CN114302476A - 无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法及装置，所述方法包括：将消息传输过程分为两个时隙，并将第一时隙分为两个阶段，确定对应的消息速率公式以及中继节点接收到的能量公式，进而确定干扰信号的干扰功率的函数；以平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型；在优化模型中，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式；推导得到发送者发送功率与中继信任度、干扰信号属性间的约束关系，结合约束关系，确定发送需求对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。采用本方法能够从已知信任度的中继集合中找到最佳的中继，并获得中继节点的干扰信号发送功率以及发送者的干扰信号发送时长。
Description
技术领域
本发明涉及信息与通信工程技术领域，尤其涉及一种无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法及装置。
背景技术
随着物联网的发展，信息呈现爆炸式增长，数据传输的安全性日益严重。随着计算能力的提高，传统的基于算法复杂度的信息加密方式不再适用于现有网络，物理层安全以窃听信道为基础，采用保密编码、协作干扰等物理层技术实现信息的安全传输，成为传统安全体制的重要补充，信任度对通信安全有着至关重要的影响。
但是，在实际的通信过程中，存在着很多自私的用户，即信息的窃听者，能够模仿中继节点对信息进行干扰，从而进行信息窃听，影响用户的信息安全，所以，如何选择中继，如何进行信息发送提高信息的安全性是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法及装置。
本发明实施例提供一种无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法，包括：
获取当前网络的基本配置信息，所述基本配置信息中包含发送者发送功率；
将消息传输过程分为由发送者发送至中继节点的第一时隙以及中继节点发送至接收者的第二时隙，并将所述第一时隙分为两个阶段，在前一阶段中，发送者发送能量信号至中继节点，在后一阶段中，发送者发送消息信号且中继节点通过在前一阶段中收集到的能量信号发送干扰信号，在第二时隙中，中继节点发送信息信号至接收者时，持续发送所述干扰信号；
根据所述第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合所述基本配置信息，得到对应的消息速率公式以及所述中继节点接收到的能量公式，根据所述消息速率公式及能量公式，计算所述中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，所述消息速率公式包括第一时隙中中继节点及窃听者接收到的消息速率公式和第二时隙中接收者及窃听者接收到的消息速率公式；
设置中继节点的中继信任度，结合所述消息速率公式，得到平均保密速率，并以所述平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型；
在所述优化模型中，以所述干扰功率最小为目标，分别以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式；
根据所述中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到所述发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，所述干扰信号的属性包括干扰信号的发送功率、干扰信号的发送时长；
获取实际信息信号发送需求，根据所述发送需求获取对应的实际发送功率以及中继节点的信任度集合，结合所述约束关系，确定所述实际发送功率对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
在所述第一时隙中，发送者发送信息至中继节点i，中继节点i接收到的消息速率为：
其中，Rsi为中继节点i接收的消息速率，Ps为发送者发送信息至中继节点i的功率，gsi为发送者和中继节点i之间的信道系数，
为中继节点i处的加性高斯白噪声的方差；
在所述第一时隙中，发送者发送信息至中继节点i，窃听者接收到的消息速率为：
其中，ye1为窃听者接收的消息速率，gse为发送者和窃听者之间的信道系数，gie为中继节点i和窃听者之间的信道系数，x2为发送者发送的信息信号，ne为窃听者处的加性高斯白噪声；
在所述第二时隙中，中继节点i发送信息至接收者，接收者接收到的消息速率为：
其中，Rid为接收者接收的消息速率，gid为中继节点i和接收者之间的信道系数，
为接收者处的加性高斯白噪声的方差；
在所述第一时隙中，中继节点i发送信息至接收者，窃听者接收到的消息速率为：
计算在第一时隙和第二时隙中，窃听者窃听到的总消息速率为：
其中，σe为窃听者处的加性高斯白噪声的方差；
中继节点i接收到的能量信号的能量公式为：
W＝ηγTPsgsi
其中，W为中继节点i接收到的能量，η为能量转化效率，T为第一时隙的时长，γT为第一时隙中前一阶段的时长，γ为第一时隙中的分割系数；
将中继信号i发送干扰信号的时长t与所述窃听者窃听到的总消息速率的公式及能量公式结合，得到中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数：
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
