[发明专利]一种数据中继方法、系统和中继节点

说明书

技术领域

本发明公开了一种数据中继方法，尤其涉及一种用于减少各个节点间的能量损耗的数据中继方法。

背景技术

在物联网应用中，传感网通过部署大量传感器节点来进行信息感知，这些大量部署的传感器节点通常由电池供电且可用电量较少。

因此，如何降低节点的能量消耗对延长节点的工作时间，保证传感网的网络覆盖至关重要。另一方面，由于传感网的部署环境通常较恶劣，导致节点间的通信链路条件较差，因此，提高节点的通信效率，保证链路的通信质量对传感网信息的采集汇聚至关重要。

协作通信可通过多节点协作、模拟多天线的通信方式来减低节点通信能量消耗，保证节点通信质量。

目前，用于传感网的协作通信方式主要集中于协作中继和虚拟多进多出的通信方式。在这些协作通信方式中，可通过选择最优的协作中继节点，以及引入能量控制的方法，来降低通信能量消耗保证通信质量。但在一些情况下，可选的协作节点未必能够在最优化的区域，这将影响协作通信在降低能耗上的优势。

此外，在目前的协作通信方式中，通常在源节点和目标节点间选取一个或多个中继节点参与协作通信，这些节点的选取主要基于即时或稳态的通信链路情况进行选取。按照中继节点的工作方式不同，可将协作通信分为：协作中继通信和虚拟多进多出通信的方式，如图1a和图2b所示。

在协作中继的方式下，协作节点接收来自源节点的信息报文，然后以译码转发或信号放大转发的方式进行协作转发，目标节点将对源节点和协作节点的信息报文进行联合解码；而在虚拟多进多出的方式下，多个协作节点在收到源节点的信息报文后，将以虚拟多天线的方式对报文进行编码转发，目标节点对多路报文进行解码以获取源信息报文。

在衰退信道中，例如，常见的瑞利衰退信道中，这两种协作通信方式将可获得与多天线系统类似的分级增益。

因此，与多跳通信相比，在通信距离大于一定的值时，协作通信的能耗将会更少。此外，可以对各节点进行不同的能量控制，以更大地降低协作通信的能耗。例如，在高信噪比的情况下，采用最小化协作通信的中断概率或最大化目标节点接收信号信噪比的方式，优化各节点的发射功率。另外，参与协作通信的节点数目也可基于这些目标条件进行优化。

但是，这些协作通信采用相应的能量控制策略时，只能够保证整体通信能量消耗的最优化，无法同时使各节点都能有相对均衡的能量消耗，因此可能导致网络中个别节点能量消耗过快而影响网络的连通性。

此外，在虚拟多进多出的协作通信方式中，大多要求协作节点位置能够相对集中，才能较好地优化通信能量消耗，而传感节点的部署往往是随机的，节点的集中部署不利于信息的分布采集，因此，将影响虚拟多进多出协作通信的能量效率。

总体来说，现有技术中的协作通信方法具有以下缺点：

1.现有的协作通信往往是以最小化中断概率(outage probability)或最大化目标节点接收信号信噪比为目的，而不是以最小化能量消耗为目的。

2.现有的协作通信在采用最小化中断概率或最大化目标节点接收信号信噪比等能量控制时，无法保证在优化整体能量消耗的同时，均衡各个节点的能量消耗。

3.现有的协作通信方式在需要两个或多个节点参与协作时，往往要求协作节点的位置尽量集中，才可保证通信的整体能量效率。

发明内容

本发明针对现有技术的缺点，提供了一种数据中继方法和系统，本发明在进行协作通信的时候，能够降低对协作节点的位置要求，并且，该方法能够最优化协作通信整体能量消耗。

根据本发明的第一目的，本发明提供了一种数据中继方法，其中，该方法包括下列步骤：

A、源节点将源信息以广播的方式发送给中继节点；

B、第一中继节点收到所述源信息以后，对所述源信息以放大转发的方式传递给目标节点和第二中继节点；

C、第二中继节点对所述放大后的源信息和由源节点发送的源信息进行联合解码，并将解码后的源信息以译码转发的方式传递给目标节点；

D、目标节点对第一中继节点和第二中继节点发送的两个源信息进行联合解码并获取到最终的源信息。

进一步地，优选的方法是，所述步骤C和步骤D中，所述第二中继节点和目标节点基于最大比合并的方式对收到的多个源信息进行联合解码。

优选的方法是，步骤A～C中，进一步还包括：

获取协作中继过程中的通信误码率以及信道信噪比，最小化源节点、第一中继节点和第二中继节点的发射功率。

优选的方法是，进一步包括：