CN106686734B - 一种基于节点类型的数据与能量协作传输方法及系统 - Google Patents

一种基于节点类型的数据与能量协作传输方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于节点类型的数据与能量协作传输方法及系统，其中方法包括：建立源节点至中继节点、中继节点至目的节点依次连接的链路连接关系；根据链路连接关系及设定的各节点类型将各节点的中继传输过程划分为多个传输时隙，再根据划分的传输时隙在各节点的链路中进行数据信号和/或能量信号的传输。本发明依据网络中节点的不同类型，划分为多个传输时隙，采用差异化的数据和能量协作方式，是未来拥有多种节点类型的协作通信网络的应对之策；由于在中继节点到目的节点的通信中考虑了能量信号的传输，能力较低的目的节点，例如手机终端，因此能够收集能量，提升待机时间，具有重要的应用价值。

Description

一种基于节点类型的数据与能量协作传输方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于节点类型的数据与能量协作传输方法及系统。
背景技术
人们对无线网络能量消耗的日益关注以及地球温度的升高促使人们研发能量效率更高的通信技术。从可再生能源如太阳能、风能、热能和射频(radio frequency,RF)能中获得能量的能量收集(energy harvesting,EH)技术可以驱动通信设备和网络，为实现绿色通信展现了光明的前景。
在非协作通信系统中，目前主要研究了在两个具有能量收集能力的节点A和节点B之间进行数据和能量的双向协作传输，可以从节点A向节点B传输数据或能量，同时也可以从节点B向节点A传输数据或能量。在协作通信网络中，现有研究通常考虑中继节点是具有能量收集能力的节点，而源节点能够获得稳定的电网电力供应，不具备能量收集能力，目的节点即终端设备也不具有能量收集能力，源节点向具有能量收集能力的中继节点传输数据或能量，中继节点与目的节点之间则不能传递能量。未来的无线通信网络将是多种类型节点共存的网络，不同类型的节点的能力存在差异，因此，根据不同类型节点的能力以及特点设计合理的数据与能量协作方法是十分必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于节点类型的数据与能量协作传输方法及系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于节点类型的数据与能量协作传输方法，包括如下步骤：
步骤S1：建立源节点至中继节点、中继节点至目的节点依次连接的链路连接关系；
步骤S2：根据链路连接关系及各节点类型将源节点、中继节点和目的节点的中继传输过程划分为多个传输时隙，再根据划分的传输时隙在源节点、中继节点和目的节点的链路中进行数据信号和/或能量信号的传输。
本发明的有益效果是：依据网络中节点的不同类型，划分为多个传输时隙，采用差异化的数据和能量协作方式，是未来拥有多种节点类型的协作通信网络的应对之策；由于在中继节点到目的节点的通信中考虑了能量信号的传输，能力较低的目的节点，例如手机终端，因此能够收集能量，提升待机时间，具有重要的应用价值。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤S2中，当源节点和中继节点均为电网供电节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙；
在第一时隙中，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号；
在第二时隙中，将第二时隙划分为子阶段A1和子阶段A2，在子阶段A1时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段A2时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
采用上述进一步方案的有益效果是：根据划分第一时隙和第二时隙的传输顺序以及将第二时隙再划分子阶段，实现了单向传输，即从源节点将数据信号传输给中继节点，中继节点将数据信号和能量信号依次传输给目的节点。
进一步，所述步骤S2中，当源节点为电网供电节点、中继节点为能量收集节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙；
在第一时隙中，将第一时隙划分为子阶段B1和子阶段B2，在子阶段B1时间内，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号，在子阶段B2时间内，源节点向中继节点传输能量信号，中继节点接收源节点的能量信号；
在第二时隙中，将第二时隙划分为子阶段C1和子阶段C2，在子阶段C1时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段C2时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
采用上述进一步方案的有益效果是：根据划分第一时隙和第二时隙的传输顺序以及将第一时隙和第二时隙再分别划分子阶段，实现了单向传输，即从源节点将数据信号和能量信号依次传输给中继节点，中继节点将数据信号和能量信号依次传输给目的节点。
进一步，所述步骤S2中，当源节点、中继节点均为能量收集节点以及目的节点为充电及能量收集节点，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙；
在第一时隙中，将第一时隙划分为子阶段D1和子阶段D2，在第一时隙中，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号；根据不同方向的能量传输各占用时隙的一部分，在子阶段D1时间内，中继节点向源节点传输能量信号，源节点接收中继节点的能量信号，在子阶段D2时间内，源节点向中继节点传输能量信号，中继节点接收源节点的能量信号；
在第二时隙中，将第二时隙划分为子阶段E1和子阶段E2，在子阶段E1时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段E2时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
采用上述进一步方案的有益效果是：根据划分第一时隙和第二时隙的传输顺序以及将第一时隙和第二时隙再分别划分两个阶段，第一时隙可同时进行数据信号和能量信号的双向传输作业，第二时隙将数据信号和能量信号依次传输给目的节点,在传输过程中实现了双向及单向传输。
进一步，所述充电及能量收集节点为同时具有可充电和能量收集能力的节点。
