CN109618386B - 能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法 - Google Patents

能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109618386B
CN109618386B CN201910070298.6A CN201910070298A CN109618386B CN 109618386 B CN109618386 B CN 109618386B CN 201910070298 A CN201910070298 A CN 201910070298A CN 109618386 B CN109618386 B CN 109618386B
Authority
CN
China
Prior art keywords
relay node
energy
node
fairness
relay
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201910070298.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109618386A (zh
Inventor
王秋影
肖琨
李非
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi Normal University
Original Assignee
Guangxi Normal University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi Normal University filed Critical Guangxi Normal University
Priority to CN201910070298.6A priority Critical patent/CN109618386B/zh
Publication of CN109618386A publication Critical patent/CN109618386A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109618386B publication Critical patent/CN109618386B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/22—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing using selective relaying for reaching a BTS [Base Transceiver Station] or an access point
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/0473—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource the resource being transmission power
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于公平性原则的数据与能量同传方法，通过确定合理的功率比例因子进行公平的中继选择，可以达到优化能量利用和延长网络生命周期的目的；根据不同的公平性定义，给出了相应的确定功率比例因子的方法，以适应不同的应用要求。

Description

能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法。
背景技术
从可再生能源如太阳能、风能、热能和射频能中获得能量的能量收集(energyharvesting,EH)技术可以驱动通信设备和网络，EH协作通信系统利用收集的能量驱动协作通信系统，在收集能量的使用上，基于数据与能量同时传输的SWIPT是目前主要的传输技术。然而，当EH中继节点采用功率分割(power splitting,PS)协议时，由于中继节点收集能量的情况存在差异，中继节点选择的不公平性会导致网络生命周期变短，因此如何针对不同的中继节点确定功率分割比例成为能量收集协作通信网络需要解决的一个问题。
发明内容
本发明提供了一种基于公平性原则的数据与能量同传方法，通过确定合理的功率比例因子进行公平的中继选择，可以达到优化能量利用和延长网络生命周期的目的；根据不同的公平性定义，给出了相应的确定功率比例因子的方法，以适应不同的应用要求。
本发明包括源节点S、目的节点D和M个具有EH能力的中继节点的协作通信网络，中继节点采用功率分割协议。中继节点Ri表示第i个中继节点，i＝1,2…，M；中继节点Rj表示第j个中继节点，j＝1,2…，M。定义Ei为中继节点Ri在一个时隙中发射的能量，Ej为中继节点Rj在一个时隙中发射的能量，T为一个时隙的长度。定义ρi为中继节点Ri的功率比例因子，传输的能量为ρiEi，传输数据的能量为(1-ρi)Ei。定义ρj为中继节点Rj的功率比例因子，传输的能量为ρjEj，传输数据的能量为(1-ρj)Ej。定义中继节点Ri到目的节点D链路的信噪比为
Figure BDA0001957061290000011
中继节点Rj到目的节点D链路的信噪比为
Figure BDA0001957061290000012
信道的功率增益
Figure BDA0001957061290000013
分别服从均值为
Figure BDA0001957061290000014
和
Figure BDA0001957061290000015
的指数分布。
(1)用第一类公平因子
Figure BDA0001957061290000021
定义公平性，通过最大化第一类公平因子
Figure BDA0001957061290000022
求得中继节点Ri的功率比例因子ρi，继而求得中继节点Ri到目的节点链路的信道容量
Figure BDA0001957061290000023
选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传。其中：
Figure BDA0001957061290000024
Pi表示中继节点Ri被选中的概率；
Figure BDA0001957061290000025
表示j分别为集合{1,…,M}中的元素且不为i时的表达式
Figure BDA0001957061290000026
的连乘。
(2)用第二类公平因子
Figure BDA0001957061290000027
定义公平性，通过最大化第二类公平因子F求得中继节点Ri的功率比例因子ρi，继而求得中继节点Ri到目的节点D链路的信道容量
Figure BDA0001957061290000028
选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传。其中：
Figure BDA0001957061290000029
表示中继节点Ri被选择的比例，
Figure BDA00019570612900000210
具体实施方式
在包含源节点S、目的节点D和M个具有EH能力的DF(decode-and-forward,译码转发)中继节点的协作通信网络中，中继节点采用功率分割(power splitting,PS)协议，Ei为中继节点Ri在一个时隙中发射的能量，其中传输的能量为ρiEi，用于传输数据的能量为(1-ρi)Ei，Ej为中继节点Rj在一个时隙中发射的能量。ρi为中继节点Ri的功率比例因子，ρj为中继节点Rj的功率比例因子，中继节点Ri到目的节点D链路的信噪比定义为
Figure BDA00019570612900000211
中继节点Rj到目的节点D链路的信噪比为
Figure BDA00019570612900000212
信道的功率增益
Figure BDA00019570612900000213
分别服从均值为
Figure BDA00019570612900000214
和
Figure BDA00019570612900000215
的指数分布。中继节点的发射功率为
Figure BDA00019570612900000216
T为一个时隙的长度，i＝1,2…，M。于是，第i个中继节点Ri到目的节点链路的信噪比的概率密度表达式为：
Figure BDA0001957061290000031
用Pi表示中继节点Ri被选中的概率，于是
Figure BDA0001957061290000032
Figure BDA0001957061290000033
(1)当用第一类公平因子
Figure BDA0001957061290000034
定义公平性，其中
Figure BDA0001957061290000035
得到第一类公平因子
Figure BDA0001957061290000036
通过最大化第一类公平因子
Figure BDA0001957061290000037
可求得中继节点Ri的功率比例因子ρi，继而求得中继节点Ri到目的节点链路的信道容量
Figure BDA0001957061290000038
可选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传，在一个时隙内用于传输数据的能量为(1-ρi)Ei，传输的能量为ρiEi。
(2)当用第二类公平因子
Figure BDA0001957061290000039
定义公平性，其中
Figure BDA00019570612900000310
表示第i个中继节点被选择的比例，得到第二类公平因子。通过最大化第二类公平因子F可求得中继节点Ri的功率比例因子ρi，继而求得中继节点Ri到目的节点链路的信道容量
Figure BDA00019570612900000311
可选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传，在一个时隙内用于传输数据的能量为(1-ρi)Ei，传输的能量为ρiEi。

