CN108848540B - 中继节点选择方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种中继节点选择方法及系统，该方法包括：计算每个中继节点的信噪比；从所有中继节点中选择出信噪比大于等于信噪比门限阈值的中继节点作为候选中继节点；计算每个候选中继节点的能量度；从所候选中继节点中选择出能量度最大的设定数量的中继节点作为最优中继节点；从所有的最优中继节点中选择出当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输。本发明提供的中继节点选择方法及系统的技术方案，不仅可以均衡网络能耗，延长网络生存时间，而且可以避免增加系统复杂度及节点能量消耗。

Description

中继节点选择方法及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种中继节点选择方法及系统。
背景技术
在无线传感器网络中，中继节点基本的都是采用电池供电，这使得大部分中继网络存在因中继节点能量耗尽而造成网络瘫痪的问题。因此，如何利用中继节点的能量来均衡网络能量消耗成为能否延长网络生存时间的关键问题。
中继节点选择方法的优劣可以在一定程度上影响频谱资源利用率，但是，针对大型复杂网络，如果不重视节点本身的能量消耗而仅看重传输链路，就会大大缩短网络中节点的使用寿命，从而导致网络生存时间缩短，进而影响数据传输质量，造成网络资源的浪费。因此，一种能量高效的中继节点选择方法能够有效地达到均衡网络能耗，延长网络生存时间的目的。
目前，常用的中继节点选择方法主要有：集中式中继选择方法和分布式中继选择方法。其中，集中式中继选择方法需要集中控制实体，以选择候选中继集合中的最佳中继节点参与协作，但是候选中继需反馈相应的接入链路信息，从而增加了系统的复杂度。分布式中继选择方法是基于MAC层协议，通过分组传输确定候选中继集合，并在各个候选中继节点处设置定时器，时间最先到达的中继广播消息，实现了最佳机会中继参与协作。但是，在信道测量时，所有候选中继节点必须保持监听状态，这会导致中继节点能量消耗较大。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种中继节点选择方法及系统，其不仅可以均衡网络能耗，延长网络生存时间，而且可以避免增加系统复杂度及节点能量消耗。
为实现本发明的目的而提供一种中继节点选择方法，包括：
计算每个中继节点的信噪比；
从所有中继节点中选择出信噪比大于等于信噪比门限阈值的中继节点作为候选中继节点；
计算每个所述候选中继节点的能量度；
从所有所述候选中继节点中选择出能量度最大的设定数量的中继节点作为最优中继节点；
从所有的所述最优中继节点中选择出当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输。
可选的，在所述计算每个中继节点的信噪比的步骤之前，还包括：
初始化信道容量。
可选的，所述计算每个中继节点的信噪比的步骤，包括：
获取源节点的信道状态信息；
根据所述信道状态信息计算每个中继节点的信噪比。
可选的，所述信道状态信息包括信道容量和源节点的发射功率；
每个中继节点的信噪比满足下述公式：
Figure BDA0001701420880000021
其中，SNRs,i为第i个中继节点的信噪比，s为源节点；i＝1,2,…,m；m为中继节点的数量；hs,i为第i个中继节点的信道系数；N0为信道噪声服从均值为0时的方差。
可选的，所述计算每个所述候选中继节点的能量度的步骤，包括：
计算每个所述候选中继节点的剩余能量占比；
根据所述剩余能量占比计算每个所述候选中继节点的能量度。
可选的，每个所述候选中继节点的剩余能量占比满足下述公式：
Figure BDA0001701420880000022
其中，ER(i)为第i个候选中继节点的剩余能量占比；Ci为第i个候选中继节点相对于所有中继节点的中心度；E0i为第i个候选中继节点的初始能量；φ(Ei)为第i个候选中继节点的消耗能量；ERi为第i个候选中继节点的当前剩余能量。
可选的，每个所述候选中继节点的能量度满足下述公式：
Q(i)＝Ci,d×ER(i)
其中，Q(i)为第i个候选中继节点的能量度；Ci,d为第i个候选中继节点到目的节点的中心度；ER(i)为第i个候选中继节点的剩余能量占比。
可选的，在所述从所有中继节点中选择出信噪比大于等于信噪比门限阈值的中继节点作为候选中继节点的步骤中，将所述候选中继节点组成第一集合；
所述从所有所述候选中继节点中选择出能量度最大的设定数量的中继节点作为最优中继节点的步骤，包括：
从所有所述候选中继节点中选择出能量度最大的一个中继节点作为最优中继节点，并加入第二集合，且从所述第一集合中删除作为该最优中继节点的候选中继节点；
判断所述第二集合中的最优中继节点的数量是否达到所述设定数量；若是，则进行所述从所有的所述最优中继节点中选择出当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输的步骤；若否，则返回所述计算每个中继节点的信噪比的步骤。
可选的，所述从所有的所述最优中继节点中选择出当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输的步骤，包括：
从所述第二集合中选择当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输，并将该最优中继节点从所述第二集合中删除；