将中继节点i的信任度设置为αi，中继节点i以概率αi转发发送者的信息至接收者，接收者接收信息的平均保密速率为αi[min(Rsi，Rid)-Re]。
在其中一个实施例中，所述优化模型，包括：
所述优化模型包含的三个约束条件分别包括：
约束1：
约束2：Pi j≤1
约束3：0≤αi≤1
其中，约束1为平均保密速率约束，
为平均保密速率的下限；
约束2为干扰功率约束；
约束3为中继信任度约束。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
所述优化模型的条件公式为：
根据所述条件公式，得到中继信任度公式：
进而确定中继节点i中干扰功率的取值范围：
令
得到干扰功率的计算公式：
当0≤PL≤1时，得到中继信任度的条件公式：
在其中一个实施例中，所述基本配置信息，包括：
根据所述干扰功率的函数及干扰功率的计算公式得到第一时隙中的分割系数表达式：
转化分割系数表达式得到：
令
结合中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式，推导发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系。
本发明实施例提供一种无线携能网络基于信任度的节能中继选择装置，包括：
第一获取模块，用于获取当前网络的基本配置信息，所述基本配置信息中包含发送者发送功率；
划分模块，用于将消息传输过程分为由发送者发送至中继节点的第一时隙以及中继节点发送至接收者的第二时隙，并将所述第一时隙分为两个阶段，在前一阶段中，发送者发送能量信号至中继节点，在后一阶段中，发送者发送消息信号且中继节点通过在前一阶段中收集到的能量信号发送干扰信号，在第二时隙中，中继节点发送信息信号至接收者时，持续发送所述干扰信号；
计算模块，用于根据所述第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合所述基本配置信息，得到对应的消息速率公式以及所述中继节点接收到的能量公式，根据所述消息速率公式及能量公式，计算所述中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，所述消息速率公式包括第一时隙中中继节点及窃听者接收到的消息速率公式和第二时隙中接收者及窃听者接收到的消息速率公式；
模型建立模块，用于设置中继节点的中继信任度，结合所述消息速率公式，得到平均保密速率，并以所述平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型；
模型计算模块，用于在所述优化模型中，以所述干扰功率最小为目标，分别以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式；
约束模块，用于根据所述中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到所述发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，所述干扰信号的属性包括干扰信号的发送功率、干扰信号的发送时长；
第二获取模块，用于获取实际信息信号发送需求，根据所述发送需求获取对应的实际发送功率以及中继节点的信任度集合，结合所述约束关系，确定所述实际发送功率对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。
本发明实施例提供一种电子设备，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，所述处理器执行所述程序时实现上述无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法的步骤。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法的步骤。
本发明实施例提供的无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法及装置，获取当前网络的基本配置信息，基本配置信息中包含发送者发送功率；将消息传输过程分为由发送者发送至中继节点的第一时隙以及中继节点发送至接收者的第二时隙，并将第一时隙分为两个阶段，在前一阶段中，发送者发送能量信号至中继节点，在后一阶段中，发送者发送消息信号且中继节点通过在前一阶段中收集到的能量信号发送干扰信号，在第二时隙中，中继节点发送信息信号至接收者时，持续发送干扰信号；根据第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合基本配置信息，得到对应的消息速率公式以及中继节点接收到的能量公式，根据消息速率公式及能量公式，计算中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，消息速率公式包括第一时隙中中继节点及窃听者接收到的消息速率公式和第二时隙中接收者及窃听者接收到的消息速率公式；设置中继节点的中继信任度，结合消息速率公式，得到平均保密速率，并以平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型；在优化模型中，以干扰功率最小为目标，分别以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式；根据中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，干扰信号的属性包括干扰信号的发送功率、干扰信号的发送时长；获取实际信息信号发送需求，根据发送需求获取对应的实际发送功率以及中继节点的信任度集合，结合约束关系，确定实际发送功率对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。这样能够从已知信任度的中继集合中找到最佳的中继，并获得中继节点的干扰信号发送功率以及发送者的干扰信号发送时长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，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为本发明实施例中无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法的流程图；
