[发明专利]一种基于双缓存队列的能量捕获网络中继选择方法

说明书

一种双缓存队列的能量捕获网络中继节点选择方法，通过分析源节点和中继节点中数据包的平均时延选择合适的中继节点；通过分析系统中数据包的转移状态，得出状态转移平衡方程，求出稳态时的数据包状态概率，从而得到数据包在系统中的平均时延。与传统的射频能量捕获网络的中继选择方法相比，本发明主要是从数据量的大小、数据包到达速率、以及数据包服从泊松分布这几个方面来考虑降低系统时延，提高网络的传输速度。

技术领域

本发明属于能量捕获无线传感器网络技术领域，涉及一种双缓存队列的能量捕获网络中继选择方法。

背景技术

在射频能量捕获网络的研究中，中继节点的选择是一个重要的问题。因为在多径环境中射频信号强度是以传播距离2次以上幂的速率衰减的。若发送方和接收方之间距离较大，信号强度就会急剧衰减，从而导致误码率增大，丢包数增大。这样需要增加发射功率或数据包重传才能将数据包传递给接收方，从而增大了网络的耗能。

为了克服这种现象，一种可行的办法是，在射频发射方与接收方之间增加一个中继节点用来转发信息。现有的研究主要根据中继节点捕获的能量和转发数据包所消耗的能量来选择合适的中继节点，而不考虑数据包本身的特性。比如数据量的大小、数据包到达速率、以及服从什么分布等。

发明内容

为了克服现有技术中存在不足，本发明提出一种基于双缓存队列的能量捕获网络中继选择方法，该方法以求取整个系统的排队时延从而选取最佳中继为目标，并在此基础上根据双缓存队列模型分析了系统中源节点和中继节点缓存队列的状态转移情况，求出稳态时的状态概率，根据系统的排队时延，提出一种基于双缓存队列的中继选择算法。双缓存队列中将数据包到达源节点和中继节点看成两个泊松分布，根据中继节点的能量捕获能力和转发数据包的能耗，分析这两个缓冲队列排队时延，从而选出合适的中继节点；与传统的射频能量捕获网络的中继选择方法相比，该方法主要是从数据量的大小、数据包到达速率、以及数据包服从泊松分布这几个方面来考虑降低系统时延。

本发明采用的技术方案为：

一种基于双缓存队列的能量捕获网络中继选择方法，包括如下步骤：

步骤1：数据包以平均速率λ₁的泊松分布到达源节点，源节点以转发速率μ_1n到达中继节点，中继节点以转发速率μ_2n将数据包转发到目的节点，能量以平均速率为λ₂的泊松分布到达中继节点的能量缓存队列；

步骤2：计算数据包在源节点的转发速率p_s为源节点的数据包发送功率，h_n为源节点与中继节点R_n之间的信道增益，δ²为噪声；

步骤3：计算中继节点捕获的能量为η_n表示第n个中继捕获能量的效率，表示中继节点的捕获功率，τ_i表示捕获能量所需的时间；

步骤4：计算中继节点转发速率为g_n中继节点与目的节点之间的信道增益；

步骤5：求解出系统达到稳态时数据包的状态Q^I(i)表示源节点在第i个时隙缓存队列数据包的个数，分别代表第n个中继节点在第i个时隙缓存队列中数据包的数量；

步骤6：根据稳态数据包状态高绿求出数据包在系统中的平均队长

步骤7：计算出系统中数据包的平均时延：

步骤8：根据数据包在系统中的时延，选择所耗时间最少的中继节点为最合适的中继节点。

本发明的有益效果为：从数据量的大小、数据包到达速率、以及数据包服从泊松分布这几个方面来考虑降低系统时延，提高网络的传输速度。

附图说明