闲频谱来使用，大大增加了系统带宽，而且同时发送数据被分割成的两个以上子数据，提高了数据的传输速率。

本发明实施例中，在将频谱聚合技术和协作中继技术结合起来时，会有四种传输模式，下面结合具体的应用场景对这四种传输模式进行详细说明。

一、单中继单频谱协作传输模式。在此应用场景下，每个中继节点在传输数据时只采用一个空闲频谱，且只有一个中继节点协作源节点传输数据，源节点会为一个中继节点选择向该一个中继节点传输数据时采用的一个空闲频谱。

如图2所示，为单中继单频谱协作传输模式的应用示意图，假设源节点S需要将大小为M的数据发送给目的节点D。由于源节点通过一个空闲频谱将大小为M的数据发送给目的节点D，因此该空闲频谱上承载的数据大小为M。源节点在选择中继节点R3之后，源节点S在时间t内使用发射功率Ps将大小为M的数据发送给中继节点R3，其传输能量为发射功率Ps*时间t。中继节点R3在时间t内使用发射功率Pr将大小为M的数据发送给目的节点D，其传输能量为发射功率Pr*时间t。其中，源节点将数据发送给中继节点R3使用的空闲频谱，与中继节点R3将数据发送给目的节点D使用的空闲频谱相同。

二、单中继复频谱协作传输模式。在此应用场景下，每个中继节点在传输数据时可采用两个以上空闲频谱，且只有一个中继节点协作源节点传输数据，源节点会为一个中继节点选择向该一个中继节点传输数据时采用的两个以上空闲频谱。

如图3所示，为单中继复频谱协作传输模式的应用示意图，假设源节点S需要将大小为M的数据发送给目的节点D，且源节点通过2个等带宽的空闲频谱将大小为M的数据发送给目的节点D，因此每个空闲频谱上承载的数据大小为M/2。源节点S在选择中继节点R3之后，在每个空闲频谱上，源节点S在时间t/2内使用发射功率Ps将大小为M/2的数据发送给中继节点R3，其传输能量为发射功率Ps*时间t/2。在每个空闲频谱上，中继节点R3在时间t/2内使用发射功率Pr将大小为M/2的数据发送给目的节点D，其传输能量为发射功率Pr*时间t/2。其中，源节点将数据发送给中继节点R3使用的两个以上空闲频谱，与中继节点R3将数据发送给目的节点D使用的两个以上空闲频谱相同。

三、多中继单频谱协作传输模式。在此应用场景下，每个中继节点在传输数据时只采用一个空闲频谱，且有两个以上中继节点协作源节点传输数据，源节点会为两个以上中继节点中的每个中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的一个空闲频谱。

如图4所示，为多中继单频谱协作传输模式的应用示意图，假设源节点S最多可以聚合5个空闲频谱，而各中继节点都不具有聚合能力，中继节点只能支持一个空闲频谱。假设源节点S需要将大小为M的数据发送给目的节点D，且源节点通过5个等带宽的空闲频谱将大小为M的数据发送给目的节点D，因此每个空闲频谱上承载的数据大小为M/5。源节点S在选择中继节点R1、R2、R3、R4、R5之后，在每个空闲频谱上，源节点S在时间t/5内使用发射功率Ps将大小为M/5的数据分别发送给中继节点R1、R2、R3、R4、R5，其传输能量为发射功率Ps*时间t/5。在每个空闲频谱上，中继节点R1在时间t/5内使用发射功率Pr将大小为M/5的数据发送给目的节点D，传输能量为发射功率Pr*时间t/5；中继节点R2在时间t/5内使用发射功率Pr将大小为M/5的数据发送给目的节点D，传输能量为发射功率Pr*时间t/5；中继节点R3在时间t/5内使用发射功率Pr将大小为M/5的数据发送给目的节点D，传输能量为发射功率Pr*时间t/5；中继节点R4在时间t/5内使用发射功率Pr将大小为M/5的数据发送给目的节点D，传输能量为发射功率Pr*时间t/5；中继节点R5在时间t/5内使用发射功率Pr将大小为M/5的数据发送给目的节点D，传输能量为发射功率Pr*时间t/5；综上，5个中继节点的传输能量之和为发射功率Pr*时间t。其中，源节点将数据发送给中继节点R1使用的空闲频谱，与中继节点R1将数据发送给目的节点D使用的空闲频谱相同。源节点将数据发送给中继节点R2使用的空闲频谱，与中继节点R2将数据发送给目的节点D使用的空闲频谱相同。源节点将数据发送给中继节点R3使用的空闲频谱，与中继节点R3将数据发送给目的节点D使用的空闲频谱相同。源节点将数据发送给中继节点R4使用的空闲频谱，与中继节点R4将数据发送给目的节点D使用的空闲频谱相同。源节点将数据发送给中继节点R5使用的空闲频谱，与中继节点R5将数据发送给目的节点D使用的空闲频谱相同。

四、多中继复频谱协作传输模式。在此应用场景下，每个中继节点在传输数据时可以采用两个以上空闲频谱，且有两个以上中继节点协作源节点传输数据，源节点会为两个以上中继节点中的每个中继节点选择向中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱。

