[发明专利]多源多目标网络下基于包聚合的选择协作方法

说明书

本发明涉及一种多源多目标网络下基于包聚合的选择协作方法，属于协作通信领域，本发明针对无线传感网中大量真实存在的多源(M个源节点)多目标(N个目标节点，MN)网络，通过构建源目节点间的关联矩阵，将MN的多源多目标网络转换为N个多源单目标网络；根据网络节点传输的数据包较小的特点，对N个多源单目标网络数据传输采用包聚合策略，提出了基于包聚合的选择协作方法。本发明通过具有相同目标节点的源节点间的相互协作和数据包聚合，有效提高了系统的可靠性，降低了系统的能量消耗，提升了频谱利用率，具有较好的实际应用价值。

技术领域

本发明属于协作通信领域，涉及一种多源多目标网络下基于包聚合的选择协作方法。

背景技术

选择协作通信作为单中继协作技术中的一个重要分支，一直是协作通信领域的研究热点。其基本思想是选出一个最佳中继执行协作转发任务，无需全部中继参与协作传输过程，因此具有高可靠性、低复杂度的特点，非常适合应用到无线传感器网络中。目前，已有一些针对选择协作技术的相关研究，主要集中在对选择协作性能的推导和分析及在不同网络场景下的应用，如：单源单目标网络、多源单目标网络、多源多目标(源、目标节点一一对应)网络等。有研究分析Rayleigh衰落下的单中继选择方案的性能，也有为集中式网络和分布式网络提出多种中继选择的方案。

然而，上述研究都是针对特定的网络场景，对实际中广泛存在的通用的M个源节点N个目标节点(MN)的无线传感器网络鲜有研究，也未针对无线传感器网络中数据包较小的特点进行协议设计和优化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多源多目标网络下基于包聚合的选择协作方法，在提高系统可靠性的同时，降低网络的能量消耗，提升频谱利用率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

多源多目标网络下基于包聚合的选择协作方法，该方法包括以下步骤：

设网络中有M个源节点s_i(i＝1,...,M)和N个目标节点d_k(k＝1,...,N)，M＞N，网络无需设置专门的中继节点，具有相同目标节点的源节点间互相协作。在协作过程中，针对数据包较小的特点，实施包聚合策略。数据传输过程分为两个阶段。第一阶段：直接传输。每轮数据发送前，进行TDMA调度，获取源节点的传输顺序，根据调度结果，各源节点依次在自身时隙发送数据给各自的目标节点，如：节点s_i发送数据给自己的目标节点d_k，同时，与其有相同目标节点的源节点接收数据并尝试解码，解码成功的源节点加入解码集D(s_i)，若数据传输成功，目标节点返回确认(ACK)帧，解码集D(s_i)中的源节点在各自缓存中删除该数据包，此源节点数据传输结束，轮到下一个源节点发送数据；若数据接收失败，目标节点反馈否决(NACK)帧，D(s_i)中能够成功接收NACK帧的节点进一步加入有效集A(s_i)，若A(s_i)为空，表示没有其他源节点能正确解码s_i发送的数据，则产生中断；若A(s_i)不为空，则根据一定策略在A(s_i)中选出最佳中继b_i，进入第二阶段。第二阶段：聚合传输。在最佳中继b_i的传输时隙，b_i将自身数据与从s_i接收到的数据进行聚合，并将聚合后的数据发往目标节点d_k，完成此次数据传输。

进一步，在具有相同目标节点的源节点间互相协作时，构建源目节点间的关联矩阵，具体方案是：构建一个M×N的关联矩阵R，R中的每个元素r_ik表示源节点i与目标节点k之间的对应关系，若k是源节点i的目标节点，则r_ik为1，否则，r_ik为0，R与r_ik分别表示为：