CN106358258A - 协作中继节点的选择方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种协作中继节点选择方法及装置，所述方法包括：接收至少一个中继节点广播的协作功率和协作功率定价信息；根据接收到的协作功率和协作功率定价信息，获取将所述至少一个中继节点中的每一个中继节点分别作为协作中继节点可获得的收益；将获得的收益值最大的中继节点作为协作中继节点。实施本公开，可快速获得各源‑目的节点对的协作中继节点；根据中继节点的协作功率和协作功率定价信息，进行协作中继节点的确定，并且将可获得最大收益的中继节点作为协作中继节点，可降低通信成本，提高安全通信效率。

Description

协作中继节点的选择方法及装置

技术领域

本公开涉及物理层安全中继通信技术领域，具体地，涉及一种协作中继节点选择方法及装置。

背景技术

利用无线媒介广播特性，无线通信源节点可在发射机覆盖范围内选择节点作为中继节点。中继节点基于不同协作策略，辅助源节点到目的节点信息传输。如解码前传(decode-and-forward，DF)、放大前传(amplify-and-forward，AF)等，这样的传输方式，可以显著降低系统能耗、提升频谱效率、增强传输可靠性并扩展网络覆盖范围等。

当网络中传输信息具有保密性约束时，中继协作还可以用于增强信息传输安全，比如基于AF和DF协作策略的主信道信号增强等。

在选择中继节点时，需要考虑中继节点的非信任或不可信及其带来的窃听安全威胁。而且中继节点协作目的节点和源节点的通信，需要付出功率、时间等开销。因此，在选择中继节点时，除了安全性考虑，还需要结合考虑通信成本和效率。

相关技术中的中继节点选择方法，并未很好的解决中继节点在选择时所面临的安全性、成本和效率等问题。

发明内容

本公开的目的是提供一种协作中继节点选择方法及装置，以解决中继节点在选择时所面临的成本和效率的问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种协作中继节点选择方法，应用于源 节点或目的节点，包括：

接收至少一个中继节点广播的协作功率和协作功率定价信息；

根据接收到的协作功率和协作功率定价信息，获取将所述至少一个中继节点中的每一个中继节点分别作为协作中继节点可获得的收益；

将获得的收益值最大的中继节点作为协作中继节点。

在一个实施例中，所述方法还包括：

向所述协作中继节点发送协作请求；

根据所述协作中继节点反馈的协作确认信息，与所述协作中继节点完成配对。

在一个实施例中，在预设条件下，所述协作中继节点接收到的协作请求个数为1时，反馈所述协作确认信息。

在一个实施例中，所述收益为：

其中，η为单位安全速率价值，为中继节点作为源节点S_i的协作中继节点的安全速率增益，β_iq为所述协作功率定价信息，为所述协作功率。

在一个实施例中，所述安全速率增益与中继节点作为源节点S_i的协作中继节点的可达安全速率相等。

在一个实施例中，所述可达安全速率为：

$C_{i,q}^{S_i{D}_i}==\frac{1}{2}{\[{\log }_2(1+\frac{P_{S_i}{P}_{R_u^q}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{SR}{\mathrm{\γ}}_i^{RD}}{1+P_{S_i}{\mathrm{\γ}}_i^{SR}+P_{R_u^q}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{RD}+P_{D_i}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{DR}})-{\log }_2(1+\frac{P_{S_i}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{SR}}{1+P_{D_i}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{DR}})\]}^{+}$

其中，[x]⁺＝max{0,x}，为源节点S_i的信号传输功率，为目的节点D_i的信号传输功率，其中，σ²表示系统噪声功率，表示源节点S_i与中继节点间的信道增益， 和表示中继节点与目的节点D_i间的信道增益。

在一个实施例中，所述协作功率定价信息为：

β＝c/P

其中，c为中继节点的最小协作成本，P为中继节点的协作功率。

第二方面，提供一种协作中继节点选择方法，应用于中继节点，包括：

获取协作功率和预设最小协作成本；

根据所述协作功率和预设最小协作成本，确定协作功率定价信息；

向至少一个源节点广播所述协作功率和所述协作功率定价信息，以供所述源节点根据接收到的所述协作功率和所述协作功率定价信息，获取收益值并将收益值最大的中继节点作为协作中继节点。

