[發明專利]大規模中繼網絡中基于時隙ALOHA的貪婪中繼選擇方法

有效

• 申請號: 201410627488.0
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN104378151B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 韓春雷;歐陽逢辰;陳赤聯;胡軍鋒;郝明;杜利剛
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十研究所
• 主分類號: H04B7/14
• 分類號: H04B7/14
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，更進一步涉及大規模無線中繼網絡中由于缺乏中繼信息的廣播和更新時的中繼選擇方案的設計問題，可用于解決含有設備與設備間的直接通信的移動蜂窩網，以及傳感器網絡通信等動態大規模網絡環境中，無法獲得中繼信息時的中繼選擇問題。

背景技術

協作通信技術是一種將中繼節點運用到無線網絡的新興技術。它能夠為原本信道質量較差難以保證傳輸質量的用戶提供可靠的數據傳輸服務。其基本思想是通過利用分集技術，在信道質量較差的發射接收端之間安放用于接收轉發的中繼節點，從而達到減短單跳距離，改善信道質量，提高總傳輸距離，降低中斷率等作用。在中繼服務網絡中，由于可能同時存在有復數性能不同的中繼，設計一個能為用戶提供合適中繼的中繼選擇方案非常重要。目前有很多研究中繼選擇的相關工作。Y.Jing等人在Single and multiple relay selection schemes and their achievable diversity orders(IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.8,no.3,pp.1414-1423,Mar.2009.)一文中總結了目前存在的數種單中繼選擇算法，并將中繼選擇的場景擴展到了多中繼的情況。進一步，S.Park等人在Adaptive threshold based relay selection for minimum feedback and channel usage(IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.10,no.11,pp.3620-3625,Nov.2011.)中提出了一種基于單比特反饋可調節閾值的中繼選擇算法，它能夠很好地降低對信道狀態信息(CSI)更新量的需求。

為了選擇最優的中繼，以上述兩個方案為代表的眾多算法都采取了收集中繼信息進行比較的方式來進行選擇，然而這種方法網絡開銷很大且十分復雜。在諸如分布式動態大規模中繼網絡這樣的實際場景中，通過上面的窮舉對比的方式來在大量中繼中選擇最優中繼就顯得非常不現實了。

基于時隙ALOHA的中繼選擇方案是一種能夠隨機選取滿足特定條件中繼的策略，這類選擇方案能夠在不進行特別對比的情況下選擇出中繼，從而降低了對中繼的信息需求。F.Etezadi,等人在Decentralized relay selection schemes in uniformly distributed wireless sensor networks(IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.11,no.3,pp.938-951,Mar.2012.)一文中闡述了在均勻分布的中繼網絡中的中繼選擇問題。重點對比了最優中繼選擇，隨機中繼選擇以及基于地理的中繼選擇方案。然而該方案并未給出如何在大規模網絡中協調隨機接入中繼的接入概率問題，同時也缺乏具體的幀結構設計的相關討論。

發明內容

為了克服現有技術網絡規模過小，過度依賴收集中繼的信息來完成選擇，以及大多只能應用于靜態網絡等不足，本發明提供一種能運用在動態大規模網絡中的貪婪中繼選擇方案，該方案能夠在不需要收集中繼的信息情況下，快速選取滿足傳輸速率需求的中繼，并且能很好地適應不同的中繼密度及節點運動情況。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

1)建立網絡模型，包括一個源節點S、一個目標節點D和密度為λ_r的均勻隨機分布的若干中繼節點R，其中中繼節點分為可以滿足用戶最低傳輸需求的可用中繼和不能滿足傳輸需求的其它中繼；源節點到目標節點、源節點到中繼節點、中繼節點到目標節點之間的距離分別表示為d_SD、d_SR和d_RD；在每幀內執行步驟2)～4)；

2)可用中繼的自我標記

2a)源節點在每幀中的第一時隙廣播用戶最低需求傳輸速率R_r和源節點坐標給所有中繼節點；

2b)收到源節點廣播信息的每個中繼節點計算自己的中繼傳輸速度并與需求傳輸速率R_r進行對比，其中ε為用戶能夠承受的目標傳輸總中斷率，P_s與P_r分別為源節點和中繼節點的發射功率，N₀為噪聲平均功率；

2c)每個能夠滿足R_a＞R_r的中繼節點都將自己標記為可用中繼，繼續參與步驟3)中基于時隙ALOHA的中繼選擇，其余中繼自我標記為其它中繼，并退出本幀的中繼選擇，在下一幀之前保持靜默；