[发明专利]面向时间划分无线携能传输中继的物联网低功耗传输方法

权利要求书

1.一种面向时间划分无线携能传输中继的物联网低功耗传输方法，其特征在于：包括构建物联网中基于时间划分携能传输中继的最优数据传输模型和采用基于时间划分中继的参数优化方法对构建的最优数据传输模型中参数进行优化两部分；

所述构建物联网中基于时间划分携能传输中继的最优数据传输模型的具体方法为：

在传统物联网系统中部署若干中继节点；当部署完中继节点以后，物联网节点将选择唯一的中继节点，并由中继节点完成数据的转发；所述中继节点为物联网系统中的物联网节点服务并与唯一的汇聚节点相连接；将中继点的集合表示为R＝{1，2…，r}，r为在物联网系统中部署的中继点总个数；物联网节点集合为S＝{1，2，…，s}，s为物联网系统中物联网节点的总个数；物联网系统中唯一的一个汇聚节点为S₀，且s∈S和S₀之间的直接通信需要中继点r∈R来支持；为了减少物联网节点的通信距离，选择距离物联网节点最近的中继节点作为其转发中继，且定义中继点r服务的物联网节点集合表示为U_r；设定每个物联网节点只能由一个中继点服务，一个中继点服务多个物联网节点，使得r∈R，∪U_r＝S，且对每个中继点，设定其传输时间块归一化为T＝1；传输时间块的一部分αT用于能量收集，其中α为时间分配因子，且0≤α≤1；剩余部分时间用于数据传输，其中，第一个剩余时间块ρT用于中继内覆盖节点的数据传输，其中，ρ也为时间分配因子，0≤ρ≤1；第二个剩余时间块(1-α-ρ)T基于αT时间内收集的能量完成数据的转发；同时，为了避免传输的干扰，设定中继点内部及中继点之间采用不同的传输信道，且同一中继覆盖范围内物联网节点采用时隙复用的方式进行通信，每个物联网节点上行数据传输给中继点的时间为其中|U_r|为中继点r覆盖物联网节点的数量；

所述采用基于时间划分中继的参数优化方法对构建的最优数据传输模型中参数进行优化的具体方法为：

Step1.输入预设的能量收集时间αT＝σT，中继节点数据传输时间ρT＝σT，σ为时间分配因子预设的初始最小值，以及每个物联网节点的最低传输速率需求R_m，设置各物联网节点u_r的初始最低传输功率为物联网节点u_r的最大传输功率；

Step2.基于能量收集时间αT，求出中继点r服务的物联网节点u_r∈U_r的最优通信功率

Step3.根据及α和ρ求解中继点的转发速率γ_r；

Step4.判断中继点r的转发速率γ_r是否满足如下速率约束，即中继点转发的数据量要大于所有物联网节点产生的数据量，如下公式所示：

如果满足速率约束，再判断是否满足如是则设置物联网节点u_r的最低功率时间分配因子的最优值α_optimal＝α，ρ_optimal＝ρ，然后执行步骤Step5，否则直接执行步骤Step5；

如果不满足速率约束，则直接执行步骤Step5；

Step5.更新α＝α+σ，并判断α是否大于1-ρ，如果是，则执行步骤Step6，否则重新执行步骤Step2；

Step6.更新ρ＝ρ+σ，并判断ρ是否大于1，如是则完成最优数据传输模型中参数优化，否则重新执行步骤Step2。

2.根据权利要求1所述的面向时间划分无线携能传输中继的物联网低功耗传输方法，其特征在于：所述Step2的具体方法为：

Step2.1.计算物联网节点u_r的上行传输速率值，如下公式所示：

其中，为物联网节点u_r的上行传输速率值，W为单位信道的带宽，为物联网节点u_r与中继点r之间的传输衰落参数，N₀为噪声功率；

Step2.2.根据物联网节点的最低传输速率需求R_m构建中继节点r的转发速率约束，即传输到中继点的数据量不少于原始传递到汇聚节点的数据量，如下公式所示：

Step2.3.根据中继节点r的转发速率约束，求解物联网节点u_r的最优传输功率如下公式所示：

3.根据权利要求2所述的面向时间划分无线携能传输中继的物联网低功耗传输方法，其特征在于：所述Step3的具体方法为：

Step3.1.求解中继点r的存储能量E_r，如下公式所示：

其中，λ为中继点的能量存储效率；

Step3.2.求解中继点r的发射功率P_r，如下公式所示：

Step3.3计算中继点r的转发速率γ_r，如下公式所示：

其中，H_r，s为中继点r到汇聚节点之间的传输衰落参数。