基于剩余能量的多源无线协作网络中继选择策略设计

在多源多中继协作无线传感网中,单纯基于链路质量的中继选择策略往往会使最佳中继的能量被快速消耗完,造成节点能量消耗的不公平和整个网络寿命的减少。因此,提出了一种基于剩余能量的中继选择策略,重新定义了一个理论有效转发信息包数与中继剩余能量的内积,并以最大化该内积数值作为中继最优的选择标准。仿真结果表明提出的策略能有效平衡网络中各中继节点的剩余能量,以损失平均吞吐量10%左右为代价,换来网络总吞吐量的提升和平均网络寿命延长一倍左右。     

喷泉中继传输网络中基于信道信息和剩余能量的中继选择算法

协作中继传输是无中心节点的无线网络中一种重要的传输方式,中继选择是中继传输中的一个重要问题。采用数字喷泉码的协作中继传输中的中继选择算法,给出了一种中继选择算法。该算法不仅考虑协作中继系统各条链路的信道状态信息,而且考虑中继当前的剩余能量信息。根据源节点到中继及中继到目的节点的信道信息选择出一组中继,再在这组中继中根据剩余能量的顺序,选择出所需要的中继节点。通过对源节点至目的节点总的传输时间和能量消耗的分析和仿真,以及不同门限值及中继节点数对系统性能影响的仿真。结果表明,与只考虑信道状态信息的中继选择算法相比,采用该算法可明显改善网络寿命。     

无线协作网络中存在干扰时的中继选择协议

针对无线协作网络中共道干扰影响中继选择的问题,提出一种存在干扰的中继选择协议(RSI).该协议以最小化系统中断概率为目标,选择具有最大瞬时端到端信干比的中继节点转发源节点信息,并且在考虑直接传输时,目的节点采用选择合并策略合并直接传输和中继传输,从而充分利用空间分集增益,降低了系统的中断概率.RSI协议不需要中继节点之间交互信息,通过竞争的方式完成数据传输,节省了系统开销,具有较好的实用性.仿真结果表明,在瑞利信道中,当中继节点个数为4、中断概率为10-2时,与最大最小中继选择协议相比,RSI协议能够取得约3~4 dB的信噪比增益.     

低延时无线协作视频传输系统中继选择策略

无线视频传输中数据帧长度变化较大,信源数据速率不断变动,根据该特点提出了低延时无线协作视频传输系统。从理论上分析了该系统的延时性能和误码率,提出了系统最小延时传输方案。在该传输方案下,设计了3种不同复杂度的中继选择策略,即穷搜、衍生、排序策略。仿真结果表明:采用系统最小延时传输方案进行视频传输,可以在保证系统延时性能的基础上降低系统误码率。随着可选中继节点数量的增加,系统误码率逐渐降低。3种不同中继选择策略的误码率差距不大。相较于穷搜策略,衍生、排序策略具有更低的算法复杂度,尤其是排序策略的复杂度仅为线性复杂度。     

基于功率分配协作干扰的无线信息与能量安全协同传输方法

为了提高信息与能量协同传输系统的安全传输性能,提出一种基于功率分配协作干扰的无线信息与能量安全协同传输方法.该方法中包含一个信息发送端和信息接收端以及一个能量接收器和干扰器.由于能量接收器离信息发送端较近,很容易窃听信息发送端的信息.在接收到来自信息发送端的信息后,能量接收器利用一部分接收到的功率进行能量接收,利用另外一部分功率进行信息解码,窃听信息发送端的信息.为了保证信息发送端到接收端信息的安全传输,干扰器使用其中一根天线对来自信息发送端的信号进行能量接收,利用接收到的能量使用另一根天线发射干扰信号,对能量接收器进行信息干扰.研究该方法中如何对功率进行分配,保证能量接收器收到的能量达到要求的条件下最大化信息接收端的保密信息速率.仿真结果表明,该方法能有效提高信息与能量协同传输系统的安全性能.     

基于协作分集技术的无线传感器网络传输性能

对基于协作分集技术的传感器网络传输性能问题进行了深入研究,建立了多信源、多信宿和多中继的传感器网络协作分集模型,推导出了在该模型下传感器网络的传输性能具体表达式,据此可以定量地计算在协作分集下多信源、多信宿和多中继的传感器网络的传输性能指标,为进一步讨论协作选择策略等技术方案在实际的无线传感器网络环境中的应用提供理论上的判断依据.另一方面,本文也从理论上证明了协作分集技术可以提高传感器网络的传输性能.最后利用仿真参数,给出了主要的几个仿真结果,其反应出来的协作通信下的无线传感器网络传输性能变化特点与本文的结论相吻合.     