如图5所示，为多中继复频谱协作传输模式的应用示意图，假设源节点S最多可以聚合5个空闲频谱，而各中继节点都具有聚合能力，可以支持两个以上空闲频谱，且每个中继节点与源节点最多可以有两个相同带宽的空闲频谱。假设源节点S需要将大小为M的数据发送给目的节点D，且源节点通过5个等带宽的空闲频谱将大小为M的数据发送给目的节点D，因此每个空闲频谱上承载的数据大小为M/5。源节点S在选择中继节点R1、R3、R5之后，假设中继节点R1和R5均支持2个空闲频谱，中继节点R3支持1个空闲频谱，在每个空闲频谱上，源节点S在时间t/5内使用发射功率Ps将大小为M/5的数据分别发送给中继节点R1、R3、R5，其传输能量为发射功率Ps*时间t/5。在每个空闲频谱上，中继节点R1在时间t/5内使用发射功率Pr将大小为M/5的数据发送给目的节点D，其传输能量为发射功率Pr*时间t/5；中继节点R3在时间t/5内使用发射功率Pr将大小为M/5的数据发送给目的节点D，其传输能量为发射功率Pr*时间t/5；中继节点R5在时间t/5内使用发射功率Pr将大小为M/5的数据发送给目的节点D，其传输能量为发射功率Pr*时间t/5；综上，5个中继节点的传输能量之和为发射功率Pr*时间t*0.6。其中，源节点将数据发送给中继节点R1使用的两个空闲频谱，与中继节点R1将数据发送给目的节点D使用的两个空闲频谱相同。源节点将数据发送给中继节点R3使用的空闲频谱，与中继节点R3将数据发送给目的节点D使用的空闲频谱相同。源节点将数据发送给中继节点R5使用的两个空闲频谱，与中继节点R5将数据发送给目的节点D使用的两个空闲频谱相同。

针对单中继单频谱协作传输模式，源节点需要为一个中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的一个空闲频谱；源节点从自身支持的两个以上空闲频谱中，选择一个该中继节点支持的空闲频谱，将该选择的一个空闲频谱作为向该中继节点传输数据时采用的一个空闲频谱。针对单中继复频谱协作传输模式，源节点需要为一个中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的两个以上空闲频谱；源节点从自身支持的两个以上空闲频谱中，选择两个以上该中继节点支持的空闲频谱，将该选择的两个以上空闲频谱作为向该中继节点传输数据时采用的两个以上空闲频谱。

本发明实施例中，对于多中继单频谱协作传输模式和多中继复频谱协作传输模式等协作传输模式，针对步骤102，源节点针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，基于源节点向每个中继节点发送子数据的传输能量、与每个中继节点向目的节点发送子数据的传输能量之和最小的策略，从两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱，以下对两种协作传输模式下的具体选择策略进行详细说明。

情况一、多中继单频谱协作传输模式。在此应用场景下，每个中继节点只采用一个空闲频谱向目的节点发送子数据，源节点会为两个以上中继节点中的每个中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的一个空闲频谱。

在多中继单频谱协作传输模式下，源节点与每个中继节点均有至少一个相同的空闲频谱，源节点可以聚合两个以上空闲频谱，而各中继节点都不具有聚合能力，每个中继节点只能使用一个空闲频谱来协作源节点传输数据。因此，针对每个空闲频谱，源节点需要从两个以上中继节点中选择最合适的中继节点，最后将该空闲频谱分配给对应的中继节点来协作源节点传输数据。

如图6所示，针对多中继单频谱协作传输模式，源节点针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱的过程，具体包括但不限于如下步骤：

步骤601，源节点针对每个中继节点，确定自身支持的两个以上空闲频谱，与该中继节点支持的至少一个空闲频谱的交集。例如，当源节点支持的两个以上空闲频谱为空闲频谱1、空闲频谱2和空闲频谱3，中继节点支持的至少一个空闲频谱为空闲频谱3和空闲频谱4时，则空闲频谱的交集为空闲频谱3。

步骤602，源节点根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用回溯法，确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案，在空闲频谱组合方案中，为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱不超过一个。

其中，回溯法又称作试探法，是一种深度优先搜索算法，回溯法首先从根节点出发，按照一定的择优条件去向前搜索，以达到目标。如果搜索到某一步时发现当前选择不能达到目标，则返回上一步，尝试其他的选择继续向前搜索，由于其走不通就往后退，所以称其为回溯法，而每次走不通需要回退的选择点就称为回溯点。为了使源节点向每个中继节点发送子数据的传输能量、与每个中继节点向目的节点发送子数据的传输能量之和最小，源节点可以采用回溯法确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案。

源节点根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用回溯法，确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案的过程，包括但不限于如下步骤：

步骤A1、源节点获得每个中继节点的发射功率，并按照发射功率从高到低的顺序或者从低到高的顺序，在第一中继表中对每个中继节点进行排序，并从该第一中继表中依次选取一个中继节点。之后，执行步骤A2。

步骤A2、源节点判断与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第一标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤A3；如果不存在，则执行步骤A4。其中，第一标识可以根据实际经验设置，如设置第一标识为-。

步骤A3、源节点从与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为当前选取的中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的一个没有被标记第一标识的空闲频谱，为该空闲频谱标记第一标识，并判断当前选取的中继节点是否为第一中继表中的最后一个中继节点；如果不是，则继续选取下一个中继节点为当前中继节点，执行步骤A2；如果是，则执行步骤A4。

