[发明专利]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

说明书

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与系统，该方法包括步骤获取两跳多中继网络相关计算所需数据；计算系统网络中选定中继节点接收源节点能量及信息传输信号值，及目的节点接收选定中继节点的信息传输信号值；计算确定网络的端到端中断概率及吞吐量；根据计算的吞吐量对莱斯衰落信道条件下的网络性能进行评估，根据评估结果对网络进行优化。本发明通过分析网络信息传输与能量间的因果关系及系统各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，确定能够适应户外物联网形势发展要求的、能够克服物联网节点能量有限缺点的、莱斯衰落信道条件下的网络性能评估计算方法。

技术领域

本发明涉及网络性能分析与优化技术领域，具体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及系统。

背景技术

中继技术可以扩大网络覆盖范围，有效提高网络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，目前研究工作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，目前还没有相关的技术为网络优化设计提供有效的性能评估参考。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是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，包括以下步骤：

获取两跳多中继网络相关计算所需数据；包括源节点天线数量及其发射功率、中继节点数量、源节点发射总功率、源节点至各中继节点的距离、各中继节点到目的节点的距离、网络配置参数；

计算系统网络中选定中继节点接收源节点能量传输信号及信息传输信号，及目的节点接收选定中继节点的信息传输信号；

计算确定网络的端到端中断概率及吞吐量；

根据计算的吞吐量对莱斯衰落信道条件下的网络性能进行评估，根据评估结果对网络进行优化；其中，

网络由无线通信连接的一个源节点S，N_R个能量受限的中继节点R_i(1≤i≤N_R)和一个目的节点D组成；源节点S配备多根天线，各中继节点R_i和目的节点D均为单天线设备。

在上述方法中，所述计算系统网络中选定中继节点接收源节点能量传输信号及信息传输信号，及目的节点接收选定中继节点的信息传输信号具体包括以下步骤：

(1)在第一阶段中ρT内，选定中继节点R_i从源节点S处收集到的能量E_i为：

式中，η(0＜η＜1)为中继节点能量转换效率；N_s为源节点S的天线数量；P_sum为源节点S的发射总功率；发射总功率平均分配，P_s＝P_sum/N_s为源节点S每根天线的发射功率；为源节点S到选定中继节点R_i链路的信道系数；为源节点S到选定中继节点R_i的距离；m为路径损耗指数；