專利名稱：一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線中繼接入策略中功率分配的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)中的無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線中繼接入策略中功率分配的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
作為下一代信息技術(shù)的發(fā)展方向之一，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將迎來(lái)重大機(jī)遇。同時(shí)，隨著第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(以下簡(jiǎn)稱3G)的普及，其高帶寬特性和完善的覆蓋特性，成為物聯(lián)網(wǎng)一種良好的接入網(wǎng)絡(luò)。因此，物聯(lián)網(wǎng)同公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和公共蜂窩網(wǎng)的發(fā)展，都具有積極意義。物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)是擁有大量分散的節(jié)點(diǎn)(例如傳感器、讀卡器)和有限的能量供應(yīng)。若大量采用節(jié)點(diǎn)直接接入公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)的方式，由于數(shù)量龐大，不僅帶來(lái)成本的急劇上升，也造成較大的能耗。將無(wú)線中繼技術(shù)和短距離無(wú)線技術(shù)相結(jié)合，可有效解決上述問(wèn)題。短距離無(wú)線通信通常指100米以內(nèi)的通信技術(shù)。由于物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)相對(duì)集中在一個(gè)或若干個(gè)局部區(qū)域，所以，在一個(gè)局部區(qū)域內(nèi)采用短距離無(wú)線鏈路，共用一個(gè)接入設(shè)備(以下稱公共接入節(jié)點(diǎn))接入公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)是可行的。如圖1所示:在物聯(lián)網(wǎng)中，首先將數(shù)據(jù)分為兩類，對(duì)持續(xù)時(shí)間短的數(shù)據(jù)，由物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)直接發(fā)送到接入節(jié)點(diǎn)(以下稱直連信道)；對(duì)于數(shù)據(jù)量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，采取中繼技術(shù)，在多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送到接入節(jié)點(diǎn)(以下稱中繼信道)。由于中繼技術(shù)和短距離無(wú)線技術(shù)帶來(lái)的終端造價(jià)低，能耗小，數(shù)據(jù)傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)，使得數(shù)據(jù)分類中繼策略能有效降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成本和能耗，增強(qiáng)系統(tǒng)性能。同時(shí)，也有利于物聯(lián)網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)通信，減少上傳數(shù)據(jù)量。在該應(yīng)用場(chǎng)景中，在公共接入節(jié)點(diǎn)處，存在由多個(gè)直連信道和多個(gè)中繼信道共同接入公共接入節(jié)點(diǎn)的情況(以下稱公共多接入信道)；在中繼節(jié)點(diǎn)處，也存在多個(gè)下級(jí)末端節(jié)點(diǎn)共同接入中繼節(jié)點(diǎn)的情況(以下稱中繼多接入信道)；加上中繼信道和直連信道，共有4種類型的信道。在實(shí)施過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問(wèn)題:圖1的應(yīng)用場(chǎng)景中，由于在公共接入節(jié)點(diǎn)處，需要對(duì)各個(gè)公共多接入信道的發(fā)送功率分配進(jìn)行優(yōu)化。另外，每個(gè)中繼信道的各個(gè)節(jié)點(diǎn)也需要進(jìn)行功率分配優(yōu)化。除此以外，各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的中繼多接入信道也進(jìn)行發(fā)送功率的優(yōu)化。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的這類應(yīng)用場(chǎng)景，第一個(gè)問(wèn)題是現(xiàn)有的功率分配優(yōu)化方法，往往只針對(duì)多接入信道和中繼信道分別進(jìn)行優(yōu)化，缺少將這兩類信道聯(lián)合進(jìn)行優(yōu)化的方法，這樣會(huì)影響這種場(chǎng)景中的整體網(wǎng)絡(luò)性能。