一種無線通信網(wǎng)絡(luò)中多源單中繼系統(tǒng)的協(xié)作中繼策略的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及放大再轉(zhuǎn)發(fā)模式下的協(xié)作通信技術(shù)，提出了 一種無線通信網(wǎng)絡(luò)中多源單中繼系統(tǒng)的協(xié)作中繼策略。
【背景技術(shù)】
[0002] 有關(guān)無線通信系統(tǒng)的形態(tài)分類，從網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的角度出發(fā)，可歸納為目前兩類應(yīng)用 最廣泛的拓撲形態(tài)：1、無線蜂窩網(wǎng)（WirelessCellularNetwork，WCN)，一種基于點對多 點（PointtoMultipoint，PMP)結(jié)構(gòu)的移動通信網(wǎng)絡(luò)；2、無線自組織網(wǎng)絡(luò)（MobileAdhoc Network，MANET)，一種可由獨立節(jié)點分布式動態(tài)自組成網(wǎng)、無固定拓撲結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施的 移動通信網(wǎng)絡(luò)。
[0003] 在傳統(tǒng)PMP網(wǎng)絡(luò)中，基站是網(wǎng)絡(luò)中唯一的資源分配管理和任務(wù)協(xié)調(diào)、調(diào)度設(shè)備，而 用戶作為被管理設(shè)備始終處于從屬和被動的地位。無線自組織網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展，開始將 本來完全由基站控制的網(wǎng)絡(luò)行為決策更多地放在用戶站執(zhí)行，網(wǎng)絡(luò)中的用戶站也逐漸表現(xiàn) 出更強的自治性。另外，由于無線自組織網(wǎng)絡(luò)中用戶之間的對等公平性，伴隨而來的就是 用戶站之間的競爭與協(xié)作問題，這一問題在對網(wǎng)絡(luò)稀缺有效資源進行分配時表現(xiàn)的更為明 顯。同時，由于通信系統(tǒng)在無線資源優(yōu)化和利用方面存在著的固定局限性，導(dǎo)致有限資源 與迅速增長的業(yè)務(wù)需求之間的矛盾不能有效解決，由此而產(chǎn)生的無線通信瓶頸問題日益突 出。
[0004] 針對無線通信瓶頸的出現(xiàn)，研宄人員提出了無線協(xié)作中繼通信技術(shù)，有效解決了 這些問題。協(xié)作中繼（CooperativeRelay)的基本的工作思想就是設(shè)立中繼節(jié)點，從而使 中繼以轉(zhuǎn)發(fā)信息副本的方式來協(xié)助數(shù)據(jù)源節(jié)點進行數(shù)據(jù)的傳輸。由于Adhoc網(wǎng)絡(luò)需要處 理諸如分布式控制、動態(tài)路由設(shè)計、移動性管理等一系列問題，而它本身的網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng) PMP網(wǎng)，并沒有固定的基礎(chǔ)設(shè)施，所以當(dāng)端到端的通信距離超過了它們之間天線的覆蓋范圍 時，就可以通過這兩個節(jié)點之間的中繼節(jié)點進行協(xié)作中繼轉(zhuǎn)發(fā)來完成通信傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明旨在解決非對稱多源單中繼協(xié)作系統(tǒng)中的節(jié)點協(xié)作與競爭問 題，兼顧系統(tǒng)的有效性和公平性，給出了一種基于放大再轉(zhuǎn)發(fā)模式的多源單中繼系統(tǒng)協(xié)作 中繼策略。
[0006] 技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 針對無線通信網(wǎng)絡(luò)中的非對稱多源（節(jié)點）_單中繼（節(jié)點）協(xié)作系統(tǒng)，提供一種 基于放大再轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的協(xié)作中繼策略。系統(tǒng)建模為供不應(yīng)求的賣方市場，且買方之間展開 非協(xié)作博弈。協(xié)作中繼策略主要包括中繼節(jié)點協(xié)作功率資源的價格策略和分配策略以及源 節(jié)點的中繼選擇策略：價格策略顧及了源節(jié)點之間的公平性，同時有效刺激中繼節(jié)點參與 協(xié)作；分配策略基于分布式求解算法得到納什均衡解，從而確定分配功率值，保證了各源節(jié) 點效用的最優(yōu)性；選擇策略從系統(tǒng)整體性能最優(yōu)角度考慮，給出了源節(jié)點是否參與中繼的 標(biāo)準(zhǔn)。