步骤A4、源节点将为所有已经选取的中继节点选择的向各中继节点传输数据时采用的空闲频谱作为一个空闲频谱组合方案，并执行步骤A5。

步骤A5、源节点判断当前选取的中继节点是否为发射功率最高或者最低的中继节点，即源节点判断当前选取的中继节点是否为第一中继表中所记录的第一个中继节点；如果是，则结束流程；如果不是，则执行步骤A6。

步骤A6、源节点清除之前为当前选取的中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱的第一标识。进一步的，源节点判断与上一个选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第一标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤A7；如果不存在，则源节点将上一个选取的中继节点作为当前选取的中继节点，并继续执行步骤A5。

步骤A7、源节点从与上一个选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为上一个选取的中继节点选择向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的一个没有被标记第一标识的空闲频谱，为该空闲频谱标记第一标识，使用该空闲频谱替换之前为上一个选取的中继节点选择的向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的空闲频谱，并清除之前为上一个选取的中继节点选择的向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的空闲频谱的第一标识，继续选取上一个选取的中继节点的下一个中继节点，并执行步骤A2。

步骤603，针对每个空闲频谱组合方案，源节点根据向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱，预测源节点向每个中继节点发送子数据的传输能量、与每个中继节点向目的节点发送子数据的传输能量之和。

步骤604，源节点选择传输能量之和最小的空闲频谱组合方案，作为向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱。

以下结合具体的应用场景对本发明实施例的上述过程进行详细说明。

假设源节点和每个中继节点的空闲频谱都被等分成5段，源节点获知自身支持的两个以上空闲频谱的标识，如源节点支持空闲频谱2、空闲频谱3、空闲频谱4、空闲频谱5。源节点获知各中继节点支持的至少一个空闲频谱的标识，其中，各中继节点可以将自身支持的至少一个空闲频谱的标识通知给源节点，如中继节点1支持空闲频谱2、空闲频谱4、空闲频谱5，中继节点2支持空闲频谱1、空闲频谱3、空闲频谱4，中继节点3支持空闲频谱1、空闲频谱3、空闲频谱5，中继节点4支持空闲频谱2、空闲频谱5，中继节点5支持空闲频谱1、空闲频谱4。

其中，每个空闲频谱的标识对应一个可以聚合的频谱段，例如，空闲频谱1对应可以聚合的频谱段1，空闲频谱2对应可以聚合的频谱段2等。

在上述应用场景下，5个中继节点都可以为源节点转发数据，但5个中继节点可以用来协作传输的空闲频谱各不相同，个数也不尽相同，源节点对每个中继节点会选择一个空闲频谱作为向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱，该空闲频谱为源节点支持的空闲频谱，也为中继节点支持的空闲频谱。从空闲频谱的角度来看，源节点的每个空闲频谱有两个以上中继节点与之对应，例如，空闲频谱2与中继节点1、中继节点4和中继节点5对应，在这种情况下，源节点会从节能角度，基于源节点向每个中继节点发送子数据的传输能量、与每个中继节点向目的节点发送子数据的传输能量之和最小的策略，从两个以上空闲频谱中选择向中继节点传输数据时采用的一个空闲频谱。

针对每个中继节点，源节点确定自身与中继节点1支持的空闲频谱的交集为空闲频谱2、空闲频谱4、空闲频谱5；确定自身与中继节点2支持的空闲频谱的交集为空闲频谱3、空闲频谱4；确定自身与中继节点3支持的空闲频谱的交集为空闲频谱3、空闲频谱5；确定自身与中继节点4支持的空闲频谱的交集为空闲频谱2、空闲频谱5；确定自身与中继节点5支持的空闲频谱的交集为空闲频谱4。

假设每个中继节点的发射功率从高到低的顺序依次为中继节点1、中继节点2、中继节点3、中继节点4和中继节点5，则在第一中继表中对每个中继节点按照发射功率从高到低的顺序进行排序时，得到的第一中继表可以如表1所示。其中，表中的1表示源节点与中继节点支持的空闲频谱的交集。在表1中，还可以在中继节点后记录该中继节点的发射功率，表1中以没有记录发射功率为例。

表1

	空闲频谱2	空闲频谱3	空闲频谱4	空闲频谱5
					中继节点1	1		1	1
中继节点2		1	1
					中继节点3		1		1
中继节点4	1			1
					中继节点5			1

源节点从第一中继表中选取中继节点1，从与中继节点1支持的空闲频谱的交集中为中继节点1选择向中继节点1传输数据时采用的空闲频谱2，为该空闲频谱2标记第一标识。之后，源节点从第一中继表中选取中继节点2，从与中继节点2支持的空闲频谱的交集中为中继节点2选择向中继节点2传输数据时采用的空闲频谱3，为该空闲频谱3标记第一标识。之后，源节点从第一中继表中选取中继节点3，由于空闲频谱3已经被标记第一标识，因此源节点从与中继节点3支持的空闲频谱的交集中为中继节点3选择向中继节点3传输数据时采用的空闲频谱5，为该空闲频谱5标记第一标识。针对中继节点3在第一中继表中的下一个中继节点4，由于空闲频谱1和空闲频谱5已经被标记第一标识，因此可以得到一个空闲频谱组合方案，该空闲频谱组合方案具体为：为中继节点1选择向中继节点1传输数据时采用的空闲频谱2，为中继节点2选择向中继节点2传输数据时采用的空闲频谱3，为中继节点3选择向中继节点3传输数据时采用的空闲频谱5。