无线能量传输中继选择与发送功率分配方案

为了最大化无线能量传输全双工多中继系统的传输速率,提出一种利用中继采集能量并进行中继选择和发送功率分配方案。首先在最好最差信道和最大调和平均值中继选择基础上,考虑中继自干扰信道能量采集,引入中继节点不同功率约束,提出基于节点功率的最好最差信道中继选择和最大调和平均值中继选择方案;然后联合源节点两阶段发送功率分配进行优化求解,给出优化问题解耦后的两步次优解方案,求解出功率分配参数的理论次优值;最后推导得出所提最优中继选择方法的中断概率。仿真结果表明,所提出的中继选择方案比随机选择中继的容量性能在系统中继个数为5时提高了30%以上;与中继选择等功率分配方案相比,所提分配方案的系统容量提升了10%以上,中断概率在发送信噪比为15 dB时下降了16%。     

能量收集认知网络中基于次用户意愿和吞吐量的中继协作方案

针对能量收集认知无线电网络(energy harvesting-cognitive radio network, EH-CRN)很少考虑次用户需求,且缺乏主次用户间的具体协作策略的问题,提出一种基于次用户意愿的中继协作方案。与传统协作方案不同的是,该方案考虑次用户意愿,假设次用户可以根据自身需求选择携带数据量负荷较小的主用户进行合作,并给出了具体的协作策略。设计了一种能量收集时间分配因子的优化方案,使得在合作以及非合作模式下次用户吞吐量最大。进一步,在不合作模式下推导出能量收集时间分配因子的闭式解;在合作模式下,由于无法直接完全通过解析求解获得优化结果,故采用遍历搜索的方法求解优化问题。进行了仿真分析,一方面验证了该方案的系统性能比传统合作方案有明显优势,另一方面仿真了不同参数对该方案性能的影响。     

一种基于业务协作的中继传输方案

为了在中继系统中高效率地传输实时业务,提出了一种实时业务与非实时业务协作传输的方案,在保证对实时业务服务的情况下,提高了信道利用率,增加了系统的吞吐量.理论和仿真分析表明,与已有的传统的实时业务和非实时业务共享无线资源的调度方案相比,该方案能够提供更高的信道利用率.在实际应用中,该方案具有一定的可行性和可操作性.     

能量采集多天线中继网络中基于人工噪声辅助的安全传输方案

针对多天线中继系统中继节点面临的可用能量受限问题和存在的严重信息泄露隐患,提出了一种基于能量采集技术的联合中继波束成形和多天线友好干扰机协作干扰的物理层安全传输方案.首先,构建基于放大转发（Amplify-and-Forward, AF）模式的多天线协作中继网络,其次,中继节点和友好干扰机在时隙切换（Time Switch, TS）策略下进行能量采集和保密信号传输.接着,以系统保密速率最大化（Secrecy Rate Maximization, SRM）为目标,在满足中继节点和友好干扰机采集能量约束条件下,联合设计出最优中继信号传输波束成形矩阵、人工噪声（Artificial Noise, AN）协方差矩阵和时隙切换系数.然而,由于条件约束,导致该SRM问题为非凸问题,故通过结合半定松弛（Semi-Definite Relaxation, SDR）技术以及拉格朗日对偶理论,设计出一种双层优化算法求得最优解,并且,为了降低复杂度和对比方案性能,给出了一种基于迫零预编码的次优传输方案.最后,仿真结果表明,所提方案能够显著提高系统保密性能,具备一定抗窃听攻击能力.     

能量均衡的协作中继选择算法

为了最大化协作多中继通信系统的网络寿命,研究了在放大-转发(amplification-forward, AF)中继协作方式下网络寿命的折中优化问题,提出了一种最优能量均衡(optimal energy equilibrium, OEE)的中继协作节点选择方案。通过对AF中继每一跳接收端信噪比(signal noise rate, SNR)的计算,推导了AF两跳中继目的终端的误码率表达式,同时联合节点的剩余能量信息和信道状态信息(channel state information, CSI),利用能量均衡的思想,合理引入和设置优化因子来有效选择转发中继,延长网络寿命。理论分析和仿真结果表明,相比CSI中继选择和模糊综合评价(fuzzy comprehensive evaluation, FCE)中继选择方案,提出的中继选择方案不仅有效地提高了系统的网络寿命,而且在相同信噪比的情况下误码率性能有明显的改善。     

具有能量收集的认知双向协作中继网络中断概率分析

为了延长认知中继网络的生存时间和降低中断概率,提出了具有多主接收端的专用信号塔(PB,Power-beacon)辅助能量收集认知双向协作中继网络,并研究了采用译码转发模式和机会中继选择策略的衬底式认知网络中断性能。网络中次用户发射功率由收集自PB的能量和主接收端的干扰约束决定。推导了Rayleigh块衰落信道下次网络的精确中断概率,结果表明增大PB发射功率或主网络干扰约束将使中断概率单调下降。此外,还推导了有干扰约束和无干扰约束的次网络渐近中断概率,研究了中断饱和现象,PB位置对中断概率的影响,以及主接收端和中继数量、次网络端到端容量以及能量收集比率与中断概率之间的关系。仿真结果验证了理论推导。     

多跳协作中继网络的能量分配及路由算法

为了减少无线多跳网络的能量消耗,提出了一种协作路由算法. 在传统非协作路由的基础上,通过译码-转发与放大-转发混合的协作中继方式减少路由长度. 根据信道状态信息,推导了满足源节点和目的节点之间信道容量的前提下,节点所需的最小发射功率. 结合功率分配,提出了基于路由最小功率的协作路由算法及实现方式. 仿真实验结果表明,该能量分配方式和路由选择算法在保持低功耗的同时,降低了数据误码率,提高了节点的通信可靠性和能量利用率.      

