[发明专利]一种基于最优阈值传输调度的中继节点选择方法

摘要

一种在瑞利衰落信道中的基于最优阈值传输调度的中继节点选择方法，包括以下步骤：1)计算各信道次排序后的信道概率密度函数和累积概率密度函数；2)每个中继节点感知信道信息当前时隙衰落信息，中继节点转发信息所需要的能量以及自身储能并计算平均传输速率通知源节点；3)中继节点依据信道信息以及转发所需要满足的能量条件确定每条链路建立的最小中断概率并通知源节点，源节点依据链路建立中断概率以及中继节点自身储能所提供的转发功率，确定所有符合条件的中继节点；4)在所有符合条件中选择出期望传输速率最大的节点，作为最优中继节点。本发明在瑞利衰落信道中源节点发射功率恒定时，端到端节点选择中继节点以最大期望传输速率传输。

主权项

一种在瑞利衰落信道中的基于最优阈值传输调度的中继节点选择方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)源节点到中继节点、中继节点到目的节点的各个信号的包络γ服从瑞利分布，且信噪比γ服从的指数分布，其中γ0为平均信噪比，中继节点瞬时信噪比γ1,γ2,…,γK按由小到大的顺序重排后为γ(1)≤γ(2)≤…≤γ(k)≤γ(k+1)≤…≤γ(K)，γ(k)称第k个次序统计量，其概率密度函数f(k)(γ)为：f(k)(γ)=K!(k-1)!(K-k)!Fk-1(γ)[1-F(γ)]K-kf(γ)=Kk-1K-k+1γ0Σi=0k-1k-1i(-1)ie-(K-k+i+1)γγ0---(1)]]>累积概率密度函数F(k)(γ)为：F(k)(γ)=Prob{γ(k)≤γ}=Σi=kKKiFi(γ)[1-F(γ)]K-i=Σi=kKKiΣj=0iij(-1)je-(K-i+j)γγ0---(2)]]>其中，式中各参数定义如下：f(k)(γ)：γ(k)的概率密度函数；F(k)(γ)：γ(k)的累积概率密度函数；F(γ)：信噪比γ的累积概率密度函数，其中K：中继节点个数；γ0：平均信噪比；γk:中继节点k的瞬时信噪比；γ(k)：中继节点瞬时信噪比按照从小到大排序后,信噪比第k个次序统计量；2)每个中继节点感知从源节点到自身，以及自身到目的节点的信道信息，然后将转发信息所需要的能量以及自身储存能量通知源节点；通过中继节点感知到的信道信息以及中继节点和目的节点接收到的信道信息，得到系统平均信噪比E[γ(k)]如下：E[γ(k)]=∫γ=0∞γdF(k)(γ)=∫γ=0∞γf(k)(γ)dγ=γ0(K-k+1)Kk-1Σi=0k-1k-1i(-1)i1(K-k+i+1)2---(3)]]>平均传输速率E[C(k)]如下：E[C(k)]=∫γ=0∞Blog2(1+Pγ)dF(k)(γ)=∫γ=0∞Blog2(1+Pγ)f(k)(γ)dγ=B(K-k+1)ln2Kk-1Σi=0k-1k-1i(-1)iK-k+i+1eK-k+i+1Psγ0E1(K-k+i+1Psγ0)---(4)]]>其中，式中各参数定义如下：B：信道带宽；Ps：源节点发射功率；3)最优阈值传输调度方法选择中继节点则以中继节点储存能量为判断链路是否建立，得到中断概率表达式为：P(k)out=∫0∞F(PsPkγ)f(k)(γ)dγ=Kk-1(K-k+1)Σi=0k-1k-1i(-1)i[1K-k+i+1-1[PsPk+(K-k+i+1)]---(5)]]>其中，式中各参数定义如下：Pk＝2Emax/T：中继节点k的转发功率；Emax中继节点储能最大容量；T信息从源节点发送到目的节点所需要的时间，信息源节点到中继节点与从中继节点到目的节点的时间相同，均为T/2；4)系统从符合条件的中继节点中选择最大均值平均传输速率E[C(k)]，选择最优中继节点k*满足下式：maxE[[Σk=0KC(k)]]---(6)]]>约束条件为：E[O(k)]≤Emax步骤4.1：对于公式(6)中的约束条件，转换为最小功率与最大储能关系，得到下式：maxE[[Σk=0KC(k)]]---(7)]]>约束条件：Pk≥2Emax/T步骤4.2：对于公式中的约束条件，改用步骤3)的中断概率表示，即当中断概率小于阈值则链路建立，得到下式：E[Σk=0KC(k)]=E[C(K)](1-P(K)opt)+Σk=1K-1E[C(k)](1-P(k)opt)Πi=k+1KP(i)opt+Πi=1KP(i)optE[C(0)]=E[C(K)](1-P(K)opt)+Σk=1K-1E[C(k)](1-P(k)opt)Πi=k+1KP(i)opt---(8)]]>利用求得最大期望传输速率时选择最优中继节点k*；步骤4.3：依据信息从源节点发送到中继节点所消耗的能量等同于其从中继节点转发到目的节点所消耗的能量，求得系统平均能量消耗E[O(k)]：E[O(k)]=T/2∫γ(k)=0∞∫γk′=PsPkγ(k)∞γ(k)γk′PsdF(k)(γ)dF(γk′)---(9)]]>化简公式(9)，得到中继节点传输速率经顺序统计后均值能量消耗为：E[O(k)]=T/2∫γ(k)=0∞∫γk′=PsPkγ(k)∞γ(k)γk′PsdF(k)(γ)dF(γk′)=T2Ps∫γ(k)=0∞γ(k)∫γk′=PsPkγ(k)∞1γk′f(γk′)dγk′dF(k)(γ)=]]>TPs2γ0∫γ=0∞γE1(PsγPkγ0)f(k)(γ)dγ---(10)]]>将公式(1)代入公式(10)，且利用积分公式得到：E[O(k)]=TPs2Kk-1K-k+1γ02Σi=0k-1k-1i(-1)i∫γ=0∞γe-K-k+i+1γ0γE1(PsPkγ0γ)dγ=TPs2Kk-1(K-k+1)Σi=0k-1k-1i(-1)i1(K-k+i+1)2[ln(1+K-k+i+1PsPk)-K-k+i+1K-k+i+1+PsPk---(11)]]>由公式(5)(11)，得到系统期望能量消耗E[Σk=0KO(k)]=E[O(K)]+Σk=1K-1E[O(k)]Πi=k+1KP(i)opt+E[O(0)]Πi=1KP(i)opt=E[O(K)]+Σk=1K-1E[O(k)]Πi=k+1KP(i)opt---(12).]]>