图2为本发明实施例中无线携能网络基于信任度的节能中继选择装置的结构图；
图3为本发明实施例中电子设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。
图1为本发明实施例提供的无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法，包括：
步骤S101，获取当前网络的基本配置信息，所述基本配置信息中包含发送者发送功率。
具体地，获取当前网络的基本配置信息，基本配置信息中包含发送者发送功率，基本配置信息也还可以包括传输信道基本参数、平均保密速率下限等数据。
步骤S102，将消息传输过程分为由发送者发送至中继节点的第一时隙以及中继节点发送至接收者的第二时隙，并将所述第一时隙分为两个阶段，在前一阶段中，发送者发送能量信号至中继节点，在后一阶段中，发送者发送消息信号且中继节点通过在前一阶段中收集到的能量信号发送干扰信号，在第二时隙中，中继节点发送信息信号至接收者时，持续发送所述干扰信号。
具体地，可以将消息传输过程分为两个时隙中完成，其中第一个时隙为发送者给中继节点传输消息信号；第二个时隙为中继节点转发消息至接收者，第一时隙分为两个阶段，在前一阶段中，发送者发送能量信号至中继节点，在后一阶段中，发送者发送消息信号且中继节点通过在前一阶段中收集到的能量信号发送干扰信号，在第二时隙中，中继节点发送信息信号至接收者时，同时持续发送干扰信号。
步骤S103，根据所述第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合所述基本配置信息，得到对应的消息速率公式以及所述中继节点接收到的能量公式，根据所述消息速率公式及能量公式，计算所述中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，所述消息速率公式包括第一时隙中中继节点及窃听者接收到的消息速率公式和第二时隙中接收者及窃听者接收到的消息速率公式。
具体地，根据第一时隙中前一阶段、后一阶段以及第二时隙中信息信号和干扰信号的发送时序，结合基本配置信息，可以得到第一时隙中中继节点及窃听者接收到的消息速率公式和第二时隙中接收者及窃听者接收到的消息速率公式共4个消息速率公式：
在所述第一时隙中，发送者发送信息至中继节点i，中继节点i接收到的消息速率为：
其中，Rsi为中继节点i接收的消息速率，Ps为发送者发送信息至中继节点i的功率，gsi为发送者和中继节点i之间的信道系数，
为中继节点i处的加性高斯白噪声的方差；
在所述第一时隙中，发送者发送信息至中继节点i，窃听者接收到的消息速率为：
其中，ye1为窃听者接收的消息速率，gse为发送者和窃听者之间的信道系数，gie为中继节点i和窃听者之间的信道系数，x2为发送者发送的信息信号，ne为窃听者处的加性高斯白噪声；
在所述第二时隙中，中继节点i发送信息至接收者，接收者接收到的消息速率为：
其中，Rid为接收者接收的消息速率，gid为中继节点i和接收者之间的信道系数，
为接收者处的加性高斯白噪声的方差；
在所述第一时隙中，中继节点i发送信息至接收者，窃听者接收到的消息速率为：
其中，ye2为窃听者接收的消息速率，xc为中继节点i发送的信息信号，xj为中继节点i发送的干扰信号。
另外，计算在第一时隙和第二时隙中，窃听者窃听到的总消息速率为：
其中，σe为窃听者处的加性高斯白噪声的方差；
中继节点i接收到的能量信号的能量公式为：
W＝ηγTPsgsi
其中，W为中继节点i接收到的能量，η为能量转化效率，T为第一时隙的时长，γT为第一时隙中前一阶段的时长，γ为第一时隙中的分割系数；
将中继信号i发送干扰信号的时长t与所述窃听者窃听到的总消息速率的公式及能量公式结合，得到中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数：
步骤S104，设置中继节点的中继信任度，结合所述消息速率公式，得到平均保密速率，并以所述平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型。
具体地，可以设置中继节点的中继信任度αi，结合消息速率公式，得到平均保密速率，其中，在两跳中继网络(发送者发送信息至中继节点为一跳，中继节点转发信息至接收者为一跳)中，接收者可获得的最大信息速率应当取两跳传输速率中的较小值，即min(Rsi，Rid)，考虑到中继节点的中继信任度αi，中继节点i以概率αi转发发送者的信息至接收者，接收者接收信息的平均保密速率为αi[min(Rsi，Rid)-Re]然后分别以平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型，具体可以为：
约束1：
约束2：Pi j≤1
约束3：0≤αi≤1
其中，约束1为平均保密速率约束，
为平均保密速率的下限；
约束2为干扰功率约束；
约束3为中继信任度约束。