在一个实施例中，所述方法还包括：

接收源节点发送的协作请求；

在预设条件内，确定接收到的协作请求的个数；以及

当所述协作请求的个数为1时，向发送所述协作请求的源节点发送协作确认信息；

当所述协作请求的个数为至少2个时，根据预设增量更新所述协作功率定价信息，并广播协作功率及更新后的协作功率定价信息；

当所述协作请求的个数为0时，在预设时间内保持停止接收信号。

在一个实施例中，所述协作功率定价信息为：

β＝c/P

其中，c为中继节点的最小协作成本，P为中继节点的协作功率。

第三方面，提供一种协作中继节点选择装置，应用于源节点或目的节点，包括：

接收模块，用于接收至少一个中继节点广播的协作功率和协作功率定价信息；

确定模块，用于根据接收到的协作功率和协作功率定价信息，获取将所 述至少一个中继节点中的每一个中继节点分别作为协作中继节点可获得的收益；

协作中继节点选择模块，用于将获得的收益值最大的中继节点作为协作中继节点。

在一个实施例中，所述装置还包括：

发送协作请求发送模块，用于向所述协作中继节点发送协作请求；

配对模块，用于根据所述协作中继节点反馈的协作确认信息，与所述协作中继节点完成配对。

第四方面，提供一种协作中继节点选择装置，应用于中继节点，包括：

获取模块，用于获取协作功率和预设最小协作成本；

协作功率定价信息确定模块，用于根据所述协作功率和预设最小协作成本，确定协作功率定价信息；

广播模块，用于向至少一个源节点广播协作功率及协作功率定价信息，以供所述源节点根据接收到的所述协作功率和所述协作功率定价信息，将收益值最大的中继节点作为协作中继节点。

在一个实施例中，所述装置还包括：

协作请求接收模块，用于接收源节点发送的协作请求；

协作请求确定模块，用于在预设条件内，确定接收到的协作请求的个数；以及

协作确认信息发送模块，用于当所述协作请求的个数为1时，向发送所述协作请求的源节点发送协作确认信息；

更新模块，用于当所述协作请求的个数为至少2个时，根据预设增量更新所述协作功率定价信息，并广播协作功率及更新后的协作功率定价信息；

停止接收模块，用于当所述协作请求的个数为0时，在预设时间内保持停止接收信号。

通过上述技术方案，可快速获得各源-目的节点对的非信任协作中继节点，以及非信任中继节点的协作功率定价信息；根据非信任中继节点的协作功率和协作功率定价信息，进行非信任协作中继节点的确定，并且将可获得最大收益的非信任中继节点作为协作中继节点，可降低通信成本，提高通信效率；同时，由于在进行收益值的确定时，考虑了中继节点的可达安全速率，选择最优的中继节点，可以降低窃听风险；且非信任中继节点在被选为协作中继后执行联合中继传输，未被选为协作中继节点的非信任中继节点则处于停止接收信号状态，以节省功耗；非信任中继节点参与协作可获得与发射功率成比例的功率开销补偿(收益)；多对源-目的节点对与多个非信任中继节点执行基于稳定匹配的相互配对选择；可以快速获得源-目的节点的协作节点及对应非信任协作中继节点协作功率定价，收敛速度快、计算量小，易于实现。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开实施例的包含源节点、目的节点和非信任中继节点的通信网络拓扑结构示意图；

图2是本公开一实施例的非信任协作中继节点选择方法的流程示意图；

图3是本公开一实施例的非信任协作中继节点选择方法的流程示意图；

图4是本公开另一实施例的非信任协作中继节点选择方法的流程示意图；

图5是本公开另一实施例的非信任协作中继节点选择方法的流程示意图；

图6是本公开又一实施例的非信任协作中继节点选择方法的流程示意图；

图7是本公开一实施例的源节点、目的节点及非信任中继节点随机分布场景图；

图8是按照图7所示的场景，采用本公开实施例的非信任协作中继节点的选择方法与随机配对进行性能比较的比较结果示意图；

图9是本公开一实施例的非信任协作中继节点选择装置的结构示意图；

图10是本公开另一实施例的非信任协作中继节点选择装置的结构示意图；

图11是根据一示例性实施例示出的一种用于终端的非信任协作中继节点选择装置的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

参见图1，为本公开实施例的包含源节点、目的节点和非信任中继节点的通信网络拓扑结构示意图。

本公开实施例的通信网络100包括：M对有保密通信需求但无直达链路的源-目的节点用户对其中，源节点集101包括M个源节点，源节点集目的节点集102包括M个目的节点，目的节点集 M个源节点与M个目的节点一一对应。

参见图1，通信网络100还包括：非信任中继节点集103。非信任中继节点集103包括N_u(≥M)个非信任中继节点，

在本公开的一实施例中，每对源-目的节点被分配频域正交信道以实现通信。源-目的节点可基于非信任中继协作物理层安全通信协议通信，例如，目的节点干扰通信协议，而非信任中继协作策略可为放大前传。

