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

背景技術(shù)：

在協(xié)作通信網(wǎng)絡中，中繼節(jié)點可能是固定的，也可能是移動的，當中繼節(jié)點是移動節(jié)點時，難以獲得穩(wěn)定的電力供應，此時采用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待機時間。在無線eh協(xié)作通信網(wǎng)絡中，中繼節(jié)點既可以轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點的數(shù)據(jù)，同時可以發(fā)射自身業(yè)務的數(shù)據(jù)，于是需要對資源進行合理利用。在傳統(tǒng)協(xié)作通信系統(tǒng)中，討論了固定帶寬和功率時，源節(jié)點和中繼節(jié)點共享帶寬時的協(xié)作傳輸，由于無線eh協(xié)作通信網(wǎng)絡的中繼節(jié)點電力來自節(jié)點自身收集的能量，因此不適用于無線eh協(xié)作通信系統(tǒng)。在無線eh協(xié)作通信系統(tǒng)中，資源分配問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題的難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

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

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

判斷所述中繼節(jié)點的數(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)點的能量是否滿足同時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點的數(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)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

本發(fā)明的有益效果是：提出了無線eh協(xié)作通信系統(tǒng)中，在保障中繼節(jié)點自身數(shù)據(jù)傳輸速率以及能量的前提下，通過利用源節(jié)點分配的帶寬實現(xiàn)協(xié)作源節(jié)點傳輸?shù)男路椒?，不需要分配新的帶寬資源，具有科學價值和現(xiàn)實意義。

在上述技術(shù)方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。

進一步，判斷所述中繼節(jié)點的數(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>

計算所述源節(jié)點直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸速率；

并計算所述中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率；

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

采用上述進一步方案的有益效果是：需同時滿足數(shù)據(jù)傳輸速率的要求和能量的要求，保證了中繼節(jié)點在參與協(xié)作傳輸時的穩(wěn)定性。

進一步，所述計算中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點數(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，計算中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(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)傳輸速率計算中繼節(jié)點參與協(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)點參與協(xié)作傳輸情況下，由中繼節(jié)點的最大發(fā)射功率和中繼節(jié)點為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率的差值，得到中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率；

并根據(jù)中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率計算中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率。

采用上述進一步方案的有益效果是：在中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下，首先計算中繼節(jié)點自身傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率和發(fā)射功率，再計算中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率，最后得到中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠保證中繼節(jié)點在滿足自身傳輸?shù)男枨笙峦瑫r滿足協(xié)助源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的需求。

進一步，所述計算所述源節(jié)點直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

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

采用上述進一步方案的有益效果是：為了滿足中繼節(jié)點能夠參與協(xié)作的要求，需計算源節(jié)點直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸速率，再與中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率進行比較來確定，保證了中繼節(jié)點協(xié)助傳輸過程的穩(wěn)定性及優(yōu)化分配。

進一步，所述計算中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(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)傳輸速率計算中繼節(jié)點參與協(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)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率為wr為中繼節(jié)點的帶寬，pself為中繼節(jié)點參與協(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)點參與協(xié)作傳輸情況下傳輸自身數(shù)據(jù)的信道增益，設源節(jié)點、中繼節(jié)點和目的節(jié)點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)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸功率，根據(jù)公式計算得到wr為中繼節(jié)點的帶寬，δ為中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，根據(jù)公式計算得到

進一步，所述得到中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率包括：

中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點的最大發(fā)射功率為其中，er為中繼節(jié)點能量存儲器的儲能值，t為一個時隙的傳輸時間，且er≤emax，emax為中繼節(jié)點能量存儲器的最大儲能值，則中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(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。

進一步，所述根據(jù)中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率計算中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

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

當pf,max≤0時，對pself的值進行調(diào)整，當時，此時pf,max仍然小于或等于0，則中繼節(jié)點不參與協(xié)作傳輸；

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

中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)速率

中繼鏈路傳輸來自源節(jié)點數(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。

進一步，判斷所述中繼節(jié)點的能量是否滿足同時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點的數(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：

計算所述中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的傳輸速率rself，以及中繼鏈路傳輸來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率rc，如果中繼節(jié)點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)點的能量滿足同時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點的數(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)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點的最大發(fā)射功率，er為中繼節(jié)點能量存儲器的儲能值，t為一個時隙的傳輸時間，δ為中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，rnc-sd為中繼節(jié)點不參與協(xié)作傳輸時，源節(jié)點到目的節(jié)點鏈路傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率。

采用上述進一步方案的有益效果是：當中繼節(jié)點收集的能量滿足條件時，選擇該中繼節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，保證了傳輸?shù)姆€(wěn)定性及優(yōu)化分配。

進一步，還包括當中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下，計算中繼節(jié)點的能量利用率的步驟：

