EH能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸方法和系統(tǒng)與流程

本發(fā)明主要涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中，中繼節(jié)點(diǎn)可能是固定的，也可能是移動(dòng)的，當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)，難以獲得穩(wěn)定的電力供應(yīng)，此時(shí)采用eh(energyharvesting)能量收集技術(shù)獲得中繼通信所需的能量是十分必要的，利用eh技術(shù)獲得能量可以有效延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間。在無(wú)線eh協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中，中繼節(jié)點(diǎn)既可以轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，同時(shí)可以發(fā)射自身業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，于是需要對(duì)資源進(jìn)行合理利用。在傳統(tǒng)協(xié)作通信系統(tǒng)中，討論了固定帶寬和功率時(shí)，源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)共享帶寬時(shí)的協(xié)作傳輸，由于無(wú)線eh協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)的中繼節(jié)點(diǎn)電力來(lái)自節(jié)點(diǎn)自身收集的能量，因此不適用于無(wú)線eh協(xié)作通信系統(tǒng)。在無(wú)線eh協(xié)作通信系統(tǒng)中，資源分配問(wèn)題不僅要考慮信道特性，而且要考慮能量收集特性，從而加大了解決此類問(wèn)題的難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸方法和系統(tǒng)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸方法，包括如下步驟：

建立源節(jié)點(diǎn)至中繼節(jié)點(diǎn)以及該中繼節(jié)點(diǎn)至目的節(jié)點(diǎn)的鏈路連接關(guān)系，其中，所述中繼節(jié)點(diǎn)可轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，也可同時(shí)發(fā)送該中繼節(jié)點(diǎn)自身的數(shù)據(jù)；

判斷所述中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率是否滿足參與協(xié)作傳輸?shù)乃俾室?，并判斷所述中繼節(jié)點(diǎn)的能量是否滿足同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及發(fā)送自身的數(shù)據(jù)所需的能量，如果均滿足，則選擇該中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

本發(fā)明的有益效果是：提出了無(wú)線eh協(xié)作通信系統(tǒng)中，在保障中繼節(jié)點(diǎn)自身數(shù)據(jù)傳輸速率以及能量的前提下，通過(guò)利用源節(jié)點(diǎn)分配的帶寬實(shí)現(xiàn)協(xié)作源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)男路椒?，不需要分配新的帶寬資源，具有科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，判斷所述中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率是否滿足參與協(xié)作傳輸?shù)乃俾室蟀ǎ?/p>

計(jì)算所述源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率；

并計(jì)算所述中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率；

如果所述中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率大于或等于所述源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率，則所述中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率滿足參與協(xié)作傳輸?shù)乃俾室蟆?/p>

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：需同時(shí)滿足數(shù)據(jù)傳輸速率的要求和能量的要求，保證了中繼節(jié)點(diǎn)在參與協(xié)作傳輸時(shí)的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步，所述計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

根據(jù)自身數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)送原則，計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率；

并在中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下，由中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率和中繼節(jié)點(diǎn)為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率的差值，得到中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率；

并根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：在中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下，首先計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)自身傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率和發(fā)射功率，再計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率，最后得到中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠保證中繼節(jié)點(diǎn)在滿足自身傳輸?shù)男枨笙峦瑫r(shí)滿足協(xié)助源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的需求。

進(jìn)一步，所述計(jì)算所述源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

所述源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率為其中，ws為源節(jié)點(diǎn)的帶寬，設(shè)源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的噪聲功率譜密度相等，n0為噪聲功率譜密度,ps為源節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，gsd為源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路的信道增益。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：為了滿足中繼節(jié)點(diǎn)能夠參與協(xié)作的要求，需計(jì)算源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率，再與中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行比較來(lái)確定，保證了中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)助傳輸過(guò)程的穩(wěn)定性及優(yōu)化分配。

進(jìn)一步，所述計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率包括：

根據(jù)自身數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)送原則，中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率為wr為中繼節(jié)點(diǎn)的帶寬，pself為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率，gself為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下傳輸自身數(shù)據(jù)的信道增益，設(shè)源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的噪聲功率譜密度相等，n0為噪聲功率譜密度，且為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸功率，根據(jù)公式計(jì)算得到wr為中繼節(jié)點(diǎn)的帶寬，δ為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，根據(jù)公式計(jì)算得到

