CN112235824B - 两跳多中继网络性能分析方法、系统及装置 - Google Patents

两跳多中继网络性能分析方法、系统及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112235824B
CN112235824B CN202011161269.XA CN202011161269A CN112235824B CN 112235824 B CN112235824 B CN 112235824B CN 202011161269 A CN202011161269 A CN 202011161269A CN 112235824 B CN112235824 B CN 112235824B
Authority
CN
China
Prior art keywords
probability
node
relay node
energy
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.)
Active
Application number
CN202011161269.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112235824A (zh
Inventor
张煜
熊轲
吴鹏
单葆国
谭显东
王成洁
唐伟
刘小聪
贾跃龙
谭清坤
马捷
张成龙
吴姗姗
冀星沛
徐朝
段金辉
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.)
State Grid Energy Research Institute Co Ltd
Original Assignee
State Grid Energy Research Institute Co Ltd
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 State Grid Energy Research Institute Co Ltd filed Critical State Grid Energy Research Institute Co Ltd
Priority to CN202011161269.XA priority Critical patent/CN112235824B/zh
Publication of CN112235824A publication Critical patent/CN112235824A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112235824B publication Critical patent/CN112235824B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/08—Testing, supervising or monitoring using real traffic
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/14—Network analysis or design
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00—Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/08—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00—Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/08—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters
    • H04L43/0876—Network utilisation, e.g. volume of load or congestion level
    • H04L43/0888—Throughput
    • 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)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法、系统及装置，所述方法包括：计算中继节点Ri从源节点S收集到的能量Ei、计算中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小、以及计算目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小；计算系统端到端信噪比，并计算莱斯衰落信道下系统链路中断的概率、中继节点Ri能量受限的概率、以及中继节点Ri能量够用的概率；计算系统的中断概率，并计算系统的吞吐量；根据系统的中断概率和系统的吞吐量对两跳多中继网络性能进行分析。

Description

两跳多中继网络性能分析方法、系统及装置
技术领域
本发明涉及计算机网络技术领域，尤其是涉及一种无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法、系统及装置。
背景技术
在现有技术中，中继技术可以扩大网络覆盖范围，有效提高系统容量和用户服务质量。无线射频能量收集技术能够为网络中能量受限的节点提供稳定的能量，且管理方便，可以解决无线设备电池资源有限、极端环境下不易更换、人工维护成本高的问题，因此基于无线能量传输的中继网络被广泛研究。