在本公开的一实施例中，源节点和目的节点可基于固定发射功率。在本公开的一实施例中，任意源-目的节点仅选择单个非信任中继节点作为协作中继节点，任意非信任协作中继节点仅协作一对源-目的节点。

参见图1，当源-目的节点对进行通信时，实线所示为第一时隙传输过程，即源节点传输需保密的目标信息到非信任协作中继节点，而目的节点传输高斯噪声信号到非信任协作中继节点的过程。

虚线所示为第二时隙传输过程，即非信任协作中继节点对第一时隙接收到的信号执行归一化与放大前传处理后发送给目的节点的过程。目的节点接收到非信任协作中继节点发送的信息后，执行自干扰消除与保密消息解码获得目标信息。

由于非信任协作中继节点的选择，需要结合安全性和通信效率等，本公开实施例考虑了非信任中继节点参与协作的功率补偿、多对源-目的节点与多个非信任中继节点基于匹配机制相互配对选择，以提高非信任中继节点选择的安全性、效率等。

参见图2，为本公开一实施例的非信任协作中继节点的选择方法的流程示意图。该非信任中继节点选择方法应用于源节点或目的节点，其包括以下步骤：

在步骤S20中，接收至少一个非信任中继节点广播的协作功率及协作功率定价信息。

非信任中继节点向处于通信范围内的源节点或/或目的节点广播其可提供的协作功率和协作功率定价信息。应理解，本公开实施例中，非信任中继节点可向源节点广播协作功率及协作功率定价信息，由源节点根据这些信息进行后续的处理；非信任中继节点可也可向目的节点广播协作功率及协作功率定价信息，由目的节点根据这些信息进行后续的处理；非信任中继节点还可同时向源节点和目的节点广播这些信息，由源节点和目的节点中的任一者 进行后续的处理。以下实施例中，将以非信任中继节点向源节点广播协作功率及协作功率定价信息为实施例进行说明。应理解，目的节点接收到信息后的处理方式和源节点是相同的。

由于，非信任中继节点作为协作中继节点参与源-目的节点的通信时，需要付出功率开销，因此，非信任中继节点可预设协作功率定价信息，用于对功率开销进行衡量。

在一个实施例中，非信任中继节点的初始协作功率定价信息为：

${\mathrm{\β}}_{iq}={\mathrm{\β}}_{q,\min }=c_q/P_{R_u^q},\∀i=1,...,M,q=1,...,N_u---\left(1\right)$

其中，M为源-目的节点对的个数，N_u为中继节点的个数，为非信任中继节点的协作功率，c_q为非信任中继节点的预设最小协作成本。在本公开的实施例中，可设置协作功率定价的增量为ε，则β_iq＝β_iq+ε，即非信任中继节点的协作功率定价信息可依据增量ε不断调整。在一个实施例中，ε>0且足够小。

在步骤S21中，根据接收到的协作功率和协作功率定价信息，获取将所述至少一个非信任中继节点中的每一个非信任中继节点分别作为协作中继节点可获得的收益。

首先，源节点根据接收到的中继节点发送的信息，确定最优非信任中继节点集合Ω_i(β)。

最优非信任中继节点集合Ω_i(β)定义为：

其中，为N_u个具有协作意愿的非信任中继节点集合， 为源-目的节点对(S_i,D_i)将非信任中继节点作为协作中继节点时，可获得的收益值，定义为：

其中，η>0，用于表征源-目的节点对(S_i,D_i)的单位安全速率价值，其由源-目的节点间传输消息的重要性和单位速率的价值等决定，可设置为1、2等值。在一个实施例中，η取常数值1。

表示源-目的节点对(S_i,D_i)基于非信任中继节点协作的安全速率增益。在本公开的实施例中，安全速率增益与可达安全速率相等。可达安全速率是源-目的节点对(S_i,D_i)在非信任中继节点协作下的可达安全速率，定义为：

$C_{i,q}^{S_i{D}_i}==\frac{1}{2}{\[{\log }_2(1+\frac{P_{S_i}{P}_{R_u^q}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{SR}{\mathrm{\γ}}_i^{RD}}{1+P_{S_i}{\mathrm{\γ}}_i^{SR}+P_{R_u^q}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{RD}+P_{D_i}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{DR}})-{\log }_2(1+\frac{P_{S_i}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{SR}}{1+P_{D_i}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{DR}})\]}^{+}---\left(4\right)$

其中，[x]⁺＝max{0,x}，为源节点S_i的信号传输功率，为目的节点D_i的信号传输功率，其中，σ²表示系统噪声功率，可为估计值，例如，-174dbm。表示源节点S_i与非信任中继节点间的信道增益，和表示非信任中继节点与目的节点D_i间的信道增益。