[0008] 一種無線通信網(wǎng)絡(luò)中多源單中繼系統(tǒng)的協(xié)作中繼策略，為激勵自私的中繼節(jié)點為 多個源節(jié)點提供協(xié)作功率資源，首先確定各源節(jié)點對中繼節(jié)點的資源補償策略，然后給定 中繼節(jié)點對所有源節(jié)點的協(xié)作功率資源支持，以確保每個源節(jié)點的效用達到最優(yōu)，最后為 確保系統(tǒng)性能最優(yōu)，對于系統(tǒng)中的某個源節(jié)點，若其與中繼節(jié)點間的距離大于其與目的節(jié) 點間的距離，則此源節(jié)點選擇放棄中繼策略；該方法的具體實現(xiàn)過程為：
[0009] (1)在任意源節(jié)點Si接受中繼節(jié)點R的協(xié)助向目的節(jié)點D發(fā)送信息的協(xié)作過程， 確定源節(jié)點Si的接收信噪比SWg為：
[0010]
【主權(quán)項】
1. 一種無線通信網(wǎng)絡(luò)中多源單中繼系統(tǒng)的協(xié)作中繼策略，其特征在于：為激勵自私的 中繼節(jié)點為多個源節(jié)點提供協(xié)作功率資源，首先確定各源節(jié)點對中繼節(jié)點的資源補償策 略，然后給定中繼節(jié)點對所有源節(jié)點的協(xié)作功率資源支持，以確保每個源節(jié)點的效用達到 最優(yōu)，最后為確保系統(tǒng)性能最優(yōu)，對于系統(tǒng)中的某個源節(jié)點，若其與中繼節(jié)點間的距離大于 其與目的節(jié)點間的距離，則此源節(jié)點選擇放棄中繼策略；該方法的具體實現(xiàn)過程為： (1) 在任意源節(jié)點Si接受中繼節(jié)點R的協(xié)助向目的節(jié)點D發(fā)送信息的協(xié)作過程，確定 源節(jié)點Si的接收信噪比為：
其中，i e {1，2,…，N}，N為源節(jié)點的個數(shù)，Qi表示的S i發(fā)送功率，P R提供給S ^勺 協(xié)作功率值，giD、giK和g m分別為從S jlj D、從S jlj R和從R到D的三條信道傳輸幅度衰減 參數(shù)； (2) 根據(jù)步驟（1)，給出任意源節(jié)點Si對中繼節(jié)點R的協(xié)作功率補償策略，即設(shè)定R對 Si的單位功率資源價格c i; (3) 根據(jù)步驟（2)，確定任意源節(jié)點Si的效用值U i為： U , = \og2(\ +SNR^-CiP (4) 根據(jù)步驟（3)，確定中繼節(jié)點R對各源節(jié)點最優(yōu)功率分配策略值 (5) 根據(jù)步驟（4)，選擇性放棄中繼節(jié)點對部分源節(jié)點的協(xié)作支持，即：若源節(jié)點與中 繼節(jié)點間的距離大于其與目的節(jié)點間的距離，則放棄中繼節(jié)點對該源節(jié)點的協(xié)作支持。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信網(wǎng)絡(luò)中多源單中繼系統(tǒng)的協(xié)作中繼策略，其特征在 于：所述步驟（2)具體包括如下步驟： (21) 保持單位功率資源價格Ci的定義形式與接收信噪比的定義形式的一致性， 將改寫為：
(22) 根據(jù)步驟（21)，并考慮源節(jié)點的自私性，即：當(dāng)其自身的資源需求上升時，希望的 應(yīng)該是價格隨之下降；給出單位功率資源價格C i的設(shè)計為：
其中，P =也，P2，…，PN}表示中繼節(jié)點提供給全部源節(jié)點的協(xié)作功率集合，中繼節(jié)點 R自身具備的協(xié)作功率為Pk，且滿足Σ<巧，b是一個非負的價格調(diào)節(jié)參數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信網(wǎng)絡(luò)中多源單中繼系統(tǒng)的協(xié)作中繼策略，其特征在 于：所述步驟（4)中，最優(yōu)功率分配策略值/f的求解依賴于博弈理論中的分布式求解算法， 即：
其中，Pi(t)為源節(jié)Asi在第t個博弈階段被分配到的協(xié)作功率，θ i是源節(jié)Asi的策略 調(diào)整參數(shù)，用于控制算法的收斂速度；該分布式求解算法最終收斂值即為需要求得的if。
【專利摘要】本發(fā)明針對無線通信網(wǎng)絡(luò)中的非對稱多源(節(jié)點)-單中繼(節(jié)點)協(xié)作系統(tǒng)，提供了一種基于放大再轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的協(xié)作中繼策略。系統(tǒng)建模為供不應(yīng)求的賣方市場，且買方之間展開非協(xié)作博弈。協(xié)作中繼策略主要包括中繼節(jié)點協(xié)作功率資源的價格策略和分配策略以及源節(jié)點的中繼選擇策略：價格策略顧及了源節(jié)點之間的公平性，同時有效刺激中繼節(jié)點參與協(xié)作；分配策略基于分布式求解算法得到納什均衡解，從而確定分配功率值，保證了各源節(jié)點效用的最優(yōu)性；選擇策略從系統(tǒng)整體性能最優(yōu)角度考慮，給出了源節(jié)點是否參與中繼的標(biāo)準(zhǔn)。
【IPC分類】H04W72-04
【公開號】CN104735796
【申請?zhí)枴緾N201510157793
【發(fā)明人】衡偉, 龍芳, 梁天
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月3日