一種數據中繼方法、系統和中繼節點的製作方法
2023-09-13 21:14:35 4
專利名稱：一種數據中繼方法、系統和中繼節點的製作方法
技術領域：
本發明公開了一種數據中繼方法，尤其涉及一種用於減少各個節點間的能量損耗的數據中繼方法。
背景技術：
在物聯網應用中，傳感網通過部署大量傳感器節點來進行信息感知，這些大量部署的傳感器節點通常由電池供電且可用電量較少。因此，如何降低節點的能量消耗對延長節點的工作時間，保證傳感網的網絡覆蓋至關重要。另一方面，由於傳感網的部署環境通常較惡劣，導致節點間的通信鏈路條件較差，因此，提高節點的通信效率，保證鏈路的通信質量對傳感網信息的採集匯聚至關重要。協作通信可通過多節點協作、模擬多天線的通信方式來減低節點通信能量消耗，保證節點通信質量。目前，用於傳感網的協作通信方式主要集中於協作中繼和虛擬多進多出的通信方式。在這些協作通信方式中，可通過選擇最優的協作中繼節點，以及引入能量控制的方法，來降低通信能量消耗保證通信質量。但在一些情況下，可選的協作節點未必能夠在最優化的區域，這將影響協作通信在降低能耗上的優勢。此外，在目前的協作通信方式中，通常在源節點和目標節點間選取一個或多個中繼節點參與協作通信，這些節點的選取主要基於即時或穩態的通信鏈路情況進行選取。按照中繼節點的工作方式不同，可將協作通信分為:協作中繼通信和虛擬多進多出通信的方式,如
圖1a和圖2b所示。在協作中繼的方式下，協作節點接收來自源節點的信息報文，然後以解碼轉發或信號放大轉發的方式進行協作轉發，目標節點將對源節點和協作節點的信息報文進行聯合解碼；而在虛擬多進多出的方式下，多個協作節點在收到源節點的信息報文後，將以虛擬多天線的方式對報文進行編碼轉發，目標節點對多路報文進行解碼以獲取源信息報文。在衰退信道中，例如，常見的瑞利衰退信道中，這兩種協作通信方式將可獲得與多天線系統類似的分級增益。因此，與多跳通信相比，在通信距離大於一定的值時，協作通信的能耗將會更少。此外，可以對各節點進行不同的能量控制，以更大地降低協作通信的能耗。例如，在高信噪比的情況下，採用最小化協作通信的中斷概率或最大化目標節點接收信號信噪比的方式，優化各節點的發射功率。另外，參與協作通信的節點數目也可基於這些目標條件進行優化。但是，這些協作通信採用相應的能量控制策略時，只能夠保證整體通信能量消耗的最優化，無法同時使各節點都能有相對均衡的能量消耗，因此可能導致網絡中個別節點能量消耗過快而影響網絡的連通性。此外，在虛擬多進多出的協作通信方式中，大多要求協作節點位置能夠相對集中，才能較好地優化通信能量消耗，而傳感節點的部署往往是隨機的，節點的集中部署不利於信息的分布採集，因此，將影響虛擬多進多出協作通信的能量效率。
總體來說，現有技術中的協作通信方法具有以下缺點:1.現有的協作通信往往是以最小化中斷概率(outage probability)或最大化目標節點接收信號信噪比為目的，而不是以最小化能量消耗為目的。2.現有的協作通信在採用最小化中斷概率或最大化目標節點接收信號信噪比等能量控制時，無法保證在優化整體能量消耗的同時，均衡各個節點的能量消耗。3.現有的協作通信方式在需要兩個或多個節點參與協作時，往往要求協作節點的位置儘量集中，才可保證通信的整體能量效率。
發明內容
本發明針對現有技術的缺點，提供了一種數據中繼方法和系統，本發明在進行協作通信的時候，能夠降低對協作節點的位置要求，並且，該方法能夠最優化協作通信整體能