本发明解决上述技术问题另一技术方案如下：一种基于节点类型的数据与能量协作传输系统，包括：
链路建立模块，用于建立源节点至中继节点、中继节点至目的节点依次连接的链路连接关系；
传输模块，用于根据链路连接关系及各节点类型将源节点、中继节点和目的节点的中继传输过程划分为多个传输时隙，再根据划分的传输时隙在源节点、中继节点和目的节点的链路中进行数据信号和/或能量信号的传输。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述传输模块包括：
第一设置单元，用于当源节点和中继节点为电网供电节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙，将第二时隙划分为子阶段A1和子阶段A2；第一时隙和第二时隙依次进行；
第一传输单元，用于在第一时隙中，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号；在第二时隙中，在子阶段A1时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段A2时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
进一步，所述传输模块包括：
第二设置单元，用于当源节点为电网供电节点、中继节点为能量收集节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙，将第一时隙划分为子阶段B1和子阶段B2，将第二个时隙划分为子阶段C1和子阶段C2；
第二传输单元，用于在第一时隙中，在子阶段B1时间内，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号，在子阶段B2时间内，源节点向中继节点传输能量信号，中继节点接收源节点的能量信号；
在第二时隙中，在子阶段C1时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段C2时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
进一步，所述传输模块包括：
第三设置单元，用于当源节点、中继节点均为能量收集节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙，将第一时隙划分为子阶段D1和子阶段D2，将第二时隙划分为子阶段E1和子阶段E2；
第三传输单元，用于在第一时隙中，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号；根据不同方向的能量传输各占用时隙的一部分，在子阶段D1时间内，中继节点向源节点传输能量信号，源节点接收中继节点的能量信号，在子阶段D2时间内，源节点向中继节点传输能量信号，中继节点接收源节点的能量信号；
在第二时隙的子阶段E1时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段E2时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
进一步，所述充电及能量收集节点为同时具有可充电和能量收集能力的节点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于节点类型的数据与能量协作传输方法的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的基于节点类型的数据与能量协作传输系统的模块框图；
图3为本发明实施例提供的基于节点类型的数据与能量协作传输系统中传输模块的模块框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例提供的基于节点类型的数据与能量协作传输方法的方法流程图；
如图1所示，一种基于节点类型的数据与能量协作传输方法，包括如下步骤：
步骤S1：建立源节点至中继节点、中继节点至目的节点依次连接的链路连接关系；
步骤S2：根据链路连接关系及各节点类型将源节点、中继节点和目的节点的中继传输过程划分为多个传输时隙，再根据划分的传输时隙在源节点、中继节点和目的节点的链路中进行数据信号和/或能量信号的传输。
上述实施例中，依据网络中节点的不同类型，划分为多个传输时隙，采用差异化的数据和能量协作方式，是未来拥有多种节点类型的协作通信网络的应对之策；由于在中继节点到目的节点的通信中考虑了能量信号的传输，能力较低的目的节点，例如手机终端，因此能够收集能量，提升待机时间，具有重要的应用价值。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述步骤S2中，源节点和中继节点均为电网供电节点以及目的节点为充电及能量收集节点，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙；
在第一时隙中，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号；
在第二时隙中，将第二时隙划分为子阶段A1和子阶段A2，在子阶段A1即第二时隙开始的δ1T时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，其中0＜δ1≤1，在子阶段A2即第二时隙剩下的(1-δ1)T时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收能量信号。
具体的，在该实施例中，所述充电及能量收集节点为同时具有可充电和能量收集能力的节点。
上述实施例中，根据划分第一时隙和第二时隙的传输顺序以及将第二时隙再划分子阶段，实现了单向传输，即从源节点将数据信号传输给中继节点，中继节点将数据信号和能量信号依次传输给目的节点。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述步骤S2中，源节点为电网供电节点、中继节点为能量收集节点以及目的节点为充电及能量收集节点，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙；
在第一时隙中，将第一时隙划分为子阶段B1和子阶段B2，在子阶段B1即第一时隙开始的σ2T时间内，源节点向中继节点传输数据信号，其中0＜σ2≤1，中继节点接收源节点的数据信号，在子阶段B2即第一时隙剩下的(1-σ2)T时间内，源节点向中继节点传输能量信号，中继节点接收源节点的能量信号；