步骤S105，在所述优化模型中，以所述干扰功率最小为目标，分别以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式。
具体地，在优化模型中，根据两跳中继网络的最大可实现信息速率为min(Rsi，Rid)则分为两种情况：1)中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率；2)中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率，若要满足平均保密速率的约束条件条件，则应当满足如下表达式：
根据所述条件公式，得到中继信任度公式：
进而确定中继节点i中干扰功率的取值范围：
令
得到干扰功率的计算公式：
当0≤PL≤1时，得到中继信任度的条件公式：
步骤S106，根据所述中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到所述发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，所述干扰信号的属性包括干扰信号的发送功率、干扰信号的发送时长。
具体地，根据所述干扰功率的函数及干扰功率的计算公式得到第一时隙中的分割系数表达式：
转化分割系数表达式得到：
令
当噪声功率远小于信道增益时，
恒成立，然后结合中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式，可以得到如下结论：
1、当
时，才能满足优化问题中保密速率的约束；
2、当
时，才能满足优化问题中干扰功率的约束；
3、当
时，不需要中继发送干扰功率也能够实现保密通信，也就是发送者不需要提前给中继传输能量，可以直接传输信息；当
时，则需要发送一定的干扰信号，以保证通信的安全性。
根据
0，1的大小可分为30种情况，以下10种情况存在能保证保密通信的信任度：
步骤S107，获取实际信息信号发送需求，根据所述发送需求获取对应的实际发送功率以及中继节点的信任度集合，结合所述约束关系，确定所述实际发送功率对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。
具体地，获取在实际信息信号的发送过程中，根据发送需求获取对应的实际发送功率以及中继节点的信任度集合，然后结合发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，确定实际发送功率对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。
本发明实施例提供的一种无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法，获取当前网络的基本配置信息，基本配置信息中包含发送者发送功率；将消息传输过程分为由发送者发送至中继节点的第一时隙以及中继节点发送至接收者的第二时隙，并将第一时隙分为两个阶段，在前一阶段中，发送者发送能量信号至中继节点，在后一阶段中，发送者发送消息信号且中继节点通过在前一阶段中收集到的能量信号发送干扰信号，在第二时隙中，中继节点发送信息信号至接收者时，持续发送干扰信号；根据第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合基本配置信息，得到对应的消息速率公式以及中继节点接收到的能量公式，根据消息速率公式及能量公式，计算中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，消息速率公式包括第一时隙中中继节点及窃听者接收到的消息速率公式和第二时隙中接收者及窃听者接收到的消息速率公式；设置中继节点的中继信任度，结合消息速率公式，得到平均保密速率，并以平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型；在优化模型中，以干扰功率最小为目标，分别以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式；根据中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，干扰信号的属性包括干扰信号的发送功率、干扰信号的发送时长；获取实际信息信号发送需求，根据发送需求获取对应的实际发送功率以及中继节点的信任度集合，结合约束关系，确定实际发送功率对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。这样能够从已知信任度的中继集合中找到最佳的中继，并获得中继节点的干扰信号发送功率以及发送者的干扰信号发送时长。
图2为本发明实施例提供的一种无线携能网络基于信任度的节能中继选择装置，包括：第一获取模块S201、划分模块S202、计算模块S203、模型建立模块S204、模型计算模块S205、约束模块S206、第二获取模块S207，其中：
第一获取模块S201，用于获取当前网络的基本配置信息，所述基本配置信息中包含发送者发送功率。
划分模块S202，用于将消息传输过程分为由发送者发送至中继节点的第一时隙以及中继节点发送至接收者的第二时隙，并将所述第一时隙分为两个阶段，在前一阶段中，发送者发送能量信号至中继节点，在后一阶段中，发送者发送消息信号且中继节点通过在前一阶段中收集到的能量信号发送干扰信号，在第二时隙中，中继节点发送信息信号至接收者时，持续发送所述干扰信号。
计算模块S203，用于根据所述第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合所述基本配置信息，得到对应的消息速率公式以及所述中继节点接收到的能量公式，根据所述消息速率公式及能量公式，计算所述中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，所述消息速率公式包括第一时隙中中继节点及窃听者接收到的消息速率公式和第二时隙中接收者及窃听者接收到的消息速率公式。