量消耗。根據本發明的第一目的，本發明提供了一種數據中繼方法，其中，該方法包括下列步驟:A、源節點將源信息 以廣播的方式發送給中繼節點；B、第一中繼節點收到所述源信息以後，對所述源信息以放大轉發的方式傳遞給目標節點和第二中繼節點；C、第二中繼節點對所述放大後的源信息和由源節點發送的源信息進行聯合解碼，並將解碼後的源信息以解碼轉發的方式傳遞給目標節點；D、目標節點對第一中繼節點和第二中繼節點發送的兩個源信息進行聯合解碼並獲取到最終的源信息。進一步地，優選的方法是，所述步驟C和步驟D中，所述第二中繼節點和目標節點基於最大比合併的方式對收到的多個源信息進行聯合解碼。優選的方法是，步驟A C中，進一步還包括:獲取協作中繼過程中的通信誤碼率以及信道信噪比，最小化源節點、第一中繼節點和第二中繼節點的發射功率。優選的方法是，進一步包括:根據下列表達式對源節點、第一中繼節點和第二中繼節點的信號發射功率進行功率控制:
權利要求
1.一種數據中繼方法，包括: A、源節點將源信息以廣播的方式發送給中繼節點； B、第一中繼節點收到所述源信息以後，對所述源信息以放大轉發的方式傳遞給目標節點和第二中繼節點； C、第二中繼節點對所述放大後的源信息和由源節點發送的源信息進行聯合解碼，並將解碼後的源信息以解碼轉發的方式傳遞給目標節點； D、目標節點對第一中繼節點和第二中繼節點發送的兩個源信息進行聯合解碼並獲取到最終的源信息。
2.根據權利要求1所述的數據中繼方法，其特徵在於， 所述步驟C和步驟D中，所述第二中繼節點和目標節點基於最大比合併的方式對收到的多個源信息進行聯合解碼。
3.根據權利要求1或2所述的數據中繼方法，其特徵在於，步驟A C中，進一步還包括: 獲取各個節點間的平均信道衰減強度和不同中繼過程中的通信誤碼率要求，最小化源節點、第一中繼節點和第二中繼節點的發射功率。
4.根據權利要求3所述的數據中繼方法，其特徵在於，進一步包括: 根據下列表達式對源節點、第一中繼節點和第二中繼節點的發射功率進行功率控制:
5.一種數據中繼系統，包括: 源節點，用於將源息信以廣播的方式發送給中繼節點； 第一中繼節點，用於收到所述源信息以後，對所述信息以放大轉發的方式傳遞給目標節點和第二中繼節點； 第二中繼節點，用於對所述放大後的源信息和由源節點發送的源信息進行聯合解碼，並將解碼後的源信息以解碼轉發的方式傳遞給目標節點；目標節點，用於對第一中繼節點和第二中繼節點發送的兩個源信息進行聯合解碼並獲取到最終的源信息。
6.根據權利要求5所述的數據中繼系統，其特徵在於， 所述第二中繼節點和目標節點，對信號進行聯合解碼採取的是最大比合併的方式。
7.根據權利要求5所述的數據中繼系統，其特徵在於， 所述源節點、第一中繼節點和第二中繼節點，還用於獲取各個節點間的平均信道衰減強度和不同中繼過程中的通信誤碼率要求，最小化源節點、第一中繼節點和第二中繼節點的發射功率。
8.根據權利要求7所述的數據中繼系統，其特徵在於，根據下列表達式對源節點、第一中繼節點和第二中繼節點的發射功率進行功率控制:
9.一種源節點,包括: 發送單元，用於將源息信以廣播的方式發送給中繼節點和目的節點； 功率控制單元，用於按照下列表達式進行源節點的發射功率控制:
10.一種中繼節點，包括: 接收單元，用於接收源節點以廣播形式發送的源信息；放大轉發單元，用於對所述源信息進行放大轉發；功率控制單元，用於基於下列表達式進行發射功率的控制:
全文摘要
本發明公開了一種數據中繼方法，包括A、源節點將源信息以廣播的方式發送給中繼節點；B、第一中繼節點收到所述源信息以後，對所述源信息信號以放大轉發的方式傳遞給目標節點和第二中繼節點；C、第二中繼節點對所述放大後的源信息信號和由源節點發送的源信息信號進行聯合解碼，並將解碼後的信號以解碼轉發的方式傳遞給目標節點；D、目標節點對第一中繼節點和第二中繼節點發送的兩個源信息信號進行聯合解碼並獲取到源信息。本發明能夠根據各節點的信道情況，以更好地獲得信道增益，減少協作通信的能量消耗。此外，本發明還公開了一種數據中繼系統和中繼節點。
文檔編號H04W52/04GK103188783SQ20111044349
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者宛海濤, 餘智欣, 王紅梅, 戴欣, 劉越 申請人:中國移動通信集團公司