之后，清除之前为中继节点3选择的向该中继节点3传输数据时采用的空闲频谱5的第一标识，由于源节点与上一个选取的中继节点2支持的空闲频谱的交集中还存在没有被标记第一标识的空闲频谱4，因此，从与中继节点2支持的空闲频谱的交集中为中继节点2选择向中继节点2传输数据时采用的空闲频谱4，为该空闲频谱4标记第一标识，并清除之前为中继节点2选择的向该中继节点2传输数据时采用的空闲频谱3的第一标识。之后，源节点从第一中继表中选取中继节点3，从与中继节点3支持的空闲频谱的交集中为中继节点3选择向中继节点3传输数据时采用的空闲频谱3，为该空闲频谱3标记第一标识。之后，源节点从第一中继表中选取中继节点4，由于空闲频谱2已经被标记第一标识，因此源节点从与中继节点4支持的空闲频谱的交集中为中继节点4选择向中继节点4传输数据时采用的空闲频谱5，为该空闲频谱5标记第一标识。针对中继节点4在第一中继表中的下一个中继节点5，由于空闲频谱4已经被标记第一标识，因此可以得到一个空闲频谱组合方案，该空闲频谱组合方案具体为：为中继节点1选择向中继节点1传输数据时采用的空闲频谱2，为中继节点2选择向中继节点2传输数据时采用的空闲频谱4，为中继节点3选择向中继节点3传输数据时采用的空闲频谱3，为中继节点4选择向中继节点4传输数据时采用的空闲频谱5。

之后，清除之前为中继节点4选择的向该中继节点4传输数据时采用的空闲频谱5的第一标识，由于源节点与上一个选取的中继节点3支持的空闲频谱的交集中还存在没有被标记第一标识的空闲频谱5，因此，从与中继节点3支持的空闲频谱的交集中为中继节点3选择向中继节点3传输数据时采用的空闲频谱5，为该空闲频谱5标记第一标识，并清除之前为中继节点3选择的向该中继节点3传输数据时采用的空闲频谱3的第一标识。针对中继节点3在第一中继表中的下一个中继节点4，由于空闲频谱2和空闲频谱5已经被标记第一标识，因此可以得到一个空闲频谱组合方案，该空闲频谱组合方案具体为：为中继节点1选择向中继节点1传输数据时采用的空闲频谱2，为中继节点2选择向中继节点2传输数据时采用的空闲频谱4，为中继节点3选择向中继节点3传输数据时采用的空闲频谱5。后续处理过程与此类似，不再重复赘述，可以得到两个以上空闲频谱组合方案。

针对空闲频谱组合方案：为中继节点1选择向中继节点1传输数据时采用的空闲频谱2，为中继节点2选择向中继节点2传输数据时采用的空闲频谱3，为中继节点3选择向中继节点3传输数据时采用的空闲频谱5，源节点预测源节点采用空闲频谱2向中继节点1发送子数据的传输能量、源节点采用空闲频谱3向中继节点2发送子数据的传输能量、源节点采用空闲频谱5向中继节点3发送子数据的传输能量、中继节点1采用空闲频谱2向目的节点发送子数据的传输能量、中继节点2采用空闲频谱3向目的节点发送子数据的传输能量、中继节点3采用空闲频谱5向目的节点发送子数据的传输能量，计算上述传输能量之和。针对每个空闲频谱组合方案，源节点均采用上述方式预测源节点向每个中继节点发送子数据的传输能量、与每个中继节点向目的节点发送子数据的传输能量之和，从而可以得到传输能量之和最小的空闲频谱组合方案，选择传输能量之和最小的空闲频谱组合方案，作为向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱。例如，为中继节点1选择向中继节点1传输数据时采用的空闲频谱2，为中继节点2选择向中继节点2传输数据时采用的空闲频谱4，为中继节点3选择向中继节点3传输数据时采用的空闲频谱3，为中继节点4选择向中继节点4传输数据时采用的空闲频谱5。

情况二、多中继复频谱协作传输模式。在此应用场景下，每个中继节点采用至少一个空闲频谱向目的节点发送子数据，源节点会为两个以上中继节点中的每个中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱。

在多中继复频谱协作传输模式下，源节点与每个中继节点均有至少一个相同的空闲频谱，源节点可以聚合两个以上空闲频谱，每个中继节点也可以聚合至少一个空闲频谱，且每个中继节点可以使用至少一个空闲频谱来协作源节点传输数据。因此，针对每个空闲频谱，源节点需要从两个以上中继节点中选择最合适的中继节点，最后将该空闲频谱分配给对应的中继节点来协作源节点传输数据。

如图7所示，针对多中继复频谱协作传输模式，源节点针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱的过程，具体包括但不限于如下步骤：

步骤701，源节点针对每个中继节点，确定自身支持的两个以上空闲频谱，与该中继节点支持的至少一个空闲频谱的交集。例如，当源节点支持的两个以上空闲频谱为空闲频谱1、空闲频谱2和空闲频谱3，中继节点支持的至少一个空闲频谱为空闲频谱3和空闲频谱4时，则空闲频谱的交集为空闲频谱3。

步骤702，源节点根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用贪心算法，确定为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱。其中，贪心算法的核心思想是在求解问题时，做出在当前看来最好的选择，即不从整体上来考虑最优解，只考虑某种意义上的局部最优解，贪心算法使用的前提条件是局部最优策略能导致产生全局的最优解。