在本公开的实施例中，(或)与路径损耗、阴影衰落、多径衰落等相关。在一个实施例中，可由非信任中继节点执行信道估计获得，例如，由非信任中继节点发送一个参考信号给源节点(或目的节点)，并根据源节点(或目的节点)返回的信号进行估计获得。

在步骤S22中，将获得的收益值最大的非信任中继节点作为协作中继节点。

由此，本公开实施例的非信任协作中继节点的选择方法根据非信任中继节点的功率信息和协作功率定价信息，进行协作中继节点的确定，并且将可 获得最大收益的非信任中继节点作为协作中继节点，可降低通信成本，提高通信效率；同时，由于在进行收益值的确定时，考虑了中继节点的可达安全速率，选择最优的非信任中继节点，可以降低窃听风险。

参见图3，本公开一实施例的非信任协作中继节点选择方法还包括：

在步骤S31中，向非信任协作中继节点发送协作请求。

在步骤S32中，根据非信任协作中继节点反馈的协作确认信息，与非信任协作中继节点完成配对。

源节点将可获得最大收益的非信任中继节点，作为协作中继节点，向其发送协作请求。

在本公开的实施例中，若源节点S_i选择的非信任协作中继节点仅收到了一个协作请求，则配对成功，该非信任协作中继节点向源节点S_i发送协作确认信息，以建立和源-目的节点对(S_i,D_i)之间的中继连接。

若源节点S_i选择的非信任协作中继节点收到的协作请求为2个或2个以上，则该非信任协作中继节点按照预设的协作功率定价的增量ε增加协作功率定价，并重新进行协作功率和协作功率定价信息的广播。源节点需要根据广播信息，重新进行待协作中继节点的确认。

在本公开的实施例中，若非信任中继节点在预设时间内，并未接收到协作请求，则退出匹配，并在预设时间内保持停止接收信号的状态。

由此，本公开实施例中，多对源-目的节点对与多个非信任中继节点执行基于稳定匹配的相互配对选择；非信任中继节点可根据协作请求的数量，调整协作功率定价信息；非信任中继节点在被选为协作中继后执行联合中继传输，未被选为协作中继节点的非信任中继节点则处于停止接收信号状态，以节省功耗。

参见图4，为本公开另一实施例的非信任协作中继节点选择方法的流程 示意图。该非信任中继节点选择方法应用于非信任中继节点，其包括以下步骤：

在步骤S41中，获取协作功率和预设最小协作成本。

在步骤S42中，根据所述协作功率和预设最小协作成本，确定协作功率定价信息。

在一个实施例中，如上式1所示，非信任中继节点的协作功率定价信息为：

${\mathrm{\β}}_{iq}={\mathrm{\β}}_{q,\min }=c_q/P_{R_u^q},\∀i=1,...,M,q=1,...,N_u$

其中，M为源-目的节点对的个数，N_u为非信任中继节点的个数，为非信任中继节点的协作功率，c_q为非信任中继节点的最小协作成本。在本公开的实施例中，可设置协作功率定价信息的增量为ε，则β_iq＝β_iq+ε，即非信任中继节点的协作功率定价信息可依据增量ε不断调整。在一个实施例中，ε>0且足够小。

在步骤S43中，向至少一个源节点广播协作功率和协作功率定价信息，以供所述源节点根据接收到的所述协作功率和所述协作功率定价信息，获取收益值并将收益值最大的非信任中继节点作为协作中继节点。

源节点按照上述步骤S21和步骤S22进行协作中继节点的确认，在此不再赘述。

参见图5，本公开实施例应用于非信任协作中继节点选择方法还包括：

在步骤S51中，接收源节点发送的协作请求。

如上述步骤S31所述，源节点根据收益值确定向哪个非信任中继节点发送协作请求信息。

在步骤S52中，在预设条件内，确定接收到的协作请求的个数。

在步骤S53中，当协作请求的个数为1时，向发送协作请求的源节点发送协作确认信息。

在步骤S54中，当协作请求的个数为至少2个时，根据预设增量更新协作功率定价信息，并广播协作功率及更新后的协作功率定价信息。

在步骤S55中，当协作请求的个数为0时，在预设时间内保持停止接收信号。

在本公开的实施例中，如式5所示，若非信任中继节点接收到源节点S_i发送的协作请求信息，则将a_iq的值置为1，否则置为0。

在预设条件内，若则非信任中继节点接收到了多个源节点发送的协作请求信息，非信任中继节点按照预设的协作功率定价的增量ε增加协作功率定价，并重新进行协作功率和协作功率定价信息的广播。源节点需要根据广播信息，重新进行待协作中继节点的确认。在此种情况下，非信任中继节点不与任何源节点配对成功。