中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點的能量利用率為通過優(yōu)化pself和α的取值來優(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為中繼鏈路傳輸來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，rnc-sd為源節(jié)點到目的節(jié)點鏈路傳輸數(shù)據(jù)的傳輸速率，rself為中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的傳輸速率，pself為中繼節(jié)點參與協(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)點分配給中繼節(jié)點的帶寬比例，pmax為中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點的最大發(fā)射功率，δ為中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，er為中繼節(jié)點能量存儲器的儲能值，emax為中繼節(jié)點能量存儲器的最大儲能值，為獲取當改變c的取值時最大d值對應的pself和α的運算，popt-self和αopt分別為中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下，中繼節(jié)點為自身數(shù)據(jù)提供的最優(yōu)發(fā)射功率和源節(jié)點共享給中繼節(jié)點的最優(yōu)帶寬比例。

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

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

中繼節(jié)點選擇模塊，用于判斷所述中繼節(jié)點的數(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)點的能量是否滿足同時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點的數(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)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

附圖說明

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

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

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

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

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(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，源節(jié)點和中繼節(jié)點共享帶寬時的協(xié)作傳輸，由于無線eh協(xié)作通信網(wǎng)絡的中繼節(jié)點電力來自節(jié)點自身收集的能量，因此不適用于無線eh協(xié)作通信系統(tǒng)。在無線eh協(xié)作通信系統(tǒng)中，資源分配問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題的難度。

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

圖1為本發(fā)明一實施例提供的能量收集協(xié)作網(wǎng)絡中共享帶寬的協(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)點至中繼節(jié)點以及該中繼節(jié)點至目的節(jié)點的鏈路連接關(guān)系，其中，所述中繼節(jié)點可轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點的數(shù)據(jù)，也可同時發(fā)送該中繼節(jié)點自身的數(shù)據(jù)；

步驟02：判斷所述中繼節(jié)點的數(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)點的能量否滿足同時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點的數(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)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

上述實施例中，提出了無線eh協(xié)作通信系統(tǒng)中，在保障中繼節(jié)點自身數(shù)據(jù)傳輸速率以及能量的前提下，通過利用源節(jié)點分配的帶寬實現(xiàn)協(xié)作源節(jié)點傳輸?shù)男路椒ǎ恍枰峙湫碌膸捹Y源，具有科學價值和現(xiàn)實意義。

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

在圖1實施例的基礎上，如圖2所示，判斷所述中繼節(jié)點的數(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：計算所述源節(jié)點直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸速率；

步驟022：計算所述中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率；

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

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

在圖2實施例的基礎上，本實施例具體介紹，所述計算所述源節(jié)點直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

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

上述實施例中，為了滿足中繼節(jié)點能夠參與協(xié)作的要求，需計算源節(jié)點直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸速率，再與中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率進行比較來確定，保證了中繼節(jié)點協(xié)助傳輸過程的穩(wěn)定性及優(yōu)化分配。

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

在圖2實施例的基礎上，如圖3所示，所述計算中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點數(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，計算中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(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)傳輸速率計算中繼節(jié)點參與協(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)點參與協(xié)作傳輸情況下，由中繼節(jié)點的最大發(fā)射功率和中繼節(jié)點為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率的差值，得到中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率；

步驟0223：根據(jù)中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率計算中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率。

上述實施例中，在中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下，首先計算中繼節(jié)點自身傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率和發(fā)射功率，再計算中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率，最后得到中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠保證中繼節(jié)點在滿足自身傳輸?shù)男枨笙峦瑫r滿足協(xié)助源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的需求。

在圖3實施例的基礎上，本實施例具體介紹，所述計算所述源節(jié)點直接傳輸數(shù)據(jù)至目的節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

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

在圖3實施例的基礎上，本實施例具體介紹，所述計算中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(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)傳輸速率計算中繼節(jié)點參與協(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)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率為wr為中繼節(jié)點的帶寬，pself為中繼節(jié)點參與協(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)點參與協(xié)作傳輸情況下傳輸自身數(shù)據(jù)的信道增益，設源節(jié)點、中繼節(jié)點和目的節(jié)點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)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸功率，根據(jù)公式計算得到wr為中繼節(jié)點的帶寬，δ為中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，根據(jù)公式計算得到

在圖3實施例的基礎上，本實施例具體介紹，所述得到中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率包括：

中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點的最大發(fā)射功率為其中，er為中繼節(jié)點能量存儲器的儲能值，t為一個時隙的傳輸時間，且er≤emax，emax為中繼節(jié)點能量存儲器的最大儲能值，則中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(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實施例的基礎上，本實施例具體介紹，所述根據(jù)中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率計算中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率包括：