本发明实施例中，源节点根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用贪心算法，确定为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱的过程，具体包括可以包括但不限于如下步骤：

步骤B1、源节点获得每个中继节点的发射功率，并按照发射功率从高到低的顺序或者从低到高的顺序，在第二中继表中对每个中继节点进行排序，并从该第二中继表中发射功率最低的中继节点开始，依次从第二中继表中选取一个中继节点。之后，执行步骤B2。在按照发射功率从高到低的顺序在第二中继表中对每个中继节点进行排序时，则从第二中继表的最后一个中继节点开始依次选取中继节点；在按照发射功率从低到高的顺序在第二中继表中对每个中继节点进行排序时，则从第二中继表的第一个中继节点开始依次选取中继节点。

步骤B2、源节点判断与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第二标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤B3；如果不存在，则执行步骤B4。其中，第二标识可以根据实际经验设置，如设置第二标识为-。

步骤B3、源节点从与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为当前选取的中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的所有没有被标记第二标识的空闲频谱，并为当前选择的所有空闲频谱标记第二标识，并执行步骤B4。

步骤B4、源节点判断第二中继表中是否存在没有被选取的中继节点；如果存在，继续选取下一个中继节点；执行步骤B2，如果不存在，则结束流程。

以下结合具体的应用场景对本发明实施例的上述过程进行详细说明。

假设源节点和每个中继节点的空闲频谱都被等分成5段，源节点获知自身支持的两个以上空闲频谱的标识，如源节点支持空闲频谱2、空闲频谱3、空闲频谱4、空闲频谱5。源节点获知各中继节点支持的至少一个空闲频谱的标识，其中，各中继节点可以将自身支持的至少一个空闲频谱的标识通知给源节点，如中继节点1支持空闲频谱2、空闲频谱4、空闲频谱5，中继节点2支持空闲频谱1、空闲频谱3、空闲频谱4，中继节点3支持空闲频谱1、空闲频谱3、空闲频谱5，中继节点4支持空闲频谱2、空闲频谱5，中继节点5支持空闲频谱1、空闲频谱4。

其中，每个空闲频谱的标识对应一个可以聚合的频谱段，例如，空闲频谱1对应可以聚合的频谱段1，空闲频谱2对应可以聚合的频谱段2等。

在上述应用场景下，5个中继节点都可以为源节点转发数据，但5个中继节点可以用来协作传输的空闲频谱各不相同，个数也不尽相同，源节点对每个中继节点会选择至少一个空闲频谱作为向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱，该至少一个空闲频谱为源节点支持的空闲频谱，也为中继节点支持的空闲频谱。从空闲频谱的角度来看，源节点的每个空闲频谱有两个以上中继节点与之对应，例如，空闲频谱2与中继节点1、中继节点4和中继节点5对应，在这种情况下，源节点会从节能角度，基于源节点向每个中继节点发送子数据的传输能量、与每个中继节点向目的节点发送子数据的传输能量之和最小的策略，从两个以上空闲频谱中选择向中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱。

针对每个中继节点，源节点确定自身与中继节点1支持的空闲频谱的交集为空闲频谱2、空闲频谱4、空闲频谱5；确定自身与中继节点2支持的空闲频谱的交集为空闲频谱3、空闲频谱4；确定自身与中继节点3支持的空闲频谱的交集为空闲频谱3、空闲频谱5；确定自身与中继节点4支持的空闲频谱的交集为空闲频谱2、空闲频谱5；确定自身与中继节点5支持的空闲频谱的交集为空闲频谱4。

假设每个中继节点的发射功率从高到低的顺序依次为中继节点1、中继节点2、中继节点3、中继节点4和中继节点5，则在第二中继表中对每个中继节点按照发射功率从高到低的顺序进行排序时，得到的第二中继表可以如表1所示。其中，表中的1表示源节点与中继节点支持的空闲频谱的交集。在表2中，还可以在中继节点后记录该中继节点的发射功率，表2中以没有记录发射功率为例。

表2

	空闲频谱2	空闲频谱3	空闲频谱4	空闲频谱5
					中继节点1	1		1	1
中继节点2		1	1
					中继节点3		1		1
中继节点4	1			1
					中继节点5			1

中继节点5的发射功率最低，源节点从第二中继表中选取中继节点5，从与中继节点5支持的空闲频谱的交集中为中继节点5选择向中继节点5传输数据时采用的空闲频谱4，为该空闲频谱4标记第二标识。之后，源节点从第二中继表中选取中继节点4，从与中继节点4支持的空闲频谱的交集中为中继节点4选择向中继节点4传输数据时采用的空闲频谱2和空闲频谱5，为该空闲频谱2和空闲频谱5标记第二标识。之后，源节点从第二中继表中选取中继节点3，由于空闲频谱5已经被标记第二标识，因此源节点从与中继节点3支持的空闲频谱的交集中为中继节点3选择向中继节点3传输数据时采用的空闲频谱3，为该空闲频谱3标记第二标识。之后，源节点从第二中继表中选取中继节点2，由于空闲频谱3和空闲频谱4已经被标记第二标识，因此源节点不为中继节点2选择向中继节点2传输数据时采用的空闲频谱。之后，源节点从第二中继表中选取中继节点1，由于空闲频谱2、空闲频谱4和空闲频谱5已经被标记第二标识，因此源节点不为中继节点1选择向中继节点1传输数据时采用的空闲频谱。经过上述过程，为中继节点5选择向中继节点5传输数据时采用的空闲频谱4，为中继节点4选择向中继节点4传输数据时采用的空闲频谱2和空闲频谱5，为中继节点3选择向中继节点3传输数据时采用的空闲频谱3，在这种情况下，源节点向每个中继节点发送子数据的传输能量与每个中继节点向目的节点发送子数据的传输能量之和最小。

