[發明專利]水下傳感器網絡適用的協作通信最佳中繼節點選擇方法

無效

• 申請號: 201310740152.0
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103716866A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 金志剛;劉自鑫;張博林;李云
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W48/20
• 分類號: H04W48/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明涉及水下無線傳感器網絡協作通信技術領域，具體的講是一種水聲通信環境下由中繼節點信道性能決定的最佳中繼節點選擇方法。

背景技術

近年來，水下傳感器網絡在海洋數據收集、污染監測、災難預警、海上探測、援助導航以及戰略監測等方面的應用越來越廣泛，水下通信技術也日益受到重視。由于電磁波在水下衰減太快，所以聲波是人類迄今為止發現的最適宜在水下遠距離傳播的能量形式。

水下通信環境十分復雜，水聲信道特性參數隨著時—空—頻的變化而隨機變化，水下環境噪聲高、帶寬窄、傳輸時延大等不利因素使得水下通信傳輸誤碼率高、速率低等問題難以解決。為了提高水下通信質量，盡量降低信道衰落的影響，可以采用中繼協作通信方式，使得單天線用戶可以通過中繼節點的協作發送信息，既克服了信道衰落嚴重問題，又能獲取分集增益。

在協作通信系統中，中繼節點的選擇是一個關鍵問題，在中繼節點協助源節點傳輸數據信息之前，先根據一定的條件選擇出最佳中繼節點是非常有必要的，因為這樣可以節省很多能量，避免源節點給所有中繼節點發送數據信息，同時選擇出一個最佳中繼節點又可以獲得非常可觀的分集增益。

雖然中繼選擇算法在陸地無線通信中和認知無線網絡中已有很多應用，但是因為水下環境的特殊性和復雜性，很多陸地無線網絡的技術不能直接運用在水下環境中，需要在原有技術中考慮并加入水下環境的特殊性因素。在水下無線傳感器網絡中采用中繼節點進行協作的目的就是為了降低源節點和目的節點之間的信道衰落，因此最佳中繼節點選擇最直接的判決標準就是中繼節點的信道特性，所以需要根據水下環境的特殊因素制定一個衡量中繼節點信道特性的指標。

發明內容

本發明參考陸地無線網絡中和認知網絡中協作中繼節點的選擇算法，并考慮水下環境的復雜性和特殊性，提出在水下聲學無線傳感器網絡中適用的最佳中繼節點選擇方法。本發明的技術方案如下：

一種水下傳感器網絡適用的協作通信最佳中繼節點選擇方法，源節點使用源-中繼、中繼-目的間信道的瞬時功率增益的調和平均數對各候選中繼節點的瞬時信道特性進行計算，以此來選擇最佳中繼節點，其中，H_sri和H_rdi分別是源-中繼、中繼-目的節點間的信道增益，信道增益H的計算公式為H=hl^-α，h是信道衰落系數、l是通信距離、α是傳播因子；該方法采用下列的方法計算信道衰落系數h：

設發送節點與接收節點之間的通信距離為l，所設定的通信頻率為f，則信道衰落系數h＝a(f)^l/1000，其中，距離l單位為米（m）,a(f)是吸收系數，10loga(f)=0.11f2f2+1+44f2f+4100+2.75×10-4f2+0.003.]]>

作為優選實施方式，各個信道增益的計算方法如下：

1）所有的候選中繼節點向源節點和目的節點發送數據包，源節點向目的節點發送數據包，包中含有發送時間t₁，接收節點在t₂時刻收到該數據包，計算通信距離l＝v×(t₂-t₁)，其中v是聲波傳播速度；

2）各接收節點向相應的發送節點反饋一個信息包，包中包含上一步計算出的通信距離l；