第二個(gè)問(wèn)題是現(xiàn)有功率分配優(yōu)化方案，往往需要大量的迭代運(yùn)算，適合于節(jié)點(diǎn)相對(duì)固定的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備的配置也要求較高。在物聯(lián)網(wǎng)中，往往不斷有節(jié)點(diǎn)加入和失效，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)往往處于經(jīng)常性的變化中，而且控制設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，需要采用簡(jiǎn)單快捷的功率分配優(yōu)化方式進(jìn)行優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述原因，本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單快捷的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線中繼接入策略中功率分配的優(yōu)化方法。該方法可有效地提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線中繼接入策略中功率分配的優(yōu)化方法，即，借助一種包含發(fā)送功率、節(jié)點(diǎn)距離、衰減因子的無(wú)線信道模型，采用使信道容量最大的方法，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線中繼接入策略中多接入信道和多節(jié)點(diǎn)中繼信道的聯(lián)合功率分配最優(yōu)。具有方法為:A、對(duì)各公共多接入信道的功率分配進(jìn)行優(yōu)化；Al、根據(jù)區(qū)域內(nèi)部各接入信道的業(yè)務(wù)請(qǐng)求參數(shù)，將參數(shù)轉(zhuǎn)換成加權(quán)系數(shù)對(duì)各公共接入信道的帶寬進(jìn)行加權(quán)；A2、按照網(wǎng)絡(luò)在均衡條件下總信道容量最大的分配原則，借助一種包含發(fā)送功率、節(jié)點(diǎn)距離、衰減因子的無(wú)線信道模型，分別計(jì)算各公共多接入信道的信道容量，并使得各公共多接入信道加權(quán)后相等，從而使公共多接入信道的功率分配優(yōu)化。B、對(duì)各中繼信道及各個(gè)中繼多接入信道的功率分配進(jìn)行優(yōu)化；B1、對(duì)于接入公共節(jié)點(diǎn)的各中繼信道，按照中繼網(wǎng)絡(luò)在各節(jié)點(diǎn)速率均衡情況下總信道容量達(dá)到最大的原則，并且中繼信道容量等于A2中得到的對(duì)應(yīng)公共多接入信道的帶寬，借助一種包含發(fā)送功率、節(jié)點(diǎn)距離、衰減因子的無(wú)線信道模型，通過(guò)計(jì)算多節(jié)點(diǎn)中繼信道的信道容量，實(shí)現(xiàn)各中繼節(jié)點(diǎn)的功率分配優(yōu)化；B2、對(duì)于中繼信道上的每一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，又存在多個(gè)下級(jí)節(jié)點(diǎn)共同接入該節(jié)點(diǎn)而構(gòu)成了若干個(gè)中繼多接入信道；根據(jù)各下級(jí)節(jié)點(diǎn)接入中繼節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)帶寬請(qǐng)求參數(shù)，將參數(shù)轉(zhuǎn)換成加權(quán)系數(shù)對(duì)各中繼接入信道的帶寬進(jìn)行加權(quán)，然后按照網(wǎng)絡(luò)在均衡條件下總信道容量最大的分配方法，借助一種包含發(fā)送功率、節(jié)點(diǎn)距離、衰減因子的無(wú)線信道模型，分別計(jì)算中繼多接入信道的信道容量，并使得各接入信道加權(quán)后相等，并與該中繼信道的信道容量相符，從而進(jìn)行該中繼節(jié)點(diǎn)各個(gè)下級(jí)節(jié)點(diǎn)之間的中繼多接入信道的功率分配優(yōu)化；B3、重復(fù)過(guò)程B2，直到所有中繼鏈路及其各中繼節(jié)點(diǎn)的末級(jí)節(jié)點(diǎn)完成功率分配優(yōu)化。由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，通過(guò)對(duì)接入公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)、各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)、各中繼節(jié)點(diǎn)的下級(jí)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)合功率分配優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功率分配優(yōu)化，有效提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。另外，由于采用了直接計(jì)算信道容量的方法，避免了大量的迭代運(yùn)算，從而使得本發(fā)明采用的功率分配優(yōu)化方法簡(jiǎn)單快捷，滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的需要。