基于本发明实施例的技术方案，以下结合仿真结果对各协作传输模式的性能进行分析。本部分中，对采用频谱感知技术、频谱聚合技术与协作中继技术下的动态频谱聚合算法进行仿真，假设源节点和中继节点都能够通过频谱感知技术获得周围可用的空闲频谱，源节点通信时的空闲频谱需要自动感知和选择，在频谱分配期间没有其他的节点抢占该空闲频谱，且不考虑空闲频谱间的保护带。频谱聚合技术忽略跨度问题。假设可探测的空闲频谱资源总带宽为B，空闲频谱的最小分配单元是n，B被平均分成N＝B/n段，每段空闲频谱宽带相等。进一步的，源节点可以感知自己的空闲频谱(S1，S2，…，Sk)，中继节点也可以感知自己的空闲频谱(Ri1，Ri2，…，Rik)，源节点选中的中继节点为(R1，R2，…，Rm)。源节点使用每个中继节点转发的发射功率策略为(Ps，Pri)。

在上述应用场景下，分别对四种协作传输模式进行仿真，通过比较在不同信噪比下四种协作传输模式的能耗可以发现：单中继单频谱协作传输模式只使用一个空闲频谱，中继节点的发射功率最小，但空闲频谱的带宽小，传输时间长，损耗的传输能量较多。单中继复频谱协作传输模式使用了两个以上空闲频谱，要使得源节点聚合的空闲频谱在中继节点也感知到空闲，这就使得所选择的中继节点可能不是发射功率最小的中继节点，由于源节点聚合的空闲频谱多，空闲频谱的带宽大，传输时间短，因此虽然发射功率不是最小，但是损耗的传输能量较少。对于多中继单频谱协作传输模式和多中继复频谱协作传输模式，则根据源节点聚合的空闲频谱动态地选择中继节点，并进行空闲频谱的分配，在降低传输时间上的效果更显著，因此损耗的传输能量最少，大大节省了能源。

通过比较源节点在聚合不同的空闲频谱数量下四种协作传输模式的能耗可以发现：在源节点只使用一个空闲频谱时，四种协作传输模式的能耗是一样的，其原因是：四种协作传输模式都只有一种最好的选择，那就是在与源节点感知同一空闲频谱的两个以上中继节点中选择最节能的中继节点。当源节点可以使用两个以上的空闲频谱时，单中继单频谱协作传输模式的能耗没有发生变化。单中继复频谱协作传输模式的能耗在源节点聚合两个空闲频谱时大幅度降低，之后不再随着源节点聚合的空闲频谱的数量的增加而变化。多中继复频谱协作传输模式的能耗随着源节点聚合的空闲频谱的数量的增加而降低。多中继单频谱协作传输模式的能耗随着源节点聚合的空闲频谱的数量的增加而降低。

基于与上述方法同样的发明构思，本发明实施例中还提供了一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合装置，作为源节点应用于包括所述源节点、目的节点和实现所述源节点与所述目的节点之间数据传输的两个以上中继节点的网络中，如图8所示，所述源节点具体包括：

确定模块11，用于确定自身支持的两个以上空闲频谱；

选择模块12，用于针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从所述两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱；

分割模块13，用于根据针对每个中继节点选择的空闲频谱，确定选择的空闲频谱的总数量，将数据分割成所述总数量个子数据；

发送模块14，用于通过针对每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱将对应的子数据发送给该中继节点，由该中继节点通过该至少一个空闲频谱将该子数据发送给目的节点。

当中继节点采用一个空闲频谱向所述目的节点发送子数据时；

所述选择模块12，具体用于针对每个中继节点，确定自身支持的两个以上空闲频谱，与该中继节点支持的至少一个空闲频谱的交集；

根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用回溯法，确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案，在该空闲频谱组合方案中，为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱不超过一个；

针对每个空闲频谱组合方案，根据向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱，预测源节点向每个中继节点发送子数据的传输能量、与每个中继节点向目的节点发送子数据的传输能量之和；选择传输能量之和最小的空闲频谱组合方案，作为向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱。

所述选择模块12，进一步用于根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用回溯法，基于如下步骤确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案：步骤A1、获得每个中继节点的发射功率，并按照发射功率从高到低的顺序或者从低到高的顺序，在第一中继表中对每个中继节点进行排序，并从所述第一中继表中依次选取一个中继节点；

步骤A2、判断与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第一标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤A3；如果不存在，则执行步骤A4；

步骤A3、从与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为当前选取的中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的一个没有被标记第一标识的空闲频谱，为该空闲频谱标记第一标识，判断当前选取的中继节点是否为所述第一中继表中的最后一个中继节点；如果不是，则选取下一个中继节点为当前中继节点，执行步骤A2；如果是，执行步骤A4；