判断所述第二集合中是否有最优中继节点，若是，则返回所述计算每个中继节点的信噪比的步骤；若否，则流程结束。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种中继节点选择系统，其包括：
计算单元，用于计算每个中继节点的信噪比；
选择单元，用于从所有中继节点中选择出信噪比大于等于信噪比门限阈值的中继节点作为候选中继节点；
所述计算单元，还用于计算每个所述候选中继节点的能量度；
所述选择单元，还用于从所有所述候选中继节点中选择出能量度最大的设定数量的中继节点作为最优中继节点；
所述选择单元，还用于从所有的所述最优中继节点中选择出当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输。
可选的，还包括初始化单元，用于在计算每个中继节点的信噪比之前，初始化信道容量。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的中继节点选择方法及系统的技术方案中，通过利用中继节点的信噪比、能量度及当前剩余能量来进行最优中继节点的选择，不仅可以均衡网络能耗，延长网络生存时间，而且可以避免增加系统复杂度及节点能量消耗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的中继节点选择方法的一种流程框图；
图2为本发明实施例提供的中继节点选择方法的另一种流程框图；
图3为本发明实施例提供的中继节点选择系统的原理框图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的中继节点选择方法及系统进行详细描述。
请参阅图1，本发明实施例提供的中继节点选择方法，其包括：
步骤101，计算每个中继节点的信噪比。
上述步骤101，进一步包括：
获取源节点的信道状态信息；
根据该信道状态信息计算每个中继节点的信噪比。
具体地，上述信道状态信息包括信道容量和源节点的发射功率等等。
每个中继节点的信噪比满足下述公式：
Figure BDA0001701420880000051
其中，SNRs,i为第i个中继节点的信噪比，s为源节点；i＝1,2,…,m；m为中继节点的数量；hs,i为第i个中继节点的信道系数；N0为信道噪声服从均值为0时的方差。
步骤102，从所有中继节点中选择出信噪比大于等于信噪比门限阈值的中继节点作为候选中继节点。
步骤103，计算每个候选中继节点的能量度。
上述步骤103，进一步包括：
计算每个候选中继节点的剩余能量占比；
根据该剩余能量占比计算每个候选中继节点的能量度。
具体地，每个候选中继节点的剩余能量占比满足下述公式：
Figure BDA0001701420880000052
其中，ER(i)为第i个候选中继节点的剩余能量占比；Ci为第i个候选中继节点相对于所有中继节点的中心度；E0i为第i个候选中继节点的初始能量；φ(Ei)为第i个候选中继节点的消耗能量；ERi为第i个候选中继节点的当前剩余能量。
每个候选中继节点的能量度满足下述公式：
Q(i)＝Ci,d×ER(i)
其中，Q(i)为第i个候选中继节点的能量度；Ci,d为第i个候选中继节点到目的节点的中心度；ER(i)为第i个候选中继节点的剩余能量占比。
步骤104，从所有候选中继节点中选择出能量度最大的设定数量的中继节点作为最优中继节点。
步骤105，从所有的最优中继节点中选择出当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输。
通过利用中继节点的信噪比、能量度及当前剩余能量来进行最优中继节点的选择，不仅可以均衡网络能耗，延长网络生存时间，而且可以避免增加系统复杂度及节点能量消耗。
可选的，在上述步骤101之前，还包括：
初始化信道容量。
其中，源节点到中继节点的初始信道容量为：
Figure BDA0001701420880000061
中继节点到目的节点的初始信道容量为：
Figure BDA0001701420880000062
其中，SNRs,i为源节点到中继节点的信噪比；SNRi,d为中继节点到目的节点的信噪比。
可选的，上述步骤101至步骤104循环进行，直至最优中继节点的数量是否达到设定数量。另外，上述步骤101至步骤105循环进行，直至没有最优中继节点，流程结束。
下面对上述循环过程的一个具体实施方式进行详细描述。具体地，如图2所示，
步骤201，初始化信道容量。
步骤202，计算每个中继节点的信噪比。
步骤203，从所有中继节点中选择出信噪比大于等于信噪比门限阈值的中继节点作为候选中继节点，并将所有候选中继节点组成第一集合；
步骤204，从所有候选中继节点中选择出能量度最大的一个中继节点作为最优中继节点，并加入第二集合，且从上述第一集合中删除作为该最优中继节点的候选中继节点。
步骤205，判断第二集合中的最优中继节点的数量是否达到设定数量；若是，则进行步骤206；若否，则返回步骤202。
步骤206，从第二集合中选择当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输，并将该最优中继节点从第二集合中删除。
步骤207，判断第二集合中是否有最优中继节点，若是，则返回步骤202；若否，则流程结束。
作为另一个技术方案，如图3所示，本发明实施例还提供一种中继节点选择系统，其包括：
计算单元1，用于计算每个中继节点的信噪比；
选择单元2，用于从所有中继节点中选择出信噪比大于等于信噪比门限阈值的中继节点作为候选中继节点。
计算单元1还用于计算每个候选中继节点的能量度；
选择单元2，还用于从所有所述候选中继节点中选择出能量度最大的设定数量的中继节点作为最优中继节点；
