[发明专利]基于区块链存储的分布式协作通信的中继接入方法

摘要

本发明属于无线蜂窝网络边缘用户性能优化技术领域，具体来说是基于区块链存储的分布式协作通信的中继接入方法。本发明涉及分布式协作通信、中继接入匹配、区块链存储等理论框架。在不同的网络规模下，相较于其它中继接入方案，本发明可以在保证系统安全性与可靠性的条件下，使得边缘蜂窝用户和作为中继节点的非边缘蜂窝用户均获得更高的性能收益。总体上，基于区块链存储的分布式协作通信的中继接入方法可以优化边缘蜂窝用户性能同时减少系统网络负载。

主权项

1.基于区块链存储的分布式协作通信的中继接入方法，设定基站位于中心的蜂窝小区，其中有上行传输需求且位于小区边缘的边缘蜂窝用户集合记为S＝{S₁ S₂ ... S_K}，K为边缘蜂窝用户数量；位于离基站较近位置的非边缘蜂窝用户集合记为R＝{R₁ R₂ ... R_N}，N为非边缘蜂窝用户数量；通过分布式协作通信方式，边缘蜂窝用户可以利用非边缘蜂窝用户作为中继前向转发到基站，考虑中继匹配为一对一匹配，即一个边缘蜂窝用户只能选择一个非边缘蜂窝用户作为中继转发信息，，设置N≥K，所述中继接入方法的具体步骤为：S1：建立模型，中继转发采用放大前向转发协议，定义某一边缘蜂窝用户S_i∈S选择一非边缘蜂窝用户R_j∈R，其转发速率r_i,j表示为其中，B表示信道带宽；是考虑到源节点‑中继，中继‑基站两阶段共享资源带来的性能损失；α是常数，表示有效容量因子，通过误码率P_ber计算；γ_i0,γ_ij分别表示直接链路发送时和通过中继转发时的信噪比，相关表达式如下其中，P_i,P_j分别表示源节点的发送速率和中继节点的转发功率；h_i0表示直接链路发送时源节点到基站的信道增益参数，h_ij,h_j0分别表示中继转发时源节点‑中继，中继‑基站的信道增益参数；σ²表示背景噪声功率；定义边缘蜂窝用户选择中继的优先级函数为其中，d_i表示边缘蜂窝用户S_i拟向中继节点R_j所支付的数字货币即服务代价；r_ij表示转发速率即服务收益，当某一边缘蜂窝用户S_i选择中继时，中继节点R_j的优先级函数值越大，其在S_i的优先级列表中排序越高；据此可得到源节点优先级矩阵P_S为K×N矩阵，行代表不同的源节点，列代表不同的中继节点，矩阵元素代表中继节点下标，表示中继节点在源节点S_i的优先级列表里排序标号为j，排序标号即列号越高，所对应的优先级越高；非边缘蜂窝用户的优先级函数定义为其中，Q_i表示边缘蜂窝用户S_i需要发送的数据量，即表示转发所需时延，令中继节点的转发功率相同，则可等价反映转发能耗大小；非边缘蜂窝用户根据优先级函数值的大小对服务对象进行优先级排序，优先级函数值越大的源节点排序越高，可得中继节点优先级矩阵P_R为N×K矩阵，行代表不同的中继节点，列代表不同的源节点，矩阵元素代表源节点下标，表示源节点在中继节点R_j的优先级列表里排序标号为i，排序标号即列号越高，所对应的优先级越高；S2：边缘蜂窝用户首先通过D2D链路发送中继请求信息给非边缘蜂窝用户，包括发送数据量大小、可支付的数字货币和自身公钥等；S3：非边缘蜂窝用户接受到中继请求后，根据自身情况与源节点情况，决定能提供中继服务的源节点，并发送反馈信息给可提供服务的源节点，包括可提供的中继转发速率，自身公钥信息；S4：源节点接收到反馈信息后，根据优先级函数定义得到双方的优先级矩阵P_S,P_R，并由双边匹配算法得到最优中继接入匹配结果；双边匹配算法步骤为：S41、初始化输入参数，包括误码率P_ber、源节点与中继节点的发送功率P_i,P_j、源节点的数据量Q_i、可支付的数字货币b_i；S42、根据公式(1)、(2)计算中继速率r_ij，并由式(3)、(4)计算优先级函数值，得到源节点与中继节点的优先级矩阵P_S,P_R；S43、每个中继节点根据优先级矩阵P_R选择优先级最高的服务对象，并将自身标号发送给所选择的服务对象；S44、源节点接收到中继节点的被接入请求后，根据优先级矩阵P_S比较当前的中继选择与请求的中继之间的优先级，若当前选择的中继优先级高于新请求接入中继的优先级则拒绝请求，否则，更新中继选择为新请求接入中继；S45、被拒绝的中继节点将会被源节点与中继节点从它们的优先级矩阵中删除，因此，得到更新的优先级矩阵P_S,P_R；若前后两次的中继选择结果一致，则停止迭代，得到最优双边匹配结果，否则，回到S43，继续迭代过程。