進(jìn)一步，所述得到中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率包括：

中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率為其中，er為中繼節(jié)點(diǎn)能量存儲(chǔ)器的儲(chǔ)能值，t為一個(gè)時(shí)隙的傳輸時(shí)間，且er≤emax，emax為中繼節(jié)點(diǎn)能量存儲(chǔ)器的最大儲(chǔ)能值，則中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率為pf,max＝pmax-pself，其中，pself為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率。

進(jìn)一步，所述根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率為pf,max＝pmax-pself，其中，pmax為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率，pself為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率；

當(dāng)pf,max≤0時(shí)，對(duì)pself的值進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)時(shí)，此時(shí)pf,max仍然小于或等于0，則中繼節(jié)點(diǎn)不參與協(xié)作傳輸；

當(dāng)pself的值調(diào)整至使得pf,max>0時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率ps為源節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，gsr為源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)鏈路的信道增益，α為源節(jié)點(diǎn)分配給中繼節(jié)點(diǎn)的帶寬比例，α為實(shí)數(shù)且0<α<1；

中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)速率

中繼鏈路傳輸來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率為rc＝min(rsr,rrd)，min(a,b)表示a和b中選擇較小的值。

進(jìn)一步，判斷所述中繼節(jié)點(diǎn)的能量是否滿足同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及發(fā)送自身的數(shù)據(jù)所需的能量，具體方法為：

計(jì)算所述中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的傳輸速率rself，以及中繼鏈路傳輸來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率rc，如果中繼節(jié)點(diǎn)最大可使用的總功率能夠滿足使rself≥δ，且rc≥rnc-sd所需的總功率，則所述中繼節(jié)點(diǎn)的能量滿足同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及發(fā)送自身的數(shù)據(jù)所需的能量，其中，pmax為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率，er為中繼節(jié)點(diǎn)能量存儲(chǔ)器的儲(chǔ)能值，t為一個(gè)時(shí)隙的傳輸時(shí)間，δ為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，rnc-sd為中繼節(jié)點(diǎn)不參與協(xié)作傳輸時(shí)，源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)收集的能量滿足條件時(shí)，選擇該中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，保證了傳輸?shù)姆€(wěn)定性及優(yōu)化分配。

進(jìn)一步，還包括當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下，計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)的能量利用率的步驟：

中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)的能量利用率為通過(guò)優(yōu)化pself和α的取值來(lái)優(yōu)化能量利用率η，優(yōu)化條件表示為：滿足rself≥δ、rc≥rnc-sd、er≤emax、0<α<1的條件下求解其中，rc為中繼鏈路傳輸來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，rnc-sd為源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路傳輸數(shù)據(jù)的傳輸速率，rself為中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的傳輸速率，pself為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率，α為源節(jié)點(diǎn)分配給中繼節(jié)點(diǎn)的帶寬比例，pmax為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率，δ為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，er為中繼節(jié)點(diǎn)能量存儲(chǔ)器的儲(chǔ)能值，emax為中繼節(jié)點(diǎn)能量存儲(chǔ)器的最大儲(chǔ)能值，為獲取當(dāng)改變c的取值時(shí)最大d值對(duì)應(yīng)的pself和α的運(yùn)算，popt-self和αopt分別為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下，中繼節(jié)點(diǎn)為自身數(shù)據(jù)提供的最優(yōu)發(fā)射功率和源節(jié)點(diǎn)共享給中繼節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)帶寬比例。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的另一技術(shù)方案如下：一種eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸系統(tǒng)，包括：

鏈路建立模塊，用于建立源節(jié)點(diǎn)至中繼節(jié)點(diǎn)以及該中繼節(jié)點(diǎn)至目的節(jié)點(diǎn)的鏈路連接關(guān)系，其中，所述中繼節(jié)點(diǎn)可轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，也可同時(shí)發(fā)送該中繼節(jié)點(diǎn)自身的數(shù)據(jù)；