在预设条件内，若则非信任中继节点仅接收到源节点S_i发送的协作请求，非信任中继节点向其返回协作确认信息，源-目的节点(S_i,D_i)与非信任中继节点配对成功，非信任中继节点执行中继传输。

在预设条件内，则无源节点向非信任中继节点发送协作请求，则非信任中继节点的协作功率定价保持不变，并且非信任中继节点退出匹配，并在一定时间内保持停止接收信号的状态。由此，未接收到协作请求的非信任中继节点，将在一定时间内保持停止接收信号，节省功耗能量。

在本公开的实施例中，预设条件可为预设时间或所有源-目的节点对都匹配到了中继节点。在一个实施例中，将未实现配对的所有非信任中继节点组成第一列表将未实现配对的源-目的节点对组成第二列表则当非信任中继节点和源-目的节点对(S_i,D_i)配对后，则分别从第一列表和第二列表中删除非信任中继节点和源-目的节点对(S_i,D_i)。且若源节点S_i在步骤S22中未获取到非信任协作中继节点，则也将源-目的节点对(S_i,D_i)从第二列表中删除。由此，当第二列表为空时即满足预设条件，即在第二列表为空时，确定是大于1、等于1或等于0，并执行相应的操作。

在另一些实施例中，为了保证配对效率，可将预设条件设为预设时间，则当预设时间到时，即确定是大于1、等于1或等于0，并执行相应的操作。

在本公开的实施例中，非信任中继节点协作源-目的节点对(S_i,D_i),i＝1,...,M进行中继传输，可获得功率开销补偿如式(6)所示。

$U_{i,R_u^q}({\mathrm{\β}}_{iq},P_{R_u^q})={\mathrm{\β}}_{iq}{P}_{R_u^q}-c_q---\left(6\right)$

其中，M为网络中有安全通信需求的源-目的节点用户对数目，β_iq为非信任中继节点协作源-目的节点对(S_i,D_i)的协作功率定价信息，为非信任中继节点的协作功率，c_q为非信任中继节点的最小协作成本。由此，非信任中继节点可获取到参与中继协作可获得的收益。

本公开实施例的非信任协作中继节点选择方法，根据非信任中继节点的协作功率和协作功率定价信息，进行协作中继节点选择，并且将可获得最大收益的非信任中继节点作为协作中继节点，可降低通信成本，提高通信效率；同时，由于在进行收益值的确定时，考虑了源-目的节点可达安全速率，选择最优的非信任中继节点，可以降低窃听风险；且非信任中继节点在被选为协作中继后执行联合中继传输，未被选为协作中继节点的非信任中继节点则处于停止接收信号状态，以节省功耗；非信任中继节点参与协作可获得与发 射功率成比例的功率开销补偿(收益)；多对源-目的节点对与多个非信任中继节点执行基于稳定匹配的相互配对选择；可以快速获得源-目的节点的协作节点及对应的非信任协作中继节点协作功率定价，收敛速度快、计算量小，易于实现。

参见图6，是本公开又一实施例的非信任协作中继节点选择方法的流程示意图，其包括以下步骤：

在步骤S61，确定通信网络中的未实现配对的非信任中继节点、源节点和目标节点。

在本公开的实施例中，根据通信范围确定通信网络中包括的非信任中继节点、源节点和目标节点。

在一个实施例中，将通信网络中未实现配对的所有非信任中继节点组成第一列表将未实现配对的源-目的节点对组成第二列表其中，M为通信网络中源-目的节点对的个数，N_u为通信网络中非信任中继节点的个数。将第一列表和第二列表进行存储。

应理解，该步骤可由服务端执行，或者由源节点、目的节点、非信任中继节点中的任一者执行确定后，共享给其它的源节点、目的节点或非信任中继节点。

在步骤S62中，各非信任中继节点根据协作功率和预设最小协作成本，确定非信任中继节点的协作功率定价信息。

在一个实施例中，各个非信任中继节点可确定自身的协作功率定价信息和协作功率定价信息的增量信息。

各非信任中继节点的初始协作功率定价信息为：

${\mathrm{\β}}_{iq}={\mathrm{\β}}_{q,\min }=c_q/P_{R_u^q},\∀i=1,...,M,q=1,...,N_u$

其中，在本公开的实施例中，每个非信任中继节点可设置自身的协作功 率定价的增量为ε，则β_iq＝β_iq+ε，即非信任中继节点的协作功率定价信息可依据增量ε不断调整。在一个实施例中，ε>0且足够小。在本公开的实施例中，协作功率定价信息和非信任中继节点参与协作的功率开销相关。