步骤A4、将为所有已经选取的中继节点选择的向各中继节点传输数据时采用的空闲频谱作为一个空闲频谱组合方案，并执行步骤A5；

步骤A5、判断当前选取的中继节点是否为发射功率最高或最低的中继节点；如果是，则结束流程；如果不是，则执行步骤A6；

步骤A6、清除之前为当前选取的中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱的第一标识，并判断与上一个选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第一标识的空闲频谱；如果存在，执行步骤A7；如果不存在，将上一个选取的中继节点作为当前选取的中继节点，执行步骤A5；

步骤A7、从与上一个选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为上一个选取的中继节点选择向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的一个没有被标记第一标识的空闲频谱，为该空闲频谱标记第一标识，使用该空闲频谱替换之前为上一个选取的中继节点选择的向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的空闲频谱，并清除之前为上一个选取的中继节点选择的向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的空闲频谱的第一标识，继续选取上一个选取的中继节点的下一个中继节点，并执行步骤A2。

当中继节点采用至少一个空闲频谱向所述目的节点发送子数据时；

所述选择模块12，具体用于针对每个中继节点，确定自身支持的两个以上空闲频谱，与该中继节点支持的至少一个空闲频谱的交集；

根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用贪心算法，确定为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱。

所述选择模块12，进一步用于根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用贪心算法，基于如下步骤确定为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱：

步骤B1、获得每个中继节点的发射功率，并按照发射功率从高到低的顺序或者从低到高的顺序，在第二中继表中对每个中继节点进行排序，并从所述第二中继表中发射功率最低的中继节点开始，依次从所述第二中继表中选取一个中继节点；

步骤B2、判断与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第二标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤B3；如果不存在，则执行步骤B4；

步骤B3、从与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为当前选取的中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的所有没有被标记第二标识的空闲频谱，并为当前选择的所有空闲频谱标记第二标识，并执行步骤B4；

步骤B4、判断第二中继表中是否存在没有被选取的中继节点；如果存在，继续选取下一个中继节点；执行步骤B2，如果不存在，则结束流程。

其中，本发明装置的各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成两个以上子模块。

对于系统/装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合方法，该方法应用于包括源节点、目的节点和实现所述源节点与所述目的节点之间数据传输的两个以上中继节点的网络中，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

所述源节点确定自身支持的两个以上空闲频谱；

所述源节点针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从所述两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱；

所述源节点根据针对每个中继节点选择的空闲频谱，确定选择的空闲频谱的总数量，将数据分割成所述总数量个子数据；

所述源节点通过针对每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱将对应的子数据发送给该中继节点，由该中继节点通过该至少一个空闲频谱将该子数据发送给目的节点；

其中，当中继节点采用一个空闲频谱向所述目的节点发送子数据时，所述源节点针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从所述两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱的过程，具体包括：

所述源节点针对每个中继节点，确定自身支持的两个以上空闲频谱，与该中继节点支持的至少一个空闲频谱的交集；

所述源节点根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用回溯法，确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案，在该空闲频谱组合方案中，为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱不超过一个；

针对每个空闲频谱组合方案，所述源节点根据向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱，预测源节点向每个中继节点发送子数据的传输能量、与每个中继节点向目的节点发送子数据的传输能量之和；

所述源节点选择传输能量之和最小的空闲频谱组合方案，作为向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源节点根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用回溯法，确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案的过程，具体包括：

步骤A1、所述源节点获得每个中继节点的发射功率，并按照发射功率从高到低的顺序或者从低到高的顺序，在第一中继表中对每个中继节点进行排序，并从所述第一中继表中依次选取一个中继节点；

步骤A2、所述源节点判断与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第一标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤A3；如果不存在，则执行步骤A4；

步骤A3、所述源节点从与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为当前选取的中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的一个没有被标记第一标识的空闲频谱，为该空闲频谱标记第一标识，并判断当前选取的中继节点是否为所述第一中继表中的最后一个中继节点；如果不是，则选取下一个中继节点为当前中继节点，执行步骤A2；如果是，则执行步骤A4；

步骤A4、所述源节点将为所有已经选取的中继节点选择的向各中继节点传输数据时采用的空闲频谱作为一个空闲频谱组合方案，并执行步骤A5；

步骤A5、所述源节点判断当前选取的中继节点是否为发射功率最高或最低的中继节点；如果是，则结束流程；如果不是，则执行步骤A6；

步骤A6、所述源节点清除之前为当前选取的中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱的第一标识，并判断与上一个选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第一标识的空闲频谱；如果存在，执行步骤A7；如果不存在，则将上一个选取的中继节点作为当前选取的中继节点，执行步骤A5；

步骤A7、所述源节点从与上一个选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为上一个选取的中继节点选择向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的一个没有被标记第一标识的空闲频谱，为该空闲频谱标记第一标识，使用该空闲频谱替换之前为上一个选取的中继节点选择的向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的空闲频谱，并清除之前为上一个选取的中继节点选择的向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的空闲频谱的第一标识，继续选取上一个选取的中继节点的下一个中继节点为当前中继节点，并执行步骤A2。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当中继节点采用至少一个空闲频谱向所述目的节点发送子数据时，所述源节点针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从所述两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱的过程，具体包括：

所述源节点针对每个中继节点，确定自身支持的两个以上空闲频谱，与该中继节点支持的至少一个空闲频谱的交集；

所述源节点根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用贪心算法，确定为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述源节点根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用贪心算法，确定为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱的过程，具体包括：

