[发明专利]一种降低大规模无线自组织网络中断概率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用网络节点的动态部署的降低大规模无线自组织网络中断概率的方法，该方法基于随机几何理论，属于无线通信的技术领域。

背景技术

协作通信是一种利用空间分集来达到更好的传输性能或更快的传输速度的技术。该技术不像MIMO技术一样需在一个用户上安装多个天线，而是多个单天线用户协作分享他们的天线，形成虚拟的天线阵，以达到系统性能提高的目的。协作通信的依据中继节点个数分为单中继协作通信和多中继协作通信；依据中继节点的转发方式分为放大转发协作通信和解码转发协作通信。多中继协作通信策略如分布式空时编码虽然可以带来满分集增益，但同时也增加了系统复杂度。机会通信作为一种单中继的协作通信策略，可以很好的降低系统负责度，其协作方式是在中继备选集中选出一个最好的节点作为唯一中继，选择的依据是通过此节点的源到目的节点的信道性能最好。以往的研究表明此策略可以在无干扰的点对点系统中达到满分集增益。

但以往在机会通信上的研究局限于点对点系统，这些结果无法应用于大规模随机分布的自组织网络。在这样的网络中，节点随机分布，没有中心控制节点控制各节点的发射，节点在一定的时隙以一定的概率传输信息，因此节点间的干扰不可忽略。另一方面，由于是随机网络中节点的离去、加入、移动等原因，中继节点与源和目的节点之间的距离并不是固定的。此外，若每一个中继节点、源和目的节点组成协作通信组，那么在网络中每组的情况并不相同，即组内节点之间的距离不同。要分析网络的平均中断概率并找出降低此中断概率的方法，需从宏观上对节点间的随机距离求期望。

随机几何理论通过对节点的位置取期望，为描述和计算大规模网络的宏观统计特性提供了一个有效的方法。基于随机几何理论，一些研究将不考虑中继选择的协作通信从点对点系统扩展到大规模随机网络并分析了其中断概率。考虑到上面所提到的机会通信在降低复杂度提高系统性能方面的优势，如何能使得大规模随机网络利用机会通信策略，以降低网络中干扰的影响，得到更低的中断概率，有着重要的实际意义。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种降低大规模无线自组织网络中断概率的方法，该方法有效地降低了自组织网络中干扰的影响及网络的中断概率，从而在未知网络拓扑并且不用逐一统计每对通信链路性能的情况下，得到网络在使用机会通信下的平均性能，从而更有效的布置网络以达到预期的服务质量。

技术方案：一种降低大规模无线自组织网络中断概率的方法，包括源节点选择，后备中继节点选择，最佳中继选择以及睡眠节点选择四个步骤，在每一轮通信的开始，动态的选择源节点、后备中继节点、最佳中继节点及睡眠节点；其中，

第一步，源节点选择：源节点的选择阶段主要通过选择节点的调度因子来调节源节点的密度；根据不同的发射功率，选择适当的调度因子，使得在机会通信的复用率不降低的前提下，降低中断概率，或者当中断概率不高于可容忍上限时，得到最大的源节的密度；所述源节点的密度由确定源节点选择概率来实现，源节点的选择概率是指节点被选做源节点的概率；

根据不同的发射功率，可以选择适当的调度因子使得在机会通信的复用率不降低的前提下降低中断概率，也可以等价地看作当中断概率不高于可容忍上限时，得到最大的源节点密度，而此密度正是在实际实施过程中所需要的源节点选择概率参数。这种源节点的选择，使得不需要先验信息，也不需要统计各个链路的信息，就可以达到网络的性能要求，对于大规模的网络而言，可以有效的节约成本，减少部署带来的通信资源开销。

第二步，后备中继节点选择：通过使源节点传输信息的概率P₀小于节点成为后备中继节点的概率P₁来选择后备中继节点；实施中网络节点的总数一定，后备中继节点的个数在满足上述要求的前提下也是固定的，因此网络剩余节点即这些要进入睡眠模式的节点与被选中的源节点的数目之和是固定的。在满足中断概率要求的前提下会尽量多的选择源节点，目的在于增加网络空间的复用程度率。

第三步，最佳中继选择：在后备中继节点中选择最佳中继节点，使得源到目的后备中继节点的链路最好，最佳中继节点的选择需考虑网络干扰，其选择过程如下：

(1)选出满足下式的后备中继节点：