在步骤S63中，非信任中继节点广播协作功率及其协作功率定价信息到所有源节点。

在步骤S64中，每个源节点确定其最优备选非信任中继节点集合Ω_i(β)。

最优备选非信任中继节点集合Ω_i(β)定义为：

其中，为N_u个具有协作意愿的非信任中继节点集合， 为源-目的节点对(S_i,D_i)将非信任中继节点作为协作中继节点时，可获得的收益值，定义为：

其中，η>0，用于表征源-目的节点对(S_i,D_i)的单位安全速率价值，其由源-目的节点间传输消息的重要性和单位速率的价值等决定，可设置为1、2等值。在一个实施例中，η取常数值1。

表示源-目的节点对(S_i,D_i)基于非信任中继节点协作的安全速率增益。在本公开的实施例中，安全速率增益与可达安全速率相等。可达安全速率是源-目的节点对(S_i,D_i)在非信任中继节点协作下的可达安全速率，定义为：

$C_{i,q}^{S_i{D}_i}==\frac{1}{2}{\[{\log }_2(1+\frac{P_{S_i}{P}_{R_u^q}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{SR}{\mathrm{\γ}}_i^{RD}}{1+P_{S_i}{\mathrm{\γ}}_i^{SR}+P_{R_u^q}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{RD}+P_{D_i}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{DR}})-{\log }_2(1+\frac{P_{S_i}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{SR}}{1+P_{D_i}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{DR}})\]}^{+}$

其中，[x]⁺＝max{0,x}，为源节点S_i的信号传输功率，为目的节点D_i的信号传输功率，其中，σ²表示系统噪声功率，可为估计值，例如，-174dbm。表示源节点S_i与非信任中继节点间的信道增益，(或)表示非信任中继节点与目的节点D_i间的信道增益。

在步骤S65中，源节点根据最优非信任中继节点集合，执行相应的操作。若Ω_i(β)为空集，则从第二列表MATCHLIST_SD中移除(S_i,D_i)；否则，源节点S_i向集合Ω_i(β)中的非信任中继发送协作请求。

在步骤S66中，非信任中继节点根据接收到的协作请求，执行相应的操作。

在本公开的实施例中，如式5所示，若非信任中继节点接收到源节点S_i发送的协作请求信息，则将的值置为1，否则置为0。

在预设条件内，若则非信任中继节点接收到了多个源节点发送的协作请求信息，非信任中继节点按照预设的协作功率定价的增量ε增加协作功率定价，并重新进行协作功率和协作功率定价信息的广播。源节点需要根据广播信息，重新进行待协作非信任中继节点的确认。在此种情况下，非信任中继节点不与任何源节点配对成功。

在预设条件内，若则非信任中继节点仅接收到源节点S_i发送的协作请求，非信任中继节点向其返回协作确认信息，源-目的节点(S_i,D_i)与非信任中继节点配对成功，非信任中继节点执行中继传输。

在预设条件内，则无源节点向非信任中继节点发送协作请求，则非信任中继节点的协作功率定价保持不变，并且非信任中继节点退出匹配，并在一定时间内保持停止接收信号的状态。由此，未接收到协作 请求的非信任中继节点，将在一定时间内保持停止接收信号，节省功耗能量。

在本公开的实施例中，预设条件可为预设时间或所有源-目的节点对都匹配到了非信任中继节点。在一个实施例中，将未实现配对的所有非信任中继节点组成第一列表将未实现配对的源-目的节点对组成第二列表则当非信任中继节点和源-目的节点对(S_i,D_i)配对后，则分别从第一列表和第二列表中删除非信任中继节点和源-目的节点对(S_i,D_i)。且若源节点S_i在步骤S22中未获取到协作中继节点，则也将源-目的节点对(S_i,D_i)从第二列表中删除。由此，当第二列表为空时即满足预设条件，即在第二列表为空时，确定是大于1、等于1或等于0，并执行相应的操作。

在步骤S67中，若第二列表为空集，则结束，否则执行步骤S63。

在本公开的实施例中，源节点接收到非信任中继节点反馈的协作确认信息后，确定与该非信任中继节点的配对成功，并将配对结果返回给非信任中继节点。非信任中继节点可将配对结果发送给目的节点，以使目的节点后续可接收来自非信任中继协作节点的中继信息。配对结果中可包括源节点的信息、目的节点的信息和非信任中继节点的信息。

完成配对的非信任中继节点的协作中继功率定价信息可作为该非信任中继节点在以后的配对中的参考。

参见图7为本公开一实施例的源节点、目的节点及非信任中继节点随机分布场景图。其中，源-目的节点对数目M＝8，非信任中继节点数量取值分别为N_u∈{5,8,10,12,15,18,20}，此外，设η＝1，ε＝0.015。