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例的局部區(qū)域物聯(lián)網(wǎng)終端通過(guò)一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)接入公共蜂窩網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景不意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例采用的無(wú)線信道模型示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的接入公共蜂窩網(wǎng)的公共多接入信道示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中多節(jié)點(diǎn)中繼信道示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。針對(duì)圖1的一個(gè)局部區(qū)域內(nèi)多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)短距離無(wú)線電技術(shù)，以多接入和中繼混合方式，通過(guò)一個(gè)公共的接入節(jié)點(diǎn)連接到公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景，應(yīng)用技術(shù)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的各類信道的聯(lián)合優(yōu)化考慮不周，并且提供的優(yōu)化方法大部分需要大量迭代，不能滿足結(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生變化的圖1的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線中繼接入策略中功率分配得優(yōu)化方法,它包括:A、對(duì)各公共多接入信道的功率分配進(jìn)行優(yōu)化；Al、根據(jù)區(qū)域內(nèi)部各接入信道的業(yè)務(wù)請(qǐng)求參數(shù)，將參數(shù)轉(zhuǎn)換成加權(quán)系數(shù)對(duì)各公共接入信道的帶寬進(jìn)行加權(quán)；A2、按照網(wǎng)絡(luò)在均衡條件下總信道容量最大的分配原則，借助一種包含發(fā)送功率、節(jié)點(diǎn)距離、衰減因子的無(wú)線信道模型，分別計(jì)算各公共多接入信道的信道容量，并使得各公共多接入信道加權(quán)后相等，從而使公共多接入信道的功率分配優(yōu)化；B、對(duì)各中繼信道及各個(gè)中繼多接入信道的功率分配進(jìn)行優(yōu)化；B1、對(duì)于接入公共節(jié)點(diǎn)的各中繼信道，按照中繼網(wǎng)絡(luò)在各節(jié)點(diǎn)速率均衡情況下總信道容量達(dá)到最大的原則，并且中繼信道容量等于A2中得到的對(duì)應(yīng)公共多接入信道的帶寬，借助一種包含發(fā)送功率、節(jié)點(diǎn)距離、衰減因子的無(wú)線信道模型，通過(guò)計(jì)算多節(jié)點(diǎn)中繼信道的信道容量，實(shí)現(xiàn)各中繼節(jié)點(diǎn)的功率分配優(yōu)化；B2、對(duì)于中繼信道上的每一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，又存在多個(gè)下級(jí)節(jié)點(diǎn)共同接入該節(jié)點(diǎn)而構(gòu)成了若干個(gè)中繼多接入信道；根據(jù)各下級(jí)節(jié)點(diǎn)接入中繼節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)帶寬請(qǐng)求參數(shù)，將參數(shù)轉(zhuǎn)換成加權(quán)系數(shù)對(duì)各中繼接入信道的帶寬進(jìn)行加權(quán)，然后按照網(wǎng)絡(luò)在均衡條件下總信道容量最大的分配方法，借助一種包含發(fā)送功率、節(jié)點(diǎn)距離、衰減因子的無(wú)線信道模型，分別計(jì)算中繼多接入信道的信道容量，并使得各接入信道加權(quán)后相等，并與該中繼信道的信道容量相符，從而進(jìn)行該中繼節(jié)點(diǎn)各個(gè)下級(jí)節(jié)點(diǎn)之間的中繼多接入信道的功率分配優(yōu)化；B3、重復(fù)過(guò)程B2，直到所有中繼鏈路及其各中繼節(jié)點(diǎn)的末級(jí)節(jié)點(diǎn)完成功率分配優(yōu)化。對(duì)各公共接入信道的功率分配進(jìn)行優(yōu)化的具體步驟:步驟Al:根據(jù)各接入中繼信道和直連信道對(duì)帶寬的要求，定義帶寬分配系數(shù)n ={ H1, n2，...，nT}，利用帶寬分配系數(shù)對(duì)帶寬進(jìn)行加權(quán)nt*ct。如圖3所示，設(shè)有T個(gè)信道需要共享接入公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)。步驟A2:在已知這些節(jié)點(diǎn)的位置和信道特性(信道衰落Ast)后，通過(guò)求解:
權(quán)利要求