由于无线能量传输网络可广泛应用于户外物联网中(如铁路物联网、矿山物联网、环境监测物联网等)，而视野空旷的户外物联网主要处于以直射路径为主的环境中，通常户外场景下的无线衰落信道建模为莱斯衰落信道，而且在实际的无线能量传输中，能量主要来自于直射分量，所以视距传输不可忽视，考虑到这一点莱斯衰落信道模型在无线能量传输网络中更具有实用性。
然而，在现有技术中，要么针对瑞利衰落信道、要么针对Nakagami-m衰落信道。Nakagami-m虽然可以近似地描述莱斯衰落，但对于精确分析直射分量对能量站辅助的能量收集中继网络性能的影响，目前还没有详细的探讨。因此，目前亟须一种适用于莱斯衰落信道条件的无线能量传输驱动的两跳多中继网络的性能评估计算方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法、系统及装置，旨在解决现有技术中的上述问题。
本发明提供一种无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法，包括：
计算中继节点Ri从源节点S收集到的能量Ei、计算中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小、以及计算目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小；
根据中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小、以及目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小计算系统端到端信噪比，并根据系统端到端信噪比，计算莱斯衰落信道下系统链路中断的概率、中继节点Ri能量受限的概率、以及中继节点Ri能量够用的概率；
根据系统链路中断的概率、中继节点Ri能量受限的概率、以及中继节点Ri能量够用的概率计算系统的中断概率，并根据系统的中断概率计算系统的吞吐量；
根据系统的中断概率和系统的吞吐量对两跳多中继网络性能进行分析。
本发明提供一种无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析系统，包括：
能量信号计算模块，用于计算中继节点Ri从源节点S收集到的能量Ei、计算中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小、以及计算目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小；
节点信息与能量中断概率计算模块，用于根据中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小、以及目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小计算系统端到端信噪比，并根据系统端到端信噪比，计算莱斯衰落信道下系统链路中断的概率、中继节点Ri能量受限的概率、以及中继节点Ri能量够用的概率；
系统中断概率与吞吐量计算模块，用于根据系统链路中断的概率、中继节点Ri能量受限的概率、以及中继节点Ri能量够用的概率计算系统的中断概率，并根据系统的中断概率计算系统的吞吐量；
分析模块，用于根据系统的中断概率和系统的吞吐量对两跳多中继网络性能进行分析。
本发明实施例还提供一种无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析装置，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，程序被处理器执行时实现上述无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法的步骤。
采用本发明实施例，提供了一种莱斯衰落信道条件下的网络性能评估计算方法，能够适应户外物联网形势发展要求，并且能够克服物联网节点能量有限的缺点，可用于网络设计理论分析和数值实验，对网络设计具有重要的指导意义。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明实施例的户外无线能量传输驱动的两跳多中继网络模型的示意图；
图2是本发明实施例的能量收集和信息传输过程的示意图；
图3是本发明实施例的无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法的流程图；
图4是本发明实施例的无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析系统的示意图；
图5是本发明实施例的无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析装置的示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法、系统及装置，通过分析网络信息传输与能量间的因果关系、系统中断概率、系统吞吐量，能够定量分析源节点总发射功率、源节点天线数量、莱斯因子、时间分割因子、能量转化效率以及节点相对位置等因素对户外无线能量传输驱动中继网络端到端中断概率及吞吐量性能的影响，为网络优化设计提供有效的性能评估参考。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
方法实施例
根据本发明实施例，提供了一种无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法，图1是本发明实施例的户外无线能量传输驱动的两跳多中继网络模型的示意图，如图1所示：
网络由一个能量充足的源节点S，NR个能量受限的中继节点Ri(1＜i＜NR)和1个有固定电源的目的节点D组成。S配备多根天线，Ri和D均为单天线设备。假设源节点到目的节点不存在直射径，源节点只能通过中继Ri转发信息到目的节点，该系统根据两种基于距离的中继选择策略(策略1：选择源节点到中继节点、中继节点到目的节点两跳距离之和最短的中继节点；策略2：选择源节点到中继节点距离最短的中继节点)，从多个中继中选择一个中继进行能量和信息传输，选定的中继Ri采用半双工放大转发模式工作。