步骤B1、所述源节点获得每个中继节点的发射功率，并按照发射功率从高到低的顺序或者从低到高的顺序，在第二中继表中对每个中继节点进行排序，并从所述第二中继表中发射功率最低的中继节点开始，依次从所述第二中继表中选取一个中继节点；

步骤B2、所述源节点判断与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第二标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤B3；如果不存在，则执行步骤B4；

步骤B3、所述源节点从与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为当前选取的中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的所有没有被标记第二标识的空闲频谱，并为当前选择的所有空闲频谱标记第二标识，并执行步骤B4；

步骤B4、所述源节点判断第二中继表中是否存在没有被选取的中继节点；如果存在，继续选取下一个中继节点；执行步骤B2，如果不存在，则结束流程。

5.一种认知中继网络中面向节能的频谱聚合装置，作为源节点应用于包括所述源节点、目的节点和实现所述源节点与所述目的节点之间数据传输的两个以上中继节点的网络中，其特征在于，所述源节点具体包括：

确定模块，用于确定自身支持的两个以上空闲频谱；

选择模块，用于针对每个中继节点，根据该中继节点支持的空闲频谱，从所述两个以上空闲频谱中，选择向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱；

分割模块，用于根据针对每个中继节点选择的空闲频谱，确定选择的空闲频谱的总数量，将数据分割成所述总数量个子数据；

发送模块，用于通过针对每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱将对应的子数据发送给该中继节点，由该中继节点通过该至少一个空闲频谱将该子数据发送给目的节点；

其中，当中继节点采用一个空闲频谱向所述目的节点发送子数据时；

所述选择模块，具体用于针对每个中继节点，确定自身支持的两个以上空闲频谱，与该中继节点支持的至少一个空闲频谱的交集；

根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用回溯法，确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案，在该空闲频谱组合方案中，为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱不超过一个；

针对每个空闲频谱组合方案，根据向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱，预测源节点向每个中继节点发送子数据的传输能量、与每个中继节点向目的节点发送子数据的传输能量之和；选择传输能量之和最小的空闲频谱组合方案，作为向每个中继节点传输数据时采用的空闲频谱。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述选择模块，进一步用于根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用回溯法，基于如下步骤确定进行数据传输的每个空闲频谱组合方案：

步骤A1、获得每个中继节点的发射功率，并按照发射功率从高到低的顺序或者从低到高的顺序，在第一中继表中对每个中继节点进行排序，并从所述第一中继表中依次选取一个中继节点；

步骤A2、判断与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第一标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤A3；如果不存在，则执行步骤A4；

步骤A3、从与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为当前选取的中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的一个没有被标记第一标识的空闲频谱，为该空闲频谱标记第一标识，判断当前选取的中继节点是否为所述第一中继表中的最后一个中继节点；如果不是，则选取下一个中继节点为当前中继节点，执行步骤A2；如果是，执行步骤A4；

步骤A4、将为所有已经选取的中继节点选择的向各中继节点传输数据时采用的空闲频谱作为一个空闲频谱组合方案，并执行步骤A5；

步骤A5、判断当前选取的中继节点是否为发射功率最高或最低的中继节点；如果是，则结束流程；如果不是，则执行步骤A6；

步骤A6、清除之前为当前选取的中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的空闲频谱的第一标识，并判断与上一个选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第一标识的空闲频谱；如果存在，执行步骤A7；如果不存在，将上一个选取的中继节点作为当前选取的中继节点，执行步骤A5；

步骤A7、从与上一个选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为上一个选取的中继节点选择向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的一个没有被标记第一标识的空闲频谱，为该空闲频谱标记第一标识，使用该空闲频谱替换之前为上一个选取的中继节点选择的向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的空闲频谱，并清除之前为上一个选取的中继节点选择的向该上一个选取的中继节点传输数据时采用的空闲频谱的第一标识，继续选取上一个选取的中继节点的下一个中继节点，并执行步骤A2。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，当中继节点采用至少一个空闲频谱向所述目的节点发送子数据时；

所述选择模块，具体用于针对每个中继节点，确定自身支持的两个以上空闲频谱，与该中继节点支持的至少一个空闲频谱的交集；

根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用贪心算法，确定为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述选择模块，进一步用于根据确定的与每个中继节点支持的空闲频谱的交集，采用贪心算法，基于如下步骤确定为每个中继节点选择的向该中继节点传输数据时采用的至少一个空闲频谱：

步骤B1、获得每个中继节点的发射功率，并按照发射功率从高到低的顺序或者从低到高的顺序，在第二中继表中对每个中继节点进行排序，并从所述第二中继表中发射功率最低的中继节点开始，依次从所述第二中继表中选取一个中继节点；

步骤B2、判断与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中是否存在没有被标记第二标识的空闲频谱；如果存在，则执行步骤B3；如果不存在，则执行步骤B4；

步骤B3、从与当前选取的中继节点支持的空闲频谱的交集中为当前选取的中继节点选择向该中继节点传输数据时采用的所有没有被标记第二标识的空闲频谱，并为当前选择的所有空闲频谱标记第二标识，并执行步骤B4；

步骤B4、判断第二中继表中是否存在没有被选取的中继节点；如果存在，继续选取下一个中继节点；执行步骤B2，如果不存在，则结束流程。