[发明专利]大规模中继网络中基于时隙ALOHA的贪婪中继选择方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及大规模无线中继网络中由于缺乏中继信息的广播和更新时的中继选择方案的设计问题，可用于解决含有设备与设备间的直接通信的移动蜂窝网，以及传感器网络通信等动态大规模网络环境中，无法获得中继信息时的中继选择问题。

背景技术

协作通信技术是一种将中继节点运用到无线网络的新兴技术。它能够为原本信道质量较差难以保证传输质量的用户提供可靠的数据传输服务。其基本思想是通过利用分集技术，在信道质量较差的发射接收端之间安放用于接收转发的中继节点，从而达到减短单跳距离，改善信道质量，提高总传输距离，降低中断率等作用。在中继服务网络中，由于可能同时存在有复数性能不同的中继，设计一个能为用户提供合适中继的中继选择方案非常重要。目前有很多研究中继选择的相关工作。Y.Jing等人在Single and multiple relay selection schemes and their achievable diversity orders(IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.8,no.3,pp.1414-1423,Mar.2009.)一文中总结了目前存在的数种单中继选择算法，并将中继选择的场景扩展到了多中继的情况。进一步，S.Park等人在Adaptive threshold based relay selection for minimum feedback and channel usage(IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.10,no.11,pp.3620-3625,Nov.2011.)中提出了一种基于单比特反馈可调节阈值的中继选择算法，它能够很好地降低对信道状态信息(CSI)更新量的需求。

为了选择最优的中继，以上述两个方案为代表的众多算法都采取了收集中继信息进行比较的方式来进行选择，然而这种方法网络开销很大且十分复杂。在诸如分布式动态大规模中继网络这样的实际场景中，通过上面的穷举对比的方式来在大量中继中选择最优中继就显得非常不现实了。

基于时隙ALOHA的中继选择方案是一种能够随机选取满足特定条件中继的策略，这类选择方案能够在不进行特别对比的情况下选择出中继，从而降低了对中继的信息需求。F.Etezadi,等人在Decentralized relay selection schemes in uniformly distributed wireless sensor networks(IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.11,no.3,pp.938-951,Mar.2012.)一文中阐述了在均匀分布的中继网络中的中继选择问题。重点对比了最优中继选择，随机中继选择以及基于地理的中继选择方案。然而该方案并未给出如何在大规模网络中协调随机接入中继的接入概率问题，同时也缺乏具体的帧结构设计的相关讨论。

发明内容

为了克服现有技术网络规模过小，过度依赖收集中继的信息来完成选择，以及大多只能应用于静态网络等不足，本发明提供一种能运用在动态大规模网络中的贪婪中继选择方案，该方案能够在不需要收集中继的信息情况下，快速选取满足传输速率需求的中继，并且能很好地适应不同的中继密度及节点运动情况。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)建立网络模型，包括一个源节点S、一个目标节点D和密度为λ_r的均匀随机分布的若干中继节点R，其中中继节点分为可以满足用户最低传输需求的可用中继和不能满足传输需求的其它中继；源节点到目标节点、源节点到中继节点、中继节点到目标节点之间的距离分别表示为d_SD、d_SR和d_RD；在每帧内执行步骤2)～4)；

2)可用中继的自我标记

2a)源节点在每帧中的第一时隙广播用户最低需求传输速率R_r和源节点坐标给所有中继节点；

2b)收到源节点广播信息的每个中继节点计算自己的中继传输速度并与需求传输速率R_r进行对比，其中ε为用户能够承受的目标传输总中断率，P_s与P_r分别为源节点和中继节点的发射功率，N₀为噪声平均功率；

2c)每个能够满足R_a＞R_r的中继节点都将自己标记为可用中继，继续参与步骤3)中基于时隙ALOHA的中继选择，其余中继自我标记为其它中继，并退出本帧的中继选择，在下一帧之前保持静默；