图2是本发明实施例的能量收集和信息传输过程的示意图，如图2所示，该系统完成S到D的端到端信息传输任务分为三个阶段。第一阶段Ri从S处收集能量，持续时间ρT；第二阶段Ri从S处接收信息，持续时间(1-ρ)T/2；第三阶段D从Ri处接收信息，持续时间(1-ρ)T/2。其中ρ为时间分割因子，T为一个传输周期。
在户外物联网场景中，信号传输中存在明显的直射路径，因此采用莱斯衰落模型刻画信道更为准确。假设每跳信道是准静态、独立、同分布的莱斯衰落信道。
在本发明实施例中，首先计算信息传输三个阶段的能量、信号值的大小，进一步通过数学推导得出莱斯衰落信道下的无线能量传输驱动网络的端到端中断概率及吞吐量的计算式，然后根据网络配置参数进行网络中断概率和吞吐量的计算和性能评估。以下进行详细说明。
图3是本发明实施例的无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法的流程图，如图3所示，根据本发明实施例的无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法具体包括：
步骤301，计算中继节点Ri从源节点S收集到的能量Ei、计算中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小、以及计算目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小；
步骤301具体包括如下处理：
第1步，计算第一阶段中Ri从S收集到的能量Ei为：
其中η(0＜η＜1)为能量转换效率；NS为S天线数量；Psum为S的发射总功率；发射总功率平均分配，PS＝Psum/NS为S每根天线的发射功率；为S到Ri链路的信道系数；/>为S到Ri的距离；m为路径损耗指数。
第2步，计算Ri从S接收到的信号。在第二阶段的(1-ρ)T/2内，S向R发送信息。中继Ri接收到的信号为
其中xS代表的是S每根天线的发射信号，满足E[|xs|2]＝PS，表示Ri处均值为0，方差为N0的加性高斯白噪声。
第3步，计算D从Ri接收到的信号。在第三阶段的(1-ρ)T/2内，Ri利用第一阶段从S收获的能量，将第二阶段从S收到的信息放大转发给D。计算D处接收到的信号为：
其中，nD是D处均值为0，方差为N0的加性高斯白噪声；为Ri到D的距离；表示D处的噪声；/>表示D处的有效信号。
为中继Ri发射信号，表示为：/>
为放大系数，可计算中继Ri的放大系数/>为：/>其中/>
步骤302，根据中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小、以及目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小计算系统端到端信噪比，并根据所述系统端到端信噪比，计算莱斯衰落信道下系统链路中断的概率、中继节点Ri能量受限的概率、以及中继节点Ri能量够用的概率；
步骤302具体包括如下处理：
第4步，计算系统端到端信噪比为：
由于实际中，噪声功率N0与中继节点Ri的发射功率满足/>因此可忽略(4)式分母式中/>部分括号中的N0，则公式(4)系统端到端信噪比可近似表示为：
令为源节点每根天线发射功率与噪声功率的比值，则公式(5)可重新表示为：
第5步，计算系统链路中断的概率为：
其中系统最低所需的传输速率为R0，根据香农公式可得系统端到端信噪比阈值W表示系统带宽；FY(x)为/>的累积分布函数：
其中，/>为S到Ri链路的信道莱斯因子，为S到Ri信道增益随机变量/>的均值，C1理论取值为无穷大；fX(x)为/>的概率密度函数：/>其中/> 为Ri到D链路的信道莱斯因子，/>为Ri到D的信道增益随机变量/>的均值，C2理论取值为无穷大。
第6步，计算中继Ri能量受限的概率Plack。当Ri收集到的能量Ei小于电路门限值时，中继节点电路无法工作，此时系统发生中断。Plack表示Ri收集的能量Ei小于电路门限值的概率，即中继能量受限的概率，可计算为：
其中，EQ表示的是中继电路的能量门限值，
第7步，计算中继能量够用的概率。当Ei大于电路门限值时，中继正常工作，Penough表示Ei大于电路门限值的概率，即中继能量够用的概率，可计算为：
步骤303，根据所述系统链路中断的概率、所述中继节点Ri能量受限的概率、以及所述中继节点Ri能量够用的概率计算系统的中断概率，并根据所述系统的中断概率计算系统的吞吐量；
步骤303具体包括如下处理：
第8步，计算系统的中断概率。系统的中断概率可描述为：Pout＝Plack+Penough*Plinkout,代入(7)(8)(9)式化简后的系统中断概率计算公式为
其中Kv(·)为第二类v阶修正贝塞尔函数，
第9步，进一步可计算系统的吞吐量为
步骤304，根据所述系统的中断概率和所述系统的吞吐量对两跳多中继网络性能进行分析。
步骤304具体包括如下处理：
当源节点总发射功率、源节点天线数量、莱斯因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置等因素固定的情况下，随着时间分割因子的增大，系统中断概率先减小后增大；
当源节点总发射功率、源节点天线数量、时间分割因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置等因素固定的情况下，莱斯因子越大，系统中断概率越小；
当源节点天线数量、莱斯因子、时间分割因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置等因素固定的情况下，源端发射总功率越大，系统的吞吐量越大；