参见图8，按照图7所示的场景，采用本公开实施例的非信任协作中继节点选择方法与随机配对进行性能比较的比较结果。随机配对的基本思想为： 各对源-目的节点随机选择独立非信任中继节点执行中继协作传输。图8中，y轴坐标为系统收益，即所有源-目的节点对的收益之和，X轴坐标为非信任中继节点的数目。通过图8可得，本公开实施例的非信任中继节点选择方法相对于随机配对法(图8中箭头所示为随机配对，另一条为本公开实施例的方法所取得的系统效用和)而言能显著优化系统和效用。

本公开实施例的非信任协作中继节点选择方法可快速获得各源-目的节点对的协作中继节点，以及非信任中继节点的协作功率定价信息；根据非信任中继节点的协作功率和协作功率定价信息，进行协作中继节点的确定，并且将可获得最大收益的非信任中继节点作为协作中继节点，可降低通信成本，提高通信效率；同时，由于在进行收益值的确定时，考虑了源-目的可达安全速率，选择最优的非信任中继节点，可以降低窃听风险；且非信任中继节点在被选为协作中继后执行联合中继传输，未被选为协作中继节点的非信任中继节点则处于停止接收信号状态，以节省功耗；非信任中继节点参与协作可获得与发射功率成比例的功率开销补偿(收益)；多对源-目的节点对与多个非信任中继节点执行基于稳定匹配的相互配对选择；可以快速获得源-目的节点的非信任协作节点及对应协作中继节点协作功率定价，收敛速度快、计算量小，易于实现。

本公开实施例的协作中继节点的选择方法可适用于多源-目的节点对网络拓扑、单源-多目的节点网络拓扑以及多源-单目的节点网络拓扑。

参见图9，为本公开一实施例的非信任协作中继节点的选择装置的结构示意图，该装置900应用于源节点或目的节点，包括：

接收模块901，用于接收至少一个非信任中继节点广播的协作功率和协作功率定价信息；

确定模块902，用于根据接收到的协作功率和协作功率定价信息，获取将所述至少一个非信任中继节点中的每一个非信任中继节点分别作为协作 中继节点可获得的收益；

协作中继节点选择模块903，用于将获得的收益值最大的非信任中继节点作为协作中继节点。

在一个实施例中，装置900还包括：

发送协作请求发送模块904，用于向所述非信任协作中继节点发送协作请求；

配对模块905，用于根据所述非信任协作中继节点反馈的协作确认信息，与所述非信任协作中继节点完成配对。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

参见图10，为本公开另一实施例的非信任协作中继节点选择装置的结构示意图，该装置1000应用于非信任中继节点，其包括：

获取模块1001，用于获取协作功率和预设最小协作成本；

协作功率定价信息确定模块1002，用于根据所述协作功率和预设最小协作成本，确定协作功率定价信息；

广播模块1003，用于向至少一个源节点广播协作功率及协作功率定价信息，以供所述源节点根据接收到的所述协作功率和所述协作功率定价信息，将收益值最大的非信任中继节点作为协作中继节点。

在一个实施例中，装置1000还包括：

协作请求接收模块1004，用于接收源节点发送的协作请求；

协作请求确定模块1005，用于在预设条件内，确定接收到的协作请求的个数；以及

协作确认信息发送模块1006，用于当所述协作请求的个数为1时，向发送所述协作请求的源节点发送协作确认信息；

更新模块1007，用于当所述协作请求的个数为至少2个时，根据预设增 量更新所述协作功率定价信息，并广播协作功率及更新后的协作功率定价信息；

停止接收模块1008，用于当所述协作请求的个数为0时，在预设时间内保持停止接收信号。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

图11是根据一示例性实施例示出的一种用于终端的协作中继节点的选择装置1100的框图，该装置1100可以是源节点、目的节点或中继节点。如图11所示，该装置1100可以包括：处理器1101，存储器1102，多媒体组件1103，输入/输出(I/O)接口1104以及通信组件1105等。

其中，处理器1401用于控制该装置1100的整体操作，以完成上述的用于终端的深度信息获取方法中的全部或部分步骤。存储器1102用于存储各种类型的数据以支持在该装置1100的操作，这些数据的例如可以包括用于在该装置1100上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器1102可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

多媒体组件1103可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储 在存储器1102或通过通信组件1105发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。

I/O接口1104为处理器1101和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。

通信组件1105用于该装置1100与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near Field Communication，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件1105可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块，移动通信模块等。

在一示例性实施例中，装置1100可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的协作中继节点的选择方法。