模型建立模块S204，用于设置中继节点的中继信任度，结合所述消息速率公式，得到平均保密速率，并以所述平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型。
模型计算模块S205，用于在所述优化模型中，以所述干扰功率最小为目标，分别以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式。
约束模块S206，用于根据所述中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到所述发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，所述干扰信号的属性包括干扰信号的发送功率、干扰信号的发送时长。
第二获取模块S207，用于获取实际信息信号发送需求，根据所述发送需求获取对应的实际发送功率以及中继节点的信任度集合，结合所述约束关系，确定所述实际发送功率对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。
关于无线携能网络基于信任度的节能中继选择装置的具体限定可以参见上文中对于无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法的限定，在此不再赘述。上述无线携能网络基于信任度的节能中继选择装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)301、存储器(memory)302、通信接口(Communications Interface)303和通信总线304，其中，处理器301，存储器302，通信接口303通过通信总线304完成相互间的通信。处理器301可以调用存储器302中的逻辑指令，以执行如下方法：获取当前网络的基本配置信息，基本配置信息中包含中继发送功率；获取当前网络的基本配置信息，基本配置信息中包含发送者发送功率；将消息传输过程分为由发送者发送至中继节点的第一时隙以及中继节点发送至接收者的第二时隙，并将第一时隙分为两个阶段，在前一阶段中，发送者发送能量信号至中继节点，在后一阶段中，发送者发送消息信号且中继节点通过在前一阶段中收集到的能量信号发送干扰信号，在第二时隙中，中继节点发送信息信号至接收者时，持续发送干扰信号；根据第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合基本配置信息，得到对应的消息速率公式以及中继节点接收到的能量公式，根据消息速率公式及能量公式，计算中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，消息速率公式包括第一时隙中中继节点及窃听者接收到的消息速率公式和第二时隙中接收者及窃听者接收到的消息速率公式；设置中继节点的中继信任度，结合消息速率公式，得到平均保密速率，并以平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型；在优化模型中，以干扰功率最小为目标，分别以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式；根据中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，干扰信号的属性包括干扰信号的发送功率、干扰信号的发送时长；获取实际信息信号发送需求，根据发送需求获取对应的实际发送功率以及中继节点的信任度集合，结合约束关系，确定实际发送功率对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。
此外，上述的存储器302中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：获取当前网络的基本配置信息，基本配置信息中包含发送者发送功率；将消息传输过程分为由发送者发送至中继节点的第一时隙以及中继节点发送至接收者的第二时隙，并将第一时隙分为两个阶段，在前一阶段中，发送者发送能量信号至中继节点，在后一阶段中，发送者发送消息信号且中继节点通过在前一阶段中收集到的能量信号发送干扰信号，在第二时隙中，中继节点发送信息信号至接收者时，持续发送干扰信号；根据第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合基本配置信息，得到对应的消息速率公式以及中继节点接收到的能量公式，根据消息速率公式及能量公式，计算中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，消息速率公式包括第一时隙中中继节点及窃听者接收到的消息速率公式和第二时隙中接收者及窃听者接收到的消息速率公式；设置中继节点的中继信任度，结合消息速率公式，得到平均保密速率，并以平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型；在优化模型中，以干扰功率最小为目标，分别以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式；根据中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，干扰信号的属性包括干扰信号的发送功率、干扰信号的发送时长；获取实际信息信号发送需求，根据发送需求获取对应的实际发送功率以及中继节点的信任度集合，结合约束关系，确定实际发送功率对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上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精神和范围。