当源节点总发射功率、莱斯因子、时间分割因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置等因素固定的情况下，当源节点天线数量越多系统吞吐量越大；
当源节点总发射功率、源节点天线数量、莱斯因子、时间分割因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置等因素固定的情况下，选择两跳距离之和最短的中继节点时系统性能要优于选择第一跳距离最短的中继节点时系统性能。
从上述内容可以看出，本发明实施例的莱斯衰落信道下的无线能量传输驱动的两跳多中继网络的性能评估计算方法，解决了以下问题：
(1)网络模型图1中源节点总发射功率与网络吞吐量定量关系。
(2)网络模型图1中源节点天线数量与网络吞吐量定量关系。
(3)网络模型图1中无线能量传输驱动模式下，时间分割因子与网络吞吐量定量关系。
(4)网络模型图1中中继节点能量转化效率与网络吞吐量定量关系。
(5)网络模型图1中源节点和中继节点相对位置与网络吞吐量定量关系。
(6)网络模型图1中莱斯因子与网络吞吐量定量关系。
综上所述，采用本发明实施例，提供了一种莱斯衰落信道条件下的网络性能评估计算方法，能够适应户外物联网形势发展要求，并且能够克服物联网节点能量有限缺点，可用于网络设计理论分析和数值实验，对网络设计具有重要的指导意义。
系统实施例
根据本发明实施例，提供了一种无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析系统，图4是本发明实施例的无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析系统的示意图，如图4所示，根据本发明实施例的无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析系统具体包括：
能量信号计算模块40，用于计算中继节点Ri从源节点S收集到的能量Ei、计算中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小、以及计算目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小；能量信号计算模块40具体用于：
计算第一阶段中Ri从S收集到的能量Ei为：
其中η(0＜η＜1)为能量转换效率；NS为S天线数量；Psum为S的发射总功率；发射总功率平均分配，PS＝Psum/NS为S每根天线的发射功率；为S到Ri链路的信道系数；/>为S到Ri的距离；m为路径损耗指数。
计算Ri从S接收到的信号。在第二阶段的(1-ρ)T/2内，S向R发送信息。中继Ri接收到的信号为
其中xS代表的是S每根天线的发射信号，满足E[|xs|2]＝PS，表示Ri处均值为0，方差为N0的加性高斯白噪声。
计算D从Ri接收到的信号。在第三阶段的(1-ρ)T/2内，Ri利用第一阶段从S收获的能量，将第二阶段从S收到的信息放大转发给D。计算D处接收到的信号为：
其中，nD是D处均值为0，方差为N0的加性高斯白噪声；为Ri到D的距离；表示D处的噪声；/>表示D处的有效信号。
为中继Ri发射信号，表示为：/>
为放大系数，可计算中继Ri的放大系数/>为：/>其中/>
节点信息与能量中断概率计算模块42，用于根据中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小、以及目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小计算系统端到端信噪比，并根据系统端到端信噪比，计算莱斯衰落信道下系统链路中断的概率、中继节点Ri能量受限的概率、以及中继节点Ri能量够用的概率；节点信息与能量中断概率计算模块42具体用于：
计算系统端到端信噪比为：
由于实际中，噪声功率N0与中继节点Ri的发射功率满足/>因此可忽略(4)式分母式中/>部分括号中的N0，则公式(4)系统端到端信噪比可近似表示为：
令γ0＝PS/N0为源节点每根天线发射功率与噪声功率的比值，则公式(5)可重新表示为：
计算系统链路中断的概率为：
其中系统最低所需的传输速率为R0，根据香农公式可得系统端到端信噪比阈值W表示系统带宽；FY(x)为/>的累积分布函数：
其中，/>为S到Ri链路的信道莱斯因子，为S到Ri信道增益随机变量/>的均值，C1理论取值为无穷大；fX(x)为/>的概率密度函数：/>其中/> 为Ri到D链路的信道莱斯因子，/>为Ri到D的信道增益随机变量/>的均值，C2理论取值为无穷大。
计算中继Ri能量受限的概率Plack。当Ri收集到的能量Ei小于电路门限值时，中继无法工作，此时系统发生中断。Plack表示Ri收集的能量Ei小于电路门限值的概率，即中继能量受限的概率，可计算为：
其中，EQ表示的是中继电路的能量门限值，
计算中继能量够用的概率。当Ei大于电路门限值时，中继正常工作，Penough表示Ei大于电路门限值的概率，即中继能量够用的概率，可计算为：
系统中断概率与吞吐量计算模块44，用于根据系统链路中断的概率、中继节点Ri能量受限的概率、以及中继节点Ri能量够用的概率计算系统的中断概率，并根据系统的中断概率计算系统的吞吐量；系统中断概率与吞吐量计算模块44具体用于：
计算系统的中断概率。系统的中断概率可描述为：Pout＝Plack+Penough*Plinkout,代入(7)(8)(9)式化简后的系统中断概率计算公式为
其中Kv(·)为第二类v阶修正贝塞尔函数，
进一步可计算系统的吞吐量为
分析模块46，用于根据系统的中断概率和系统的吞吐量对两跳多中继网络性能进行分析。分析模块46具体用于：