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

當pf,max≤0時，對pself的值進行調(diào)整，當時，此時pf,max仍然小于或等于0，則中繼節(jié)點不參與協(xié)作傳輸；

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

中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)速率

中繼鏈路傳輸來自源節(jié)點數(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實施例的基礎上，本實施例具體介紹，判斷所述中繼節(jié)點的能量是否滿足同時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點的數(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：

計算所述中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的傳輸速率rself(計算方法上述實施例中已給出介紹)，以及中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率rc(計算方法上述實施例中已給出介紹)，如果中繼節(jié)點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)點的能量滿足同時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點的數(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)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點的最大發(fā)射功率，er為中繼節(jié)點能量存儲器的儲能值，t為一個時隙的傳輸時間，δ為中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，rnc-sd為中繼節(jié)點不參與協(xié)作傳輸時，源節(jié)點到目的節(jié)點鏈路傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率。

上述實施例中，當中繼節(jié)點收集的能量也滿足條件時，則選擇該中繼節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，保證了傳輸?shù)姆€(wěn)定性及優(yōu)化分配。

在上述實施例的基礎上，本實施例介紹，還包括當中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下，計算中繼節(jié)點的能量利用率的步驟：

中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點的能量利用率為通過優(yōu)化pself和α的取值來優(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為中繼鏈路傳輸來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，rnc-sd為源節(jié)點到目的節(jié)點鏈路傳輸數(shù)據(jù)的傳輸速率，rself為中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的傳輸速率，pself為中繼節(jié)點參與協(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)點分配給中繼節(jié)點的帶寬比例，pmax為中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點的最大發(fā)射功率，δ為中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，er為中繼節(jié)點能量存儲器的儲能值，emax為中繼節(jié)點能量存儲器的最大儲能值，為獲取當改變c的取值時最大d值對應的pself和α的運算，popt-self和αopt分別為中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下，中繼節(jié)點為自身數(shù)據(jù)提供的最優(yōu)發(fā)射功率和源節(jié)點共享給中繼節(jié)點的最優(yōu)帶寬比例。

圖4為本發(fā)明一實施例提供的eh能量收集協(xié)作網(wǎng)絡中共享帶寬的協(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)點至中繼節(jié)點以及該中繼節(jié)點至目的節(jié)點的鏈路連接關(guān)系，其中，所述中繼節(jié)點可轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點的數(shù)據(jù)，也可同時發(fā)送該中繼節(jié)點自身的數(shù)據(jù)；

中繼節(jié)點選擇模塊，用于判斷所述中繼節(jié)點的數(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)點的能量是否滿足同時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點的數(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)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

在圖4實施例的基礎上，所述中繼節(jié)點選擇模塊包括第一計算單元，所述第一計算單元用于：

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

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

在上述實施例的基礎上，所述第一計算單元中，計算所述中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點數(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，計算中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(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)傳輸速率計算中繼節(jié)點參與協(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)點參與協(xié)作傳輸情況下，由中繼節(jié)點的最大發(fā)射功率和中繼節(jié)點為自身數(shù)據(jù)提供的發(fā)射功率的差值，得到中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率；

根據(jù)中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率計算中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率。

上述實施例中，在中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下，首先計算中繼節(jié)點自身傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率和發(fā)射功率，再計算中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自源節(jié)點數(shù)據(jù)的最大發(fā)射功率，最后得到中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠保證中繼節(jié)點在滿足自身傳輸?shù)男枨笙峦瑫r滿足協(xié)助源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的需求。

在圖4實施例的基礎上，所述中繼節(jié)點選擇模塊包括第二計算單元，所述第二計算單元用于：

計算所述中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸時中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的傳輸速率rself，以及中繼節(jié)點轉(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)點的能量滿足同時轉(zhuǎn)發(fā)所述源節(jié)點的數(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)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點的最大發(fā)射功率，er為中繼節(jié)點能量存儲器的儲能值，t為一個時隙的傳輸時間，δ為中繼節(jié)點參與協(xié)作傳輸情況下中繼節(jié)點發(fā)送自身數(shù)據(jù)的最低傳輸速率值，rnc-sd為中繼節(jié)點不參與協(xié)作傳輸時，源節(jié)點到目的節(jié)點鏈路傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率。

本發(fā)明的主要優(yōu)點是：(1)提出了無線eh協(xié)作通信系統(tǒng)中，在保障中繼節(jié)點自身數(shù)據(jù)傳輸速率的前提下，通過利用源節(jié)點分配的帶寬實現(xiàn)協(xié)作源節(jié)點傳輸?shù)男路椒?，不需要分配新的帶寬資源，具有科學價值和現(xiàn)實意義；(2)進一步提出了優(yōu)化源節(jié)點、中繼節(jié)點功率和帶寬資源分配的方法，對于提升系統(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、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。