在第二时隙中，将第二时隙划分为子阶段C1和子阶段C2，在子阶段C1即第二时隙开始的δ2T时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，其中0＜δ2≤1，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段C2即第二时隙剩下的(1-δ2)T时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
具体的，在该实施例中，所述充电及能量收集节点为同时具有可充电和能量收集能力的节点。
上述实施例中，根据划分第一时隙和第二时隙的传输顺序以及将第一时隙和第二时隙再划分子阶段，实现了单向传输，即从源节点将数据信号和能量信号依次传输给中继节点，中继节点将数据信号和能量信号依次传输给目的节点。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述步骤S2中，源节点、中继节点均为能量收集节点以及目的节点为充电及能量收集节点，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙；
在第一时隙中，将第一时隙划分为子阶段D1和子阶段D2，在第一时隙中，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号；根据不同方向的能量传输各占用时隙的一部分，在子阶段D1即第一时隙开始的σ3T时间内，中继节点向源节点传输能量信号，源节点接收中继节点的能量信号，其中0＜σ3≤1，在子阶段D2即第一时隙剩下的(1-σ3)T时间内，源节点向中继节点传输能量信号，中继节点接收源节点的能量信号；
在第二时隙中，将第二时隙划分为子阶段E1和子阶段E2，在子阶段E1即第二时隙开始的δ3T时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，其中0＜δ3≤1，在子阶段E2即第二时隙剩下的(1-δ3)T时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
具体的，在该实施例中，中继节点在一次中继传输中未能完成传输的数据存放在中继节点的数据缓冲器中，以备后续传输。
具体的，在该实施例中，所述充电及能量收集节点为同时具有可充电和能量收集能力的节点。
上述实施例中，根据划分第一时隙和第二时隙的传输顺序以及将第一时隙和第二时隙再分别划分两个阶段，第一时隙可同时进行数据和能量的双向传输作业，第二时隙将数据信号和能量信号依次传输给目的节点，在传输过程中实现了双向及单向传输。
图2为本发明实施例提供的基于节点类型的数据与能量协作传输系统的模块框图；
可选地，作为本发明的另一个实施例，如图2所示，一种基于节点类型的数据与能量协作传输系统，包括：
链路建立模块，用于建立源节点至中继节点、中继节点至目的节点依次连接的链路连接关系；
传输模块，用于根据链路连接关系及各节点类型将源节点、中继节点和目的节点的中继传输过程划分为多个传输时隙，再根据划分的传输时隙在源节点、中继节点和目的节点的链路中进行数据信号和/或能量信号的传输。
图3为本发明实施例提供的基于节点类型的数据与能量协作传输系统中传输模块的模块框图；
可选地，作为本发明的一个实施例，如图3所示，所述传输模块包括：
第一设置单元，用于当源节点和中继节点为电网供电节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙，将第二时隙划分为子阶段A1和子阶段A2；
第一传输单元，用于在第一时隙中，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收数据；在第二时隙中，在子阶段A1即第二时隙开始的δ1T时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，其中0＜δ1≤1，在子阶段A2即第二时隙剩下的(1-δ1)T时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
具体的，在该实施例中，所述充电及能量收集节点为同时具有可充电和能量收集能力的节点。
图3为本发明实施例提供的基于节点类型的数据与能量协作传输系统中传输模块的模块框图；
可选地，作为本发明的一个实施例，如图3所示，所述传输模块包括：
第二设置单元，用于当源节点为电网供电节点、中继节点为能量收集节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙，将第一时隙划分为子阶段B1和子阶段B2，将第二个时隙划分为子阶段C1和子阶段C2；
第二传输单元，用于在第一时隙中，在子阶段B1即第一时隙开始的σ2T时间内，源节点向中继节点传输数据信号，其中0＜σ2≤1，中继节点接收源节点的数据信号，在子阶段B2即第一时隙剩下的(1-σ2)T时间内，源节点向中继节点传输能量信号，中继节点接收源节点的能量信号；
在第二时隙中，在子阶段C1即第二时隙开始的δ2T时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，其中0＜δ2≤1，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段C2即第二时隙剩下的(1-δ2)T时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
具体的，在该实施例中，所述充电及能量收集节点为同时具有可充电和能量收集能力的节点。
图3为本发明实施例提供的基于节点类型的数据与能量协作传输系统中传输模块的模块框图；
可选地，作为本发明的一个实施例，如图3所示，所述传输模块包括：
第三设置单元，用于当源节点、中继节点均为能量收集节点以及目的节点为充电及能量收集节点，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙，将第一时隙划分为子阶段D1和子阶段D2，将第二时隙划分为子阶段E1和子阶段E2；
第三传输单元，用于在第一时隙中，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号；根据不同方向的能量传输各占用时隙的一部分，在子阶段D1即第一时隙开始的σ3T时间内，中继节点向源节点传输能量信号，源节点接收中继节点的能量信号，其中0＜σ3≤1，在子阶段D2即第一时隙剩下的(1-σ3)T时间内，源节点向中继节点传输能量信号，中继节点接收源节点的能量信号；
在第二时隙的子阶段E1即第二时隙开始的δ3T时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，其中0＜δ3≤1，在子阶段E2即第二时隙剩下的(1-δ3)T时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
具体的，在该实施例中，中继节点在一次中继传输中未能完成传输的数据存放在中继节点的数据缓冲器中，以备后续传输。