中繼節(jié)點(diǎn)選擇模塊，用于判斷所述中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率是否滿足參與協(xié)作傳輸?shù)乃俾室?，并判斷所述中繼節(jié)點(diǎn)的能量是否滿足同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及發(fā)送自身的數(shù)據(jù)所需的能量，如果均滿足，則選擇該中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸方法的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸方法的方法流程圖；

圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸方法的方法流程圖；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例提供的eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸系統(tǒng)的模塊框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

在傳統(tǒng)協(xié)作通信系統(tǒng)中，討論了固定帶寬和功率時(shí)，源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)共享帶寬時(shí)的協(xié)作傳輸，由于無(wú)線eh協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)的中繼節(jié)點(diǎn)電力來(lái)自節(jié)點(diǎn)自身收集的能量，因此不適用于無(wú)線eh協(xié)作通信系統(tǒng)。在無(wú)線eh協(xié)作通信系統(tǒng)中，資源分配問(wèn)題不僅要考慮信道特性，而且要考慮能量收集特性，從而加大了解決此類問(wèn)題的難度。

本發(fā)明在無(wú)線eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中提出一種合理的資源共享和優(yōu)化分配方法，達(dá)到優(yōu)化協(xié)作傳輸和自身數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重目標(biāo)。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸方法的方法流程圖；

如圖1所示，一種eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸方法，包括如下步驟：

步驟01：建立源節(jié)點(diǎn)至中繼節(jié)點(diǎn)以及該中繼節(jié)點(diǎn)至目的節(jié)點(diǎn)的鏈路連接關(guān)系，其中，所述中繼節(jié)點(diǎn)可轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，也可同時(shí)發(fā)送該中繼節(jié)點(diǎn)自身的數(shù)據(jù)；

步驟02：判斷所述中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率是否滿足參與協(xié)作傳輸?shù)乃俾室螅?/p>

步驟03：判斷所述中繼節(jié)點(diǎn)的能量否滿足同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及發(fā)送自身的數(shù)據(jù)所需的能量；

步驟04：如果均滿足，則選擇該中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

上述實(shí)施例中，提出了無(wú)線eh協(xié)作通信系統(tǒng)中，在保障中繼節(jié)點(diǎn)自身數(shù)據(jù)傳輸速率以及能量的前提下，通過(guò)利用源節(jié)點(diǎn)分配的帶寬實(shí)現(xiàn)協(xié)作源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)男路椒?，不需要分配新的帶寬資源，具有科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸方法的方法流程圖；

在圖1實(shí)施例的基礎(chǔ)上，如圖2所示，判斷所述中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率是否滿足參與協(xié)作傳輸?shù)乃俾室蟀ǎ?/p>

步驟021：計(jì)算所述源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率；

步驟022：計(jì)算所述中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率；

步驟023：如果所述中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率大于或等于所述源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率，則所述中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率滿足參與協(xié)作傳輸?shù)乃俾室蟆?/p>

上述實(shí)施例中，需同時(shí)滿足數(shù)據(jù)傳輸速率的要求和能量的要求，保證了中繼節(jié)點(diǎn)在參與協(xié)作傳輸時(shí)的穩(wěn)定性。

在圖2實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例具體介紹，所述計(jì)算所述源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

所述源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率為其中，ws為源節(jié)點(diǎn)的帶寬，設(shè)源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的噪聲功率譜密度相等，n0為噪聲功率譜密度,ps為源節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，gsd為源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路的信道增益。

上述實(shí)施例中，為了滿足中繼節(jié)點(diǎn)能夠參與協(xié)作的要求，需計(jì)算源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率，再與中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行比較來(lái)確定，保證了中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)助傳輸過(guò)程的穩(wěn)定性及優(yōu)化分配。

圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸方法的方法流程圖；

在圖2實(shí)施例的基礎(chǔ)上，如圖3所示，所述計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

步驟0221：根據(jù)自身數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)送原則，計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率；

步驟0222：在中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下，由中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率和中繼節(jié)點(diǎn)為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率的差值，得到中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率；