在另一示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器1102，上述指令可由装置1100的处理器1101执行以完成上述的用于终端的深度信息获取方法。示例地，该非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

流程图中或在本公开的实施例中以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本公开实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能 按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本公开的实施例所述技术领域的技术人员所理解。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (14)

1.一种协作中继节点的选择方法，应用于源节点或目的节点，其特征在于，包括：

接收至少一个中继节点广播的协作功率和协作功率定价信息；

根据接收到的协作功率和协作功率定价信息，获取将所述至少一个中继节点中的每一个中继节点分别作为协作中继节点可获得的收益；

将获得的收益值最大的中继节点作为协作中继节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

向所述协作中继节点发送协作请求；

根据所述协作中继节点反馈的协作确认信息，与所述协作中继节点完成配对。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在预设条件下，所述协作中继节点接收到的协作请求个数为1时，反馈所述协作确认信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述收益为：

其中，η为单位安全速率价值，为中继节点作为源节点S_i的协作中继节点的安全速率增益，β_iq为所述协作功率定价信息，为所述协作功率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述安全速率增益与中继节点作为源节点S_i的协作中继节点的可达安全速率相等。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述可达安全速率为：

$C_{i,q}^{S_i{D}_i}==\frac{1}{2}{\[{\log }_2(1+\frac{P_{S_i}{P}_{R_u^q}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{SR}{\mathrm{\γ}}_i^{RD}}{1+P_{S_i}{\mathrm{\γ}}_i^{SR}+P_{R_u^q}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{RD}+P_{D_i}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{DR}})-{\log }_2(1+\frac{P_{S_i}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{SR}}{1+P_{D_i}{\mathrm{\γ}}_{iq}^{DR}})\]}^{+}$

其中，[x]⁺＝max{0,x}，为源节点S_i的信号传输功率，为目的节点D_i的信号传输功率，其中，σ²表示系统噪声功率，表示源节点S_i与中继节点间的信道增益，和表示中继节点与目的节点D_i间的信道增益。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述协作功率定价信息为：

β＝c/P

其中，c为中继节点的最小协作成本，P为中继节点的协作功率。

8.一种协作中继节点的选择方法，应用于中继节点，其特征在于，包括：

获取协作功率和预设最小协作成本；

根据所述协作功率和预设最小协作成本，确定协作功率定价信息；

向至少一个源节点广播所述协作功率和所述协作功率定价信息，以供所述源节点根据接收到的所述协作功率和所述协作功率定价信息，获取收益值并将收益值最大的中继节点作为协作中继节点。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收源节点发送的协作请求；

在预设条件内，确定接收到的协作请求的个数；以及

当所述协作请求的个数为1时，向发送所述协作请求的源节点发送协作确认信息；

当所述协作请求的个数为至少2个时，根据预设增量更新所述协作功率定价信息，并广播协作功率及更新后的协作功率定价信息；

当所述协作请求的个数为0时，在预设时间内保持停止接收信号。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述协作功率定价信息为：

β＝c/P

其中，c为中继节点的最小协作成本，P为中继节点的协作功率。

11.一种协作中继节点的选择装置，应用于源节点或目的节点，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收至少一个中继节点广播的协作功率和协作功率定价信息；

确定模块，用于根据接收到的协作功率和协作功率定价信息，获取将所述至少一个中继节点中的每一个中继节点分别作为协作中继节点可获得的收益；

协作中继节点选择模块，用于将获得的收益值最大的中继节点作为协作中继节点。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

发送协作请求发送模块，用于向所述协作中继节点发送协作请求；

配对模块，用于根据所述协作中继节点反馈的协作确认信息，与所述协作中继节点完成配对。

13.一种协作中继节点的选择装置，应用于中继节点，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取协作功率和预设最小协作成本；

协作功率定价信息确定模块，用于根据所述协作功率和预设最小协作成本，确定协作功率定价信息；

广播模块，用于向至少一个源节点广播协作功率及协作功率定价信息，以供所述源节点根据接收到的所述协作功率和所述协作功率定价信息，将收益值最大的中继节点作为协作中继节点。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

协作请求接收模块，用于接收源节点发送的协作请求；

协作请求确定模块，用于在预设条件内，确定接收到的协作请求的个数；以及

协作确认信息发送模块，用于当所述协作请求的个数为1时，向发送所述协作请求的源节点发送协作确认信息；

更新模块，用于当所述协作请求的个数为至少2个时，根据预设增量更新所述协作功率定价信息，并广播协作功率及更新后的协作功率定价信息；

停止接收模块，用于当所述协作请求的个数为0时，在预设时间内保持停止接收信号。