[发明专利]一种认知中继无线传感器网络的联合资源分配方法

说明书

一种认知中继无线传感器网络的联合资源分配方法，属于无线通信技术领域。在基于SWIPT的认知中继无线传感器网络中，传感器子系统从主用户信号中收集能量，同时通过帮助转发主用户信号换取部分授权频谱的使用权，以传输自己的信号。该资源分配方法不但将传感器节点的功率分割比、发射功率分配与子载波分配进行联合优化分配，达到最大化传感器子系统吞吐量的目的，且同时也兼顾了主系统的目标速率要求。其优点是可以通过合理利用传感器节点收集到的能量并通过合理的调配子载波来实现传感器子系统吞吐量最大化，从而提高系统性能。

技术领域

本发明涉及一种认知中继无线传感器网络的联合资源分配方法，具体讲是一种基于SWIPT的认知中继无线传感器网络的联合资源分配方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着5G时代的到来，无线传感器网络(WSN)由于其低功耗、低成本和自组织等特性在物联网等领域有着广泛的应用前景。通常，传统无线传感器网络工作在ISM(Industrial,Scientific,and Medical)频段，由于无线设备和服务的快速发展，使得该频段变得越来越拥挤。

通过将认知无线电(CR)技术引入到无线传感器网络中，构建一个认知无线传感器网络(CRSN)有助于解决上述频谱短缺问题。在认知无线传感器网络中，传感器通过帮助主用户转发数据来换取一部分授权频谱的使用权，用来发送自己的数据。但是，频谱的感知和切换会消耗额外的能量，传感器节点一般是电池供电，一旦遇到能量受限的情况，系统将无法正常工作。近年来，随着RF能量收集技术的发展，传感器节点可以从RF信号中收集能量以补充自身电池消耗。同时无线信息和功率传输(Simultaneous Wireless Information andPower Transfer,SWIPT)技术是RF能量收集技术的一种，它利用RF信号不仅携带信息还携带能量的特性，在接收端采用分离式的接收机结构，将接收到的信号按一定比例分成两路不同功率的信号流，同时进行信息译码和能量收集，将收集到的能量存储在自身电池中以供未来使用，可有效延长传感器网络的生命周期。

近些年来，研究人员在能量收集认知无线传感器网络的资源分配方面做了很多工作，致力于传感器子系统的吞吐量、能效等的提升，取得了丰硕的成果，极大的提高了系统性能。由Weidang Lu等人所写“Joint Resource Allocation for Wireless EnergyHarvesting Enabled Cognitive Sensor Networks”(无线能量收集认知传感器网络的联合资源分配)【IEEE Access,vol.6,pp.22480-22488,2018.】一文中讨论了在无线能量收集认知传感器网络中最大化认知网络传输速率的资源分配方式，它研究的传感器网络仅由一个认知传感器发射机和一个认知传感器接收机组成，且没有考虑信号传输过程中的子载波分配。在目前可查阅的资料中，仍然没有在能量收集认知传感器网络的资源分配中同时优化功率分割比、功率和子载波分配的先例。

发明内容

为了弥补现有研究存在的不足，本发明提供了一种基于SWIPT的认知中继无线传感器网络的联合资源分配方法，在保证主系统的目标速率要求的前提下，通过联合优化传感器节点的功率分割比、发射功率和子载波分配来最大化传感器子系统的传输速率。

本发明的技术方案如下：