步驟0223：根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率。

上述實(shí)施例中，在中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下，首先計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)自身傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率和發(fā)射功率，再計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率，最后得到中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠保證中繼節(jié)點(diǎn)在滿足自身傳輸?shù)男枨笙峦瑫r(shí)滿足協(xié)助源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的需求。

在圖3實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例具體介紹，所述計(jì)算所述源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

所述源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率為其中，ws為源節(jié)點(diǎn)的帶寬，設(shè)源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的噪聲功率譜密度相等，n0為噪聲功率譜密度,ps為源節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，gsd為源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路的信道增益。

在圖3實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例具體介紹，所述計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率包括：

根據(jù)自身數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)送原則，中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率為wr為中繼節(jié)點(diǎn)的帶寬，pself為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率，gself為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下傳輸自身數(shù)據(jù)的信道增益，設(shè)源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的噪聲功率譜密度相等，n0為噪聲功率譜密度，且為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸功率，根據(jù)公式計(jì)算得到wr為中繼節(jié)點(diǎn)的帶寬，δ為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，根據(jù)公式計(jì)算得到

在圖3實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例具體介紹，所述得到中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率包括：

中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率為其中，er為中繼節(jié)點(diǎn)能量存儲(chǔ)器的儲(chǔ)能值，t為一個(gè)時(shí)隙的傳輸時(shí)間，且er≤emax，emax為中繼節(jié)點(diǎn)能量存儲(chǔ)器的最大儲(chǔ)能值，則中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率為pf,max＝pmax-pself，其中，pself為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率。

在圖3實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例具體介紹，所述根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率為pf,max＝pmax-pself，其中，pmax為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率，pself為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率；

當(dāng)pf,max≤0時(shí)，對(duì)pself的值進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)時(shí)，此時(shí)pf,max仍然小于或等于0，則中繼節(jié)點(diǎn)不參與協(xié)作傳輸；

當(dāng)pself的值調(diào)整至使得pf,max>0時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率ps為源節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，gsr為源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)鏈路的信道增益，α為源節(jié)點(diǎn)分配給中繼節(jié)點(diǎn)的帶寬比例，α為實(shí)數(shù)且0<α<1；

中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)速率

中繼鏈路傳輸來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率為rc＝min(rsr,rrd)，min(a,b)表示a和b中選擇較小的值。

在圖1實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例具體介紹，判斷所述中繼節(jié)點(diǎn)的能量是否滿足同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及發(fā)送自身的數(shù)據(jù)所需的能量，具體方法為：

計(jì)算所述中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的傳輸速率rself(計(jì)算方法上述實(shí)施例中已給出介紹)，以及中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率rc(計(jì)算方法上述實(shí)施例中已給出介紹)，如果中繼節(jié)點(diǎn)最大可使用的總功率能夠滿足使rself≥δ，且rc≥rnc-sd所需的總功率，則所述中繼節(jié)點(diǎn)的能量滿足同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及發(fā)送自身的數(shù)據(jù)所需的能量，其中，pmax為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率，er為中繼節(jié)點(diǎn)能量存儲(chǔ)器的儲(chǔ)能值，t為一個(gè)時(shí)隙的傳輸時(shí)間，δ為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，rnc-sd為中繼節(jié)點(diǎn)不參與協(xié)作傳輸時(shí)，源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率。

上述實(shí)施例中，當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)收集的能量也滿足條件時(shí)，則選擇該中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，保證了傳輸?shù)姆€(wěn)定性及優(yōu)化分配。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例介紹，還包括當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下，計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)的能量利用率的步驟：

