一種水下傳感器網絡協(xié)作通信中繼選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于數字通信【技術領域】，涉及一種水下傳感器網絡協(xié)作通信中繼選擇方法，該方法針對水下環(huán)境特性，綜合考慮中繼節(jié)點信道性能和傳輸延時兩方面的因素，其中中繼節(jié)點信道性能評估標準用源-中繼、中繼-目的間信道的瞬時功率增益的調和平均數表示，傳輸延時用源節(jié)點和中繼節(jié)點的信息到達目的節(jié)點的時間差來衡量，然后在兩者之間取折衷，根據此指標來選一個最佳中繼節(jié)點。本發(fā)明的中繼選擇方法，非常適用于水下傳感器網絡中。
【專利說明】一種水下傳感器網絡協(xié)作通信中繼選擇方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及水下無線傳感器網絡協(xié)作通信【技術領域】，具體的講是一種通過中繼節(jié)點信道性能指標和傳輸延時指標雙重決定的中繼節(jié)點選擇方法。
【背景技術】
[0002]近年來，水下傳感器網絡在海洋數據收集、污染監(jiān)測、災難預警、海上探測、援助導航以及戰(zhàn)略監(jiān)測等方面的應用越來越廣泛，水下通信技術也日益受到重視。由于電磁波在水下衰減太快，所以聲波是人類迄今為止發(fā)現的最適宜在水下遠距離傳播的能量形式。
[0003]水下通信環(huán)境十分復雜，水聲信道特性參數隨著時一空一頻的變化而隨機變化，水下環(huán)境噪聲高、帶寬窄、傳輸時延大等不利因素使得水下通信傳輸誤碼率高、速率低等問題難以解決。為了提高水下通信質量，盡量降低信道衰落的影響，我們可以采用中繼協(xié)作通信方式，使得單天線用戶可以通過中繼節(jié)點的協(xié)作發(fā)送信息，既克服了信道衰落嚴重問題，又能獲取分集增益。
[0004]在協(xié)作通信系統(tǒng)中，中繼節(jié)點的選擇是一個關鍵問題，在中繼節(jié)點協(xié)助源節(jié)點傳輸數據信息之前，先根據一定的條件選擇出最佳中繼節(jié)點是非常有必要的，因為這樣可以節(jié)省很多能量，避免源節(jié)點給所有中繼節(jié)點發(fā)送數據信息，同時選擇出一個最佳中繼節(jié)點又可以獲得非?？捎^的分集增益。
[0005]雖然中繼選擇算法在陸地無線通信中和認知無線網絡中已有