无线传感器网络节点协作的节能路由传输

针对无线传感器网络(WSN)中数据传输低能耗的需求,提出了一种节点协作的节能路由传输(ECGR)算法.该算法由以下2个方面构成:在物理层,WSN根据数据包循环冗余校验功能获得能够正确解包的节点,然后利用竞争选取算法推举出簇头节点,并通过与簇头节点进行信息交换,形成协作节点簇,从而进行协作发射信号,最终实现多节点分集增益;在网络层,协作节点簇利用基于地理位置信息路由算法,促使数据包始终向目的节点路由,避免了数据包路由向其他方向扩散.与其他同类算法相比,ECGR算法不仅增加了节点簇的传输距离,而且降低了网络整体能耗,并将能耗平衡分布于诸多节点,进而延长了网络寿命.仿真实验表明,当节点密度为0.03时,历经400次仿真,ECGR算法的节点存活率比基于地理位置的路由算法提高了70％.     

基于中继能量收集的协作通信中的吞吐量分析

研究了无线协作通信系统中基于中继能量收集的吞吐量最大化问题。首先对源端单天线工作模型的吞吐量进行了分析,由于无初始能量,中继需要对源端发射的射频信号进行能量收集,当收集的能量达到阈值后,中继将源端发射的信号放大转发至目的端。然后提出源端双天线工作模型,中继同时从两根天线发射的信号中收集能量,当中继收集的能量达到阈值后也同样把信息转发给目的端,在一个时隙内,两个信道中只要有一个信道完成信息转发即拥有吞吐量。仿真分析验证了表达式的正确性,仿真结果还表明提出的源端双天线通信模型的性能优于单天线模型。     

基于中继协作的无线体域网能效性能分析

从考察中继协作技术对无线体域网能效性能影响出发,比较分析了典型的无线体域网用户间直接传输、单中继协作、多中继协作3种传输方式下的中断概率,以及基于中断概率约束的最小功率消耗问题.进一步分析启动和接收功率消耗、服务质量、中继位置等主要参数对系统能效的影响,从而实现无线体域网中不同用户按具体业务需求选择合适传输方式.     

无线可充电传感器网络中协作式充电方法

多数的充电方案采用移动小车对感测区域中传感器节点进行按需充电,但移动小车的移动受限于速度和地形。无人机能克服小车的限制因素,但其携带的电池容量较小。综合考虑小车和无人机的优缺点,提出了协作式充电方案。该方案采用一部小车配备数部无人机为传感器节点进行充电服务,并设计相应的充电调度算法。最后,在三种网络情形下进行大量的仿真实验来分析和比较所提充电方案的性能。     

具有直接链路的能量收集认知协作中继网络中断概率分析

针对能量受限认知中继网络生存期短和中断概率高的问题,提出一种具有多个主接收端、多个次目的节点、次网络直接链路和次网络节点硬件损伤的功率信标(PB)辅助能量收集认知协作中继网络,推导出在瑞利块衰落信道下采用机会中继选择策略和选择合并方式的次网络精确和渐近中断概率,并对理论分析结果进行蒙特卡洛(Monte Carlo)仿真验证。研究结果表明:主接收端干扰约束或者PB发射功率的提升会使中断概率单调下降并趋于饱和;中断概率随着次网络节点硬件损伤水平、主接收端数目和次网络端到端信道容量的增大而增加,并随着中继和次目的节点数目的增多而减小;恰当设定能量收集比率能有效降低中断概率。     

基于广义失谐量的引信能量无线传输控制方法

为解决引信感应装定过程中耦合回路失谐导致能量无线传输效率降低问题,提出一种基于耦合回路广义失谐量的引信能量无线传输自适应控制方法.建立了次级回路电流的数学模型,并根据该模型提出自适应控制方法,通过检测基于耦合回路广义失谐量的电流变化率,生成压控振荡器的控制信号,使次级回路电流趋近于最大值,实现能量无线传输自适应控制.最后,构建了基于等效次级回路的副线圈反馈硬件电路,并对该方法进行了实验验证,实验结果表明该控制方法可行有效.      

CR-NOMA双向中继自干扰能量回收传输方法

针对单向中继自干扰能量收集的认知无线电系统中,窃听用户的接入概率增加,从而影响次用户物理层安全性能的问题,在认知无线电非正交多址接入系统中通过双向中继辅助次用户传输,同时在中继能量捕获受限等约束条件下,最大化弱用户物理层安全速率.由于优化问题为复杂的非凸问题,因此根据半定松弛理论将其转化为凸问题,并通过迭代算法对信号协方差矩阵、中继发送和接收的功率分配因子进行联合优化,进而得到弱用户物理层安全速率的全局最优解.仿真结果表明:与单向中继自干扰能量收集相比,在保证中继节点收集能量和强用户安全传输条件下,弱用户物理层安全速率提高了15.4%.