Claims (2)

1.一种能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法，包括源节点S、目的节点D和M个具有能量收集能力的中继节点的协作通信网络，中继节点采用功率分割协议，中继节点Ri表示第i个中继节点，i＝1,2…，M；中继节点Rj表示第j个中继节点，j＝1,2…，M；定义Ei为中继节点Ri在一个时隙中发射的能量，Ej为中继节点Rj在一个时隙中发射的能量，T为一个时隙的长度；定义ρi为中继节点Ri的功率比例因子，传输的能量为ρiEi，用于传输数据的能量为(1-ρi)Ei；定义ρj为中继节点Rj的功率比例因子，传输的能量为ρjEj，传输数据的能量为(1-ρj)Ej；定义中继节点Ri到目的节点D链路的信噪比为
Figure FDA0002976391220000011
中继节点Rj到目的节点D链路的信噪比为
Figure FDA0002976391220000012
信道的功率增益
Figure FDA0002976391220000013
分别服从均值为
Figure FDA0002976391220000014
和
Figure FDA0002976391220000015
的指数分布；其特征在于：用第一类公平因子
Figure FDA0002976391220000016
定义公平性，
Figure FDA0002976391220000017
通过最大化第一类公平因子
Figure FDA0002976391220000018
求得中继节点Ri的功率比例因子ρi，继而求得中继节点Ri到目的节点链路的信道容量
Figure FDA0002976391220000019
选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传；其中Pi表示中继节点Ri被选中的概率；
Figure FDA00029763912200000110
表示j分别为集合{1,…,M}中的元素且不为i时的表达式
Figure FDA00029763912200000111
的连乘。
2.一种能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法，包括源节点S、目的节点D和M个具有能量收集能力的中继节点的协作通信网络，中继节点采用功率分割协议，中继节点Ri表示第i个中继节点，i＝1,2…，M；中继节点Rj表示第j个中继节点，j＝1,2…，M；定义Ei为中继节点Ri在一个时隙中发射的能量，Ej为中继节点Rj在一个时隙中发射的能量，T为一个时隙的长度；定义ρi为中继节点Ri的功率比例因子，传输的能量为ρiEi，用于传输数据的能量为(1-ρi)Ei；定义ρj为中继节点Rj的功率比例因子，传输的能量为ρjEj，传输数据的能量为(1-ρj)Ej；定义中继节点Ri到目的节点D链路的信噪比为
Figure FDA0002976391220000021
中继节点Rj到目的节点D链路的信噪比为
Figure FDA0002976391220000022
信道的功率增益
Figure FDA0002976391220000023
分别服从均值为
Figure FDA0002976391220000024
和
Figure FDA0002976391220000025
的指数分布；其特征在于：用第二类公平因子
Figure FDA0002976391220000026
定义公平性，
Figure FDA0002976391220000027
通过最大化第二类公平因子F求得中继节点Ri的功率比例因子ρi，继而求得中继节点Ri到目的节点D链路的信道容量
Figure FDA0002976391220000028
选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传；其中：
Figure FDA0002976391220000029
表示中继节点Ri被选择的比例，Pi表示中继节点Ri被选中的概率；
Figure FDA00029763912200000210
表示j分别为集合{1,…,M}中的元素且不为i时的表达式
Figure FDA00029763912200000211
的连乘。
CN201910070298.6A 2019-01-24 2019-01-24 能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法 Expired - Fee Related CN109618386B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910070298.6A CN109618386B (zh) 2019-01-24 2019-01-24 能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910070298.6A CN109618386B (zh) 2019-01-24 2019-01-24 能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109618386A CN109618386A (zh) 2019-04-12
CN109618386B true CN109618386B (zh) 2021-06-11

