[发明专利]基于无线体域网的双向能量和信息中继辅助传输方法

权利要求书

1.基于无线体域网的双向能量和信息中继辅助传输方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)构建无线体域网的能量与信息传输模型，源节点到目的节点的距离固定，中继节点的位置是移动的，根据中继节点的位置，得到相应的路径损耗和信道增益；

(2)根据功率分配协议和时间分配协议，提出基于功率分配的无线体域网双向的能量和信息传输方法和基于时间分配的无线体域网双向的能量和信息传输方法；

(3)根据所提出的传输方法，以每个周期内信息传输速率最大为优化目标，利用约束条件建立最优化策略；

(4)利用MATLAB仿真计算，求得系统唯一最优解，即在信息速率最大时所对应的最优功率分配比ρ^*，最优时间分配比λ^*和最佳中继位置。

2.根据权利要求1所述的提供基于无线体域网的双向能量和信息中继辅助传输方法，其特征在于，所述步骤(1)中构建无线体域网的能量与信息传输模型的方法，包括：

1)节点的放置：

无线体域网是监测人体生理参数的传感器网络，节点放置在人体体表或者体内，采用三节点传输模型，源节点(S)通过中继(R)的帮助传输能量到目的节点(D)，同时，目的节点(D)在中继辅助下转发信息到源节点；传感器节点分布在100cm×100cm的人体躯干上，以平面中心为坐标原点，建立平面直角坐标系；源节点坐标为(0，0)，目的节点坐标为(50，0)，中继节点在平面内的坐标为(x，y)；

2)路径损耗与信道增益如公式(1)所示：

其中，P_L(d)[dB]是指人体传输路径损耗，n，d₀，P_L(d₀)是给定的参数，n＝3.23，d₀＝10cm，P_L(d₀)＝41.2dB，d为节点之间的距离；

定义人体传输的信道增益如公式(2)所示：

根据上述所述节点的放置情况，其中，源节点(S)到中继(R)的距离如公式(3)所示：

中继到目的节点的距离如公式(4)所示：

所以，源节点到中继的信道增益如公式(5)所示：

中继到目的节点间的信道增益如公式(6)所示：

3.根据权利要求1所述的提供基于无线体域网的双向能量和信息中继辅助传输方法，其特征在于，所述步骤(2)中基于功率分配的无线体域网双向的能量和信息传输方法，具体如下：

传输时间T分为两个阶段；第一个阶段λT(0＜λ＜1)，源节点和目的节点分别发送能量信号和信息信号到中继节点，中继节点将接收的信号以功率分配比ρ进行能量收集；

在第一阶段，收集的能量表示如公式(7)所示：

E_r^ps＝ηρλTP_s|h|² 公式(7)；

同时，信息传输速率如公式(8)所示：

其中，λ为传输时间比，(0＜λ＜1)，ρ为能量分流比，(0＜ρ＜1)，σ_r²为中继接收噪声功率，σ_b²为信息处理噪声功率，η为能量存储效率，|h|²和|g|²分别为源节点到中继和中继到目的节点的信道增益，P_s为源节点的发送功率；

第二阶段(1-λ)T，中继接收信号的(1-ρ)用于能量和信息转发；此时，信息传输速率如公式(9)所示：

其中，σ_s²为源节点接收的噪声功率。