[发明专利]机会中继系统中的一种节能传输方案

说明书

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种无线传感网的功控、调制方式和中继节点选择的联合优化方案。

背景技术

无线传感网的一个典型应用场景是多个传感节点收集信息，然后将收集的信息以多跳的方式传送到汇聚节点。在只有一级中继的传感网中，数据的传输包括两个阶段。第一阶段：源节点向中继节点和目的节点发送信息；第二阶段：中继节点向目的节点转发信息。如果网络中包括多个中继节点，中继转发的传统方法是每个中继节点对接收的信息进行解码前传(DF)或放大前传(AF)，然后不同的中继节点用正交子信道将处理后的信息发送到目的节点。这种基于简单重复的重传方法将使网络的频谱效率随中继节点个数的增加而降低。同时，在短距离传输中，传感器节点上的电路损耗在总功耗中占有不可忽略的比重，因此，网络的总功耗也会随着活动中继节点个数的增加而增加。

为降低功耗，延长网络寿命，可以通过节点协作构造虚拟的多入多出系统(MIMO)，并利用MIMO传输技术，如分布式空时编码或分布式波束成形技术，使系统获得空间分集增益，从而降低节点的发射功率。但是，多中继节点协作由于同步等问题在实现上复杂度较高，而且协作会导致额外的时延和功率损耗。为降低节点协作的复杂度，简化物理层的协议设计，在多个中继节点中选择“最优”节点的中继选择方案近年来引起了广泛关注。现有的中继选择方案注意包括基于位置信息的中继选择方案，基于瞬时信道状态信息的中继选择方案，基于H-ARQ机制的中继选择方案等。

自适应调制技术已被用于基于解码前传、放大前传和选择前传的中继协作和中继选择系统中以进一步提高传感网的频谱效率和功率效率。为利用自适应调制技术提高系统的频谱效率，可在源节点和中继节点采用不同的调制方式，在满足系统误比特率(BER)的条件下，选择使吞吐量最大的调制方式。为消除在中继节点的检测错误对系统性能的影响，可将解调前传和选择中继相结合，当中继节点正确解码数据包时，才对数据进行重传。考虑到中继协作技术可能降低系统的频谱效率，可将只利用直达径所能获得的传输速率和采用协作技术所能获得的传输速率进行比较，根据比较结果决定是否采用中继协作技术。

上述现有的中继节点选择方案均没有考虑在源节点和中继节点的功率控制，也没有对功率、调制方式和中继节点选择进行联合优化。

发明内容

本发明实施例提供了一种传感网的发射功率、调制方式和中继节点选择的联合优化方案。该方案在满足目的节点的误码率要求，节点最大发射功率限制的条件下，使网络的总功耗最小。在本发明实施例中，所有中继节点对发送功率和调制方式进行分布式计算，获得最小网络总功耗的中继节点获得优先广播信息的权利(广播的信息包括源节点的发送功率和调制方式)。源节点根据接收的信息决定发送功率和调制方式。获得最小网络总功耗的中继节点对来自源节点的信息进行解码前传。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

相比中继节点协作，所提出的分布式机会中继选择方案有效减少了网络的总功耗；在源节点和中继节点采用自适应调制技术，有效减少了节点的发射功率；在源节点和中继节点使用不同的发射功率，进一步降低了网络的总发射功率。因此，所提方案能够有效降低网络的总功耗，延长传感网的工作寿命。

附图说明

图1为本发明实施例中的系统框图；

图2为本发明实施例中第一仿真结果示意图；

图3为本发明实施例中第二仿真结果示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种分布式的中继节点选择，发送功率和调制方式的联合优化方案，用于最小化传感网的总功耗。

1.系统模型

参阅图1，本发明实施例中的中继网络由M_t个源节点，L个中继节点和一个目的节点所组成。假设源节点和目的节点间不存在直达径。令h_sl表示源节点和中继节点间代表小尺度衰落的信道向量，h_ld表示中继节点和目的节点间代表小尺度衰落的信道系数。网络中的无线信道同时还经历平方率的路径损耗。网络中无线信道的上下行链路具有互易性。