所述选择单元还用于从所有最优中继节点中选择出当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输。
可选的，还包括初始化单元，用于在计算每个中继节点的信噪比之前，初始化信道容量。
综上所述，本发明提供的中继节点选择方法及系统的技术方案中，通过利用中继节点的信噪比、能量度及当前剩余能量来进行最优中继节点的选择，不仅可以均衡网络能耗，延长网络生存时间，而且可以避免增加系统复杂度及节点能量消耗。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种中继节点选择方法，其特征在于，包括：
计算每个中继节点的信噪比；
从所有中继节点中选择出信噪比大于等于信噪比门限阈值的中继节点作为候选中继节点；
计算每个所述候选中继节点的能量度；
从所有所述候选中继节点中选择出能量度最大的设定数量的中继节点作为最优中继节点；
从所有的所述最优中继节点中选择出当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输；
所述计算每个所述候选中继节点的能量度的步骤，包括：
计算每个所述候选中继节点的剩余能量占比；
根据所述剩余能量占比计算每个所述候选中继节点的能量度；其中，每个所述候选中继节点的剩余能量占比满足下述公式：
Figure FDA0002482532490000011
其中，ER(i)为第i个候选中继节点的剩余能量占比；Ci为第i个候选中继节点相对于所有中继节点的中心度；E0i为第i个候选中继节点的初始能量；φ(Ei)为第i个候选中继节点的消耗能量；ERi为第i个候选中继节点的当前剩余能量。
2.根据权利要求1所述的中继节点选择方法，其特征在于，在所述计算每个中继节点的信噪比的步骤之前，还包括：
初始化信道容量。
3.根据权利要求1所述的中继节点选择方法，其特征在于，所述计算每个中继节点的信噪比的步骤，包括：
获取源节点的信道状态信息；
根据所述信道状态信息计算每个中继节点的信噪比。
4.根据权利要求3所述的中继节点选择方法，其特征在于，所述信道状态信息包括信道容量和源节点的发射功率；
每个中继节点的信噪比满足下述公式：
Figure FDA0002482532490000021
其中，SNRs,i为第i个中继节点的信噪比，s为源节点；i＝1,2,…,m；m为中继节点的数量；hs,i为第i个中继节点的信道系数；N0为信道噪声服从均值为0时的方差。
5.根据权利要求4所述的中继节点选择方法，其特征在于，每个所述候选中继节点的能量度满足下述公式：
Q(i)＝Ci,d×ER(i)
其中，Q(i)为第i个候选中继节点的能量度；Ci,d为第i个候选中继节点到目的节点的中心度；ER(i)为第i个候选中继节点的剩余能量占比。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的中继节点选择方法，其特征在于，在所述从所有中继节点中选择出信噪比大于等于信噪比门限阈值的中继节点作为候选中继节点的步骤中，将所述候选中继节点组成第一集合；
所述从所有所述候选中继节点中选择出能量度最大的设定数量的中继节点作为最优中继节点的步骤，包括：
从所有所述候选中继节点中选择出能量度最大的一个中继节点作为最优中继节点，并加入第二集合，且从所述第一集合中删除作为该最优中继节点的候选中继节点；
判断所述第二集合中的最优中继节点的数量是否达到所述设定数量；若是，则进行所述从所有的所述最优中继节点中选择出当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输的步骤；若否，则返回所述计算每个中继节点的信噪比的步骤。
7.根据权利要求6所述的中继节点选择方法，其特征在于，所述从所有的所述最优中继节点中选择出当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输的步骤，包括：
从所述第二集合中选择当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输，并将该最优中继节点从所述第二集合中删除；
判断所述第二集合中是否有最优中继节点，若是，则返回所述计算每个中继节点的信噪比的步骤；若否，则流程结束。
8.一种中继节点选择系统，其特征在于，包括：
计算单元，用于计算每个中继节点的信噪比；
选择单元，用于从所有中继节点中选择出信噪比大于等于信噪比门限阈值的中继节点作为候选中继节点；
所述计算单元，还用于计算每个所述候选中继节点的能量度；
所述选择单元，还用于从所有所述候选中继节点中选择出能量度最大的设定数量的中继节点作为最优中继节点；
所述选择单元，还用于从所有的所述最优中继节点中选择出当前剩余能量最大的最优中继节点进行数据传输；
所述计算单元具体用于：计算每个所述候选中继节点的剩余能量占比；根据所述剩余能量占比计算每个所述候选中继节点的能量度；其中，每个所述候选中继节点的剩余能量占比满足下述公式：
Figure FDA0002482532490000031
其中，ER(i)为第i个候选中继节点的剩余能量占比；Ci为第i个候选中继节点相对于所有中继节点的中心度；E0i为第i个候选中继节点的初始能量；φ(Ei)为第i个候选中继节点的消耗能量；ERi为第i个候选中继节点的当前剩余能量。
9.根据权利要求8所述的中继节点选择系统，其特征在于，还包括初始化单元，用于在计算每个中继节点的信噪比之前，初始化信道容量。
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