具体的，在该实施例中，所述充电及能量收集节点为同时具有可充电和能量收集能力的节点。
本发明依据网络中节点的不同类型，划分为多个传输时隙，采用差异化的数据和能量协作方式，节点间可实现单向及双向协作传输工作，是未来拥有多种节点类型的协作通信网络的应对之策；由于在中继节点到目的节点的通信中考虑了能量信号的传输，能力较低的目的节点，例如手机终端，因此能够收集能量，提升待机时间，具有重要的应用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于节点类型的数据与能量协作传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：建立源节点至中继节点、中继节点至目的节点依次连接的链路连接关系；
步骤S2：根据链路连接关系及各节点类型将源节点、中继节点和目的节点的中继传输过程划分为多个传输时隙，再根据划分的传输时隙在源节点、中继节点和目的节点的链路中进行数据信号和/或能量信号的传输；
所述步骤S2中，当源节点和中继节点均为电网供电节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙；
在第一时隙中，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号；
在第二时隙中，将第二时隙划分为子阶段A1和子阶段A2，在子阶段A1时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段A2时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号；
所述步骤S2中，当源节点为电网供电节点、中继节点为能量收集节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙；
在第一时隙中，将第一时隙划分为子阶段B1和子阶段B2，在子阶段B1时间内，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号，在子阶段B2时间内，源节点向中继节点传输能量信号，中继节点接收源节点的能量信号；
在第二时隙中，将第二个时隙划分为子阶段C1和子阶段C2，在子阶段C1时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段C2时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号；
所述步骤S2中，当源节点、中继节点均为能量收集节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙；
在第一时隙中，将第一时隙划分为子阶段D1和子阶段D2，在第一时隙中，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号；在子阶段D1时间内，中继节点向源节点传输能量信号，源节点接收中继节点的能量信号，在子阶段D2时间内，源节点向中继节点传输能量信号，中继节点接收源节点的能量信号；
在第二时隙中，将第二时隙划分为子阶段E1和子阶段E2，在子阶段E1时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段E2时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
2.根据权利要求1所述一种基于节点类型的数据与能量协作传输方法，其特征在于，所述充电及能量收集节点为同时具有可充电和能量收集能力的节点。
3.一种基于节点类型的数据与能量协作传输系统，其特征在于，包括：
链路建立模块，用于建立源节点至中继节点、中继节点至目的节点依次连接的链路连接关系；
传输模块，用于根据链路连接关系及各节点类型将源节点、中继节点和目的节点的中继传输过程划分为多个传输时隙，再根据划分的传输时隙在源节点、中继节点和目的节点的链路中进行数据信号和/或能量信号的传输；
所述传输模块包括：
第一设置单元，用于当源节点和中继节点为电网供电节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙，将第二时隙划分为子阶段A1和子阶段A2；
第一传输单元，用于在第一时隙中，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号；在第二时隙中，在子阶段A1时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段A2时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号；
所述传输模块还包括：
第二设置单元，用于当源节点为电网供电节点、中继节点为能量收集节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙，将第一时隙划分为子阶段B1和子阶段B2，将第二时隙划分为子阶段C1和子阶段C2；
第二传输单元，用于在第一时隙中，在子阶段B1时间内，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号，在子阶段B2时间内，源节点向中继节点传输能量信号，中继节点接收源节点的能量信号；
在第二时隙中，在子阶段C1时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段C2时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号；
所述传输模块还包括：
第三设置单元，用于当源节点、中继节点均为能量收集节点以及目的节点为充电及能量收集节点时，将传输时隙划分为第一时隙和第二时隙，将第一时隙划分为子阶段D1和子阶段D2，将第二时隙划分为子阶段E1和子阶段E2；
第三传输单元，用于在第一时隙中，源节点向中继节点传输数据信号，中继节点接收源节点的数据信号；在子阶段D1时间内，中继节点向源节点传输能量信号，源节点接收中继节点的能量信号，在子阶段D2时间内，源节点向中继节点传输能量信号，中继节点接收源节点的能量信号；
在第二时隙的子阶段E1时间内，中继节点向目的节点传输数据信号，目的节点接收中继节点的数据信号，在子阶段E2时间内，中继节点向目的节点传输能量信号，目的节点接收中继节点的能量信号。
4.根据权利要求3所述一种基于节点类型的数据与能量协作传输系统，其特征在于，所述充电及能量收集节点为同时具有可充电和能量收集能力的节点。
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