中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)的能量利用率為通過(guò)優(yōu)化pself和α的取值來(lái)優(yōu)化能量利用率η，優(yōu)化條件表示為：滿足rself≥δ、rc≥rnc-sd、er≤emax、0<α<1的條件下求解其中，rc為中繼鏈路傳輸來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，rnc-sd為源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路傳輸數(shù)據(jù)的傳輸速率，rself為中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的傳輸速率，pself為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率，α為源節(jié)點(diǎn)分配給中繼節(jié)點(diǎn)的帶寬比例，pmax為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率，δ為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，er為中繼節(jié)點(diǎn)能量存儲(chǔ)器的儲(chǔ)能值，emax為中繼節(jié)點(diǎn)能量存儲(chǔ)器的最大儲(chǔ)能值，為獲取當(dāng)改變c的取值時(shí)最大d值對(duì)應(yīng)的pself和α的運(yùn)算，popt-self和αopt分別為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下，中繼節(jié)點(diǎn)為自身數(shù)據(jù)提供的最優(yōu)發(fā)射功率和源節(jié)點(diǎn)共享給中繼節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)帶寬比例。

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例提供的eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸系統(tǒng)的模塊框圖；

如圖4所示，一種eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中共享帶寬的協(xié)作傳輸系統(tǒng)，包括：

鏈路建立模塊，用于建立源節(jié)點(diǎn)至中繼節(jié)點(diǎn)以及該中繼節(jié)點(diǎn)至目的節(jié)點(diǎn)的鏈路連接關(guān)系，其中，所述中繼節(jié)點(diǎn)可轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，也可同時(shí)發(fā)送該中繼節(jié)點(diǎn)自身的數(shù)據(jù)；

中繼節(jié)點(diǎn)選擇模塊，用于判斷所述中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率是否滿足參與協(xié)作傳輸?shù)乃俾室螅⑴袛嗨鲋欣^節(jié)點(diǎn)的能量是否滿足同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及發(fā)送自身的數(shù)據(jù)所需的能量，如果均滿足，則選擇該中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

在圖4實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述中繼節(jié)點(diǎn)選擇模塊包括第一計(jì)算單元，所述第一計(jì)算單元用于：

計(jì)算所述源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率，并計(jì)算所述中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率；如果所述中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率大于或等于所述源節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率，則所述中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸速率滿足參與協(xié)作傳輸?shù)乃俾室蟆?/p>

上述實(shí)施例中，需同時(shí)滿足數(shù)據(jù)傳輸速率的要求和能量的要求，保證了中繼節(jié)點(diǎn)在參與協(xié)作傳輸時(shí)的穩(wěn)定性。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述第一計(jì)算單元中，計(jì)算所述中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

根據(jù)自身數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)送原則，計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率；

在中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下，由中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率和中繼節(jié)點(diǎn)為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率的差值，得到中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率；

根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率。

上述實(shí)施例中，在中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下，首先計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)自身傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率和發(fā)射功率，再計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率，最后得到中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠保證中繼節(jié)點(diǎn)在滿足自身傳輸?shù)男枨笙峦瑫r(shí)滿足協(xié)助源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的需求。

在圖4實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述中繼節(jié)點(diǎn)選擇模塊包括第二計(jì)算單元，所述第二計(jì)算單元用于：

計(jì)算所述中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸時(shí)中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的傳輸速率rself，以及中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率rc，如果中繼節(jié)點(diǎn)最大可使用的總功率能夠滿足使rself≥δ，且rc≥rnc-sd所需的總功率，則所述中繼節(jié)點(diǎn)的能量滿足同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及發(fā)送自身的數(shù)據(jù)所需的能量，其中，pmax為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率，er為中繼節(jié)點(diǎn)能量存儲(chǔ)器的儲(chǔ)能值，t為一個(gè)時(shí)隙的傳輸時(shí)間，δ為中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，rnc-sd為中繼節(jié)點(diǎn)不參與協(xié)作傳輸時(shí)，源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率。

本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)提出了無(wú)線eh協(xié)作通信系統(tǒng)中，在保障中繼節(jié)點(diǎn)自身數(shù)據(jù)傳輸速率的前提下，通過(guò)利用源節(jié)點(diǎn)分配的帶寬實(shí)現(xiàn)協(xié)作源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)男路椒ǎ恍枰峙湫碌膸捹Y源，具有科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義；(2)進(jìn)一步提出了優(yōu)化源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)功率和帶寬資源分配的方法，對(duì)于提升系統(tǒng)性能，具有積極意義。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。