Claims (10)
1.一种无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法，其特征在于，包括：
获取当前网络的基本配置信息，所述基本配置信息中包含发送者发送功率；
将消息传输过程分为由发送者发送至中继节点的第一时隙以及中继节点发送至接收者的第二时隙，并将所述第一时隙分为两个阶段，在前一阶段中，发送者发送能量信号至中继节点，在后一阶段中，发送者发送消息信号且中继节点通过在前一阶段中收集到的能量信号发送干扰信号，在第二时隙中，中继节点发送信息信号至接收者时，持续发送所述干扰信号；
根据所述第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合所述基本配置信息，得到对应的消息速率公式以及所述中继节点接收到的能量公式，根据所述消息速率公式及能量公式，计算所述中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，所述消息速率公式包括第一时隙中中继节点及窃听者接收到的消息速率公式和第二时隙中接收者及窃听者接收到的消息速率公式；
设置中继节点的中继信任度，结合所述消息速率公式，得到平均保密速率，并以所述平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型；
在所述优化模型中，以所述干扰功率最小为目标，分别以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式；
根据所述中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到所述发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，所述干扰信号的属性包括干扰信号的发送功率、干扰信号的发送时长；
获取实际信息信号发送需求，根据所述发送需求获取对应的实际发送功率以及中继节点的信任度集合，结合所述约束关系，确定所述实际发送功率对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。
2.根据权利要求1所述的无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法，其特征在于，所述根据所述第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合所述基本配置信息，得到对应的消息速率公式，包括：
在所述第一时隙中，发送者发送信息至中继节点i，中继节点i接收到的消息速率为：
其中，Rsi为中继节点i接收的消息速率，Ps为发送者发送信息至中继节点i的功率，gsi为发送者和中继节点i之间的信道系数，
为中继节点i处的加性高斯白噪声的方差；
在所述第一时隙中，发送者发送信息至中继节点i，窃听者接收到的消息速率为：
其中，ye1为窃听者接收的消息速率，gse为发送者和窃听者之间的信道系数，gie为中继节点i和窃听者之间的信道系数，x2为发送者发送的信息信号，ne为窃听者处的加性高斯白噪声；
在所述第二时隙中，中继节点i发送信息至接收者，接收者接收到的消息速率为：
其中，Rid为接收者接收的消息速率，gid为中继节点i和接收者之间的信道系数，
为接收者处的加性高斯白噪声的方差；
在所述第一时隙中，中继节点i发送信息至接收者，窃听者接收到的消息速率为：
其中，ye2为窃听者接收的消息速率，xc为中继节点i发送的信息信号，xj为中继节点i发送的干扰信号。
3.根据权利要求2所述的无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法，其特征在于，所述根据消息速率公式及能量公式，计算所述中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，包括：
计算在第一时隙和第二时隙中，窃听者窃听到的总消息速率为：
其中，σe为窃听者处的加性高斯白噪声的方差；
中继节点i接收到的能量信号的能量公式为：
W＝ηγTPsgsi
其中，W为中继节点i接收到的能量，η为能量转化效率，T为第一时隙的时长，γT为第一时隙中前一阶段的时长，γ为第一时隙中的分割系数；
将中继信号i发送干扰信号的时长t与所述窃听者窃听到的总消息速率的公式及能量公式结合，得到中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数：
4.根据权利要求3所述的无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法，其特征在于，所述设置中继节点的中继信任度，结合所述消息速率公式，得到平均保密速率，包括：
将中继节点i的信任度设置为αi，中继节点i以概率αi转发发送者的信息至接收者，接收者接收信息的平均保密速率为αi[min(Rsi，Rid)-Re]。
5.根据权利要求4所述的无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法，其特征在于，所述优化模型，包括：
所述优化模型包含的三个约束条件分别包括：
约束1：
约束2：Pi j≤1
约束3：0≤αi≤1
其中，约束1为平均保密速率约束，
为平均保密速率的下限；
约束2为干扰功率约束；
约束3为中继信任度约束。