当源节点总发射功率、源节点天线数量、莱斯因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置等因素固定的情况下，随着时间分割因子的增大，系统中断概率先减小后增大；
当源节点总发射功率、源节点天线数量、时间分割因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置等因素固定的情况下，莱斯因子越大，系统中断概率越小；
当源节点天线数量、莱斯因子、时间分割因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置等因素固定的情况下，源端发射总功率越大，系统的吞吐量越大；
当源节点总发射功率、莱斯因子、时间分割因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置等因素固定的情况下，当源节点天线数量越多系统吞吐量越大；
当源节点总发射功率、源节点天线数量、莱斯因子、时间分割因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置等因素固定的情况下，选择两跳距离之和最短的中继节点时系统性能要优于选择第一跳距离最短的中继节点时系统性能。
本发明实施例是与上述方法实施例对应的系统实施例，各个模块的具体操作可以参照方法实施例的描述进行理解，在此不再赘述。
装置实施例一
本发明实施例提供一种无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析装置，如图5所示，包括：存储器50、处理器52及存储在所述存储器50上并可在所述处理器52上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器52执行时实现步骤301-步骤304的处理。具体可参照方法实施例进行理解。
装置实施例二
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传输的实现程序，所述程序被处理器52执行时实现步骤301-步骤304的处理。具体可参照方法实施例进行理解。
本实施例所述计算机可读存储介质包括但不限于为：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析系统，其特征在于，包括：
能量信号计算模块，用于计算中继节点Ri从源节点S收集到的能量Ei、计算中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小、以及计算目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小；
节点信息与能量中断概率计算模块，用于根据中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小、以及目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小计算系统端到端信噪比，并根据所述系统端到端信噪比，计算莱斯衰落信道下系统链路中断的概率、中继节点Ri能量受限的概率、以及中继节点Ri能量够用的概率；
系统中断概率与吞吐量计算模块，用于根据所述系统链路中断的概率、所述中继节点Ri能量受限的概率、以及所述中继节点Ri能量够用的概率计算系统的中断概率，并根据所述系统的中断概率计算系统的吞吐量；
分析模块，用于根据所述系统的中断概率和所述系统的吞吐量对两跳多中继网络性能进行分析；
其中，所述能量信号计算模块具体用于：
根据公式1计算中继节点Ri从源节点S收集到的能量Ei：
其中，其中η为能量转换效率，0<η<1；NS为S天线数量；PS＝Psum/NS为S每根天线的发射功率，Psum为S的发射总功率；为S到Ri链路的信道系数；/>为S到Ri的距离；m为路径损耗指数；ρ为时间分割因子；
根据公式2计算中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小：
其中，xS代表S每根天线的发射信号，满足E[|xs|2]＝PS，表示Ri处均值为0，方差为N0的加性高斯白噪声；
根据公式3计算目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小：
其中，nD是D处均值为0，方差为N0的加性高斯白噪声；为Ri到D的距离；表示D处的噪声；/>表示D处的有效信号；/>为中继Ri发射信号，表示为：/> 为放大系数， 为Ri到D链路的信道系数；
其中，根据公式4，基于中继节点Ri从源节点S接收到的信号值的大小、以及目的节点D从中继节点Ri接收到的信号值的大小计算系统端到端信噪比：
其中，γ0＝PS/N0为源节点每根天线发射功率与噪声功率的比值，
根据公式5，基于所述系统端到端信噪比，计算莱斯衰落信道下系统链路中断的概率：
其中，系统端到端信噪比阈值R0为系统最低所需的传输速率；W表示系统带宽；FY(x)为/>的累积分布函数：/> 为S到Ri链路的信道莱斯因子，/>为S到Ri信道增益随机变量/>的均值，C1理论取值为无穷大；fX(x)为/>的概率密度函数：为Ri到D链路的信道莱斯因子，/>为Ri到D的信道增益随机变量/>的均值，C2理论取值为无穷大；
根据公式6，基于所述系统端到端信噪比，计算中继节点Ri能量受限的概率：
其中，EQ表示的是中继电路的能量门限值，Plack表示Ri收集的能量Ei小于电路门限值的概率；
根据公式7，基于所述系统端到端信噪比，计算中继节点Ri能量够用的概率：
其中，Penough表示Ei大于电路门限值的概率；
其中，根据公式8和公式9，基于所述系统链路中断的概率、所述中继节点Ri能量受限的概率、以及所述中继节点Ri能量够用的概率计算系统的中断概率：
Pout＝Plack+Penough*Plinkout 公式8；
其中，Kv(·)为第二类v阶修正贝塞尔函数，
根据公式10，基于所述系统的中断概率计算系统的吞吐量：
其中，所述分析模块具体用于：
当源节点总发射功率、源节点天线数量、莱斯因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置这些因素固定的情况下，确定随着时间分割因子的增大，系统中断概率先减小后增大；
当源节点总发射功率、源节点天线数量、时间分割因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置这些因素固定的情况下，确定莱斯因子越大，系统中断概率越小；
当源节点天线数量、莱斯因子、时间分割因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置这些因素固定的情况下，确定源端发射总功率越大，系统的吞吐量越大；
当源节点总发射功率、莱斯因子、时间分割因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置这些因素固定的情况下，确定当源节点天线数量越多系统吞吐量越大；
当源节点总发射功率、源节点天线数量、莱斯因子、时间分割因子、中继节点能量转化效率、源节点和中继节点相对位置这些因素固定的情况下，确定选择两跳距离之和最短的中继节点时系统性能优于选择第一跳距离最短的中继节点时系统性能。
CN202011161269.XA 2020-10-27 2020-10-27 两跳多中继网络性能分析方法、系统及装置 Active CN112235824B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011161269.XA CN112235824B (zh) 2020-10-27 2020-10-27 两跳多中继网络性能分析方法、系统及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011161269.XA CN112235824B (zh) 2020-10-27 2020-10-27 两跳多中继网络性能分析方法、系统及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112235824A CN112235824A (zh) 2021-01-15
CN112235824B true CN112235824B (zh) 2024-04-26

Family

ID=74110144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011161269.XA Active CN112235824B (zh) 2020-10-27 2020-10-27 两跳多中继网络性能分析方法、系统及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112235824B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113055816B (zh) * 2021-03-23 2021-11-26 南通大学 一种基于位置信息的多智能反射面辅助两跳中继无线通信方法及其系统
CN113556195B (zh) * 2021-07-21 2023-05-09 兰州交通大学 基于中断概率的多用户协作无线传输网络性能预测方法
CN114585043B (zh) * 2022-03-25 2023-07-21 电子科技大学 一种路由选择方法、装置、计算机设备和存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104937968A (zh) * 2012-03-12 2015-09-23 高通股份有限公司 用于毫微微蜂窝小区信道选择的方法和系统
CN111130624A (zh) * 2019-12-23 2020-05-08 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 一种空天地一体化空间信息网络优化传输方法
CN111988797A (zh) * 2020-08-10 2020-11-24 国网能源研究院有限公司 无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法及系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6788670B1 (en) * 2000-10-27 2004-09-07 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Method for forwarding in multi-hop networks
US10111024B2 (en) * 2015-07-10 2018-10-23 Lg Electronics Inc. Method and apparatus for an input data processing via a local computing or offloading based on power harvesting in a wireless communication system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104937968A (zh) * 2012-03-12 2015-09-23 高通股份有限公司 用于毫微微蜂窝小区信道选择的方法和系统
CN111130624A (zh) * 2019-12-23 2020-05-08 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 一种空天地一体化空间信息网络优化传输方法
CN111988797A (zh) * 2020-08-10 2020-11-24 国网能源研究院有限公司 无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Throughput improvement by cluster-based multihop wireless networks with energy harvesting relays;Vikash Singh;《2017 IEEE Topical Conference on Wireless Sensors and Sensor Networks(WiSNet)》;全文 *
无线能量收集驱动的铁路物联网中断性能分析;马佳星;熊轲;张煜;钟章队;倪强;;物联网学报(03);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112235824A (zh) 2021-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112235824B (zh) 两跳多中继网络性能分析方法、系统及装置
Krikidis et al. Stability analysis and power optimization for energy harvesting cooperative networks
US7542421B2 (en) Adaptive control of transmission power and data rates of transmission links between access nodes of a mesh network
Javaid et al. Region based cooperative routing in underwater wireless sensor networks
US20100074194A1 (en) Radio and bandwidth aware routing metric for multi-radio multi-channel mutli-hop wireless networks
US8184584B2 (en) Wireless device which selects routes excluding loop routes and a mesh network including the same
US20080095222A1 (en) Link adaption for mobile ad hoc and mesh networks
US10798158B1 (en) Network system and decision method
CN111988797B (zh) 无线能量传输驱动的两跳多中继网络性能分析方法及系统
CN101917752B (zh) 基于Pareto最优路径的无线传感器网络汇聚路由方法
CN106487482A (zh) 一种全双工中继无线信息与能量同步传输的功率分流方法
Wang et al. Optimal relay location in multi-hop cellular systems
US9578587B2 (en) Wireless communication device and route selection method in wireless network
CN112867090B (zh) 一种军事作战通信链路选择机制度量方法
CN111836337B (zh) 一种采用mrc且适用于swipt hdaf协议的中继选择方法
Longman et al. Wake-up radio-enabled intermittently-powered devices for mesh networking: A power analysis
Yazid et al. A deep reinforcement learning approach for LoRa WAN energy optimization
KR100874009B1 (ko) 이동통신 시스템에서 중계기 선택 방법
Zheng et al. Energy efficiency in multihop wireless networks with unreliable links
Pham et al. Efficient forwarding protocol for dual-hop relaying wireless networks
Predojev et al. Energy-delay tradeoff analysis in embedded M2M networks with channel coding
Marchenko et al. Throughput and energy efficiency of cooperative diversity with relay selection
Huang et al. Energy efficient design in AF relay networks with bidirectional asymmetric traffic
Lu et al. Power line carrier and wireless multi-channel cooperative communication based on adaptive relay selection
JP2013175963A (ja) コーディネータ、無線通信システム、及び無線通信方法

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