1.一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線中繼接入策略中功率分配的優(yōu)化方法，其應(yīng)用場(chǎng)景為:在物聯(lián)網(wǎng)局部區(qū)域內(nèi)多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線方式共用一個(gè)節(jié)點(diǎn)接入公共無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)，局部區(qū)域的信道分為若干多接入信道和中繼信道，其特征在于:借助一種包含發(fā)送功率、節(jié)點(diǎn)距離、衰減因子的無(wú)線信道模型，采用使信道容量最大的方法，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景中的多接入信道和多節(jié)點(diǎn)中繼信道的聯(lián)合功率分配優(yōu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線中繼接入策略中功率分配的優(yōu)化方法，其特征在于:所述使信道容量最大的方法包括:對(duì)各公共多接入信道的功率分配進(jìn)行優(yōu)化； 具體方法為: Al、根據(jù)區(qū)域內(nèi)部各接入信道的業(yè)務(wù)請(qǐng)求參數(shù)，將參數(shù)轉(zhuǎn)換成加權(quán)系數(shù)對(duì)各公共接入信道的帶寬進(jìn)行加權(quán)； A2、按照網(wǎng)絡(luò)在均衡條件下總信道容量最大的分配原則，借助一種包含發(fā)送功率、節(jié)點(diǎn)距離、衰減因子的無(wú)線信道模型，分別計(jì)算各公共多接入信道的信道容量，并使得各公共多接入信道加權(quán)后相等，使公共多接入信道的功率分配優(yōu)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線中繼接入策略中功率分配的優(yōu)化方法，其特征在于:所述使信道容量最大的方法包括:對(duì)各中繼信道及各個(gè)中繼多接入信道的功率分配進(jìn)行優(yōu)化； 具體方法為: B1、對(duì)于接入公共節(jié)點(diǎn)的各中繼信道，按照中繼網(wǎng)絡(luò)在各節(jié)點(diǎn)速率均衡情況下總信道容量達(dá)到最大的原則，并且中繼信道容量等于A2中得到的對(duì)應(yīng)公共多接入信道的帶寬，借助一種包含發(fā)送功率、節(jié)點(diǎn)距離、衰減因子的無(wú)線信道模型，通過(guò)計(jì)算多節(jié)點(diǎn)中繼信道的信道容量，實(shí)現(xiàn)各中繼節(jié)點(diǎn)的功率分配優(yōu)化； B2、對(duì)于中繼信道上的每一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，又存在多個(gè)下級(jí)節(jié)點(diǎn)共同接入該節(jié)點(diǎn)而構(gòu)成了若干個(gè)中繼多接入信道；根據(jù)各下級(jí)節(jié)點(diǎn)接入中繼節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)帶寬請(qǐng)求參數(shù)，將參數(shù)轉(zhuǎn)換成加權(quán)系數(shù)對(duì)各中繼接入信道的帶寬進(jìn)行加權(quán)，然后按照網(wǎng)絡(luò)在均衡條件下總信道容量最大的分配方法，借助一種包含發(fā)送功率、節(jié)點(diǎn)距離、衰減因子的無(wú)線信道模型，分別計(jì)算中繼多接入信道的信道容量，并使得各接入信道加權(quán)后相等，并與該中繼信道的信道容量相符，從而進(jìn)行該中繼節(jié)點(diǎn)各個(gè)下級(jí)節(jié)點(diǎn)之間的中繼多接入信道的功率分配優(yōu)化； B3、重復(fù)過(guò)程B2，直到所有中繼鏈路及其各中繼節(jié)點(diǎn)的末級(jí)節(jié)點(diǎn)完成功率分配優(yōu)化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線中繼接入策略中功率分配的優(yōu)化方法，其特征在于:在所述步驟BI的多接入信道中，除了中繼信道外，還包括場(chǎng)景中的發(fā)送重要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)直接接入公共接入節(jié)點(diǎn)的信道，如果是這類信道，則直接跳過(guò)，信道計(jì)數(shù)器加I，對(duì)下一個(gè)信道執(zhí)行步驟BI。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線中繼接入策略的功率分配優(yōu)化方法，包括在物聯(lián)網(wǎng)局部區(qū)域內(nèi)多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線方式共用一個(gè)節(jié)點(diǎn)接入公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景中，采用一種衰減信道容量模型，以信道容量最大為優(yōu)化方法，對(duì)場(chǎng)景中的多接入信道和多節(jié)點(diǎn)中繼信道進(jìn)行功率分配聯(lián)合優(yōu)化。由于控制設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，本發(fā)明提出的這種功率優(yōu)化方法，具有快速簡(jiǎn)潔的優(yōu)勢(shì)，滿足物聯(lián)網(wǎng)上述場(chǎng)景中功率優(yōu)化的要求。
文檔編號(hào)H04W52/46GK103188785SQ20111046060
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者王成金, 付景林 申請(qǐng)人:北京大唐高鴻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司