6.根据权利要求5所述的无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法，其特征在于，所述以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式，包括：
所述优化模型的条件公式为：
根据所述条件公式，得到中继信任度公式：
进而确定中继节点i中干扰功率的取值范围：
令
得到干扰功率的计算公式：
当0≤PL≤1时，得到中继信任度的条件公式：
7.根据权利要求1所述的无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法，其特征在于，所述根据中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到所述发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，包括：
根据所述干扰功率的函数及干扰功率的计算公式得到第一时隙中的分割系数表达式：
转化分割系数表达式得到：
令
结合中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式，推导发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系。
8.一种无线携能网络基于信任度的节能中继选择装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取当前网络的基本配置信息，所述基本配置信息中包含发送者发送功率；
划分模块，用于将消息传输过程分为由发送者发送至中继节点的第一时隙以及中继节点发送至接收者的第二时隙，并将所述第一时隙分为两个阶段，在前一阶段中，发送者发送能量信号至中继节点，在后一阶段中，发送者发送消息信号且中继节点通过在前一阶段中收集到的能量信号发送干扰信号，在第二时隙中，中继节点发送信息信号至接收者时，持续发送所述干扰信号；
计算模块，用于根据所述第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合所述基本配置信息，得到对应的消息速率公式以及所述中继节点接收到的能量公式，根据所述消息速率公式及能量公式，计算所述中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，所述消息速率公式包括第一时隙中中继节点及窃听者接收到的消息速率公式和第二时隙中接收者及窃听者接收到的消息速率公式；
模型建立模块，用于设置中继节点的中继信任度，结合所述消息速率公式，得到平均保密速率，并以所述平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型；
模型计算模块，用于在所述优化模型中，以所述干扰功率最小为目标，分别以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式；
约束模块，用于根据所述中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到所述发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，所述干扰信号的属性包括干扰信号的发送功率、干扰信号的发送时长；
第二获取模块，用于获取实际信息信号发送需求，根据所述发送需求获取对应的实际发送功率以及中继节点的信任度集合，结合所述约束关系，确定所述实际发送功率对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。
9.一种电子设备，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，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法的步骤。
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Citations (3)
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| CN111132140A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-05-08 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 最佳中继选择方案的性能分析系统及其方法 |
| WO2020215801A1 (zh) * | 2019-04-26 | 2020-10-29 | 深圳先进技术研究院 | 中继网络能量效率最优分配方法、装置、终端及存储介质 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111665166.1A patent/CN114302476B/zh active Active
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| Title |
|---|
| 沈霖晖;许晓荣;孙明杭;: "无线携能网络中一种非线性能量收集与信息传输均衡策略", 信号处理, no. 02 * |
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|---|---|
| CN114302476B (zh) | 2024-04-02 |
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