Family

ID=66020484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910070298.6A Expired - Fee Related CN109618386B (zh) 2019-01-24 2019-01-24 能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109618386B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110191496A (zh) * 2019-05-17 2019-08-30 广西师范大学 一种公平利用收集能量的中继选择方法
CN110461034B (zh) * 2019-07-19 2022-06-14 南京邮电大学 一种基于能量收集多信源中继协作通信系统的功率分割因子优化方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104780565A (zh) * 2015-04-08 2015-07-15 广西师范大学 一种公平的协作中继选择方法
CN105451343A (zh) * 2015-11-24 2016-03-30 南京邮电大学 一种基于能量采集的多中继网络资源分配方法
CN106793121A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 广西师范大学 一种多用户数据与能量协作传输方法及系统
CN107359927A (zh) * 2017-06-27 2017-11-17 广西师范大学 一种eh能量收集协作通信网络中继选择方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104780565A (zh) * 2015-04-08 2015-07-15 广西师范大学 一种公平的协作中继选择方法
CN105451343A (zh) * 2015-11-24 2016-03-30 南京邮电大学 一种基于能量采集的多中继网络资源分配方法
CN106793121A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 广西师范大学 一种多用户数据与能量协作传输方法及系统
CN107359927A (zh) * 2017-06-27 2017-11-17 广西师范大学 一种eh能量收集协作通信网络中继选择方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A MEASURE OF FAIRNESOSF SERVICE FOR SCHEDULING kXORITHMS IN MULTIUSER SYSTEM;Robert Elliott;《IEEE》;20021231;全文 *
Optimal Relay Selection and Power Control for Energy-Harvesting Wireless Relay Networks;Yuan Wu et al.;《IEEE》;20180630;全文 *
Outage Priority Based Relay Fairness in Opportunistic Cooperation;Yubo Li et al.;《IEEE》;20101231;全文 *
Performance Analysis of Relay Selection for Cooperative Relays Based on Wireless Power Transfer With Finite Energy Storage;Kuang-Hao Liu;《IEEE》;20160731;全文 *
Relay Selection and Power Allocation for Cooperative Communication Networks With Energy Harvesting;Fei Wang et al.;《IEEE》;20180331;全文 *
能量收集中继网络的中继选择算法研究;闫静等;《通信与网络》;20181231;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109618386A (zh) 2019-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108770007B (zh) 基于noma的无线携能通信系统多目标优化方法
CN109067488B (zh) 基于能量累积的信息与能量双向传输系统性能的优化方法
CN109089271B (zh) 一种混合能量供能的无线协同网络资源随机分配方法
CN108541001B (zh) 一种用于能量可收集双向协作通信的中断率优化方法
CN110519848B (zh) 一种认知中继无线传感器网络的联合资源分配方法
CN106304164B (zh) 一种基于能量采集协作通信系统的联合资源分配方法
CN105451343A (zh) 一种基于能量采集的多中继网络资源分配方法
CN108848558A (zh) 一种基于非线性能量收集的swipt系统自适应时隙信号接收方法
CN105025547A (zh) 能量采集节点网络的中继选择和功率分配方法
CN109618386B (zh) 能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法
CN108199881B (zh) 骨干网中超低损耗光纤替换调度方法及系统
CN109831808B (zh) 一种基于机器学习的混合供电c-ran的资源分配方法
CN110602758B (zh) 一种基于多时隙无线能量收集的认知携能中继通信方法
CN111446992A (zh) 无线供电大规模mimo网络中的最大化最小能效资源分配方法
Ayatollahi et al. Reinforcement learning in MIMO wireless networks with energy harvesting
CN113543085B (zh) 一种基于能量收集技术的d2d通信网络中时间分配和用户调度方法
CN103298094A (zh) 一种功率分配方法及基站
Du et al. Distortion minimization in wireless sensor networks with energy harvesting
CN104902574A (zh) 一种基于能效的天线选择和功率分配方法
Sah et al. An efficient routing awareness based scheduling approach in energy harvesting wireless sensor networks
CN109618368A (zh) 一种时延与功耗联合优化的无线传感网数据融合调度算法
CN102802241A (zh) 一种高能效无线中继选择方法
CN110493862B (zh) 混合供能异构云无线接入网的资源分配和能量管理方法
CN110601736B (zh) 一种多天线全双工认知无线电能量捕获与信息传输方法
CN113490277B (zh) H-cran中基于swipt的能量分配与时隙切换系数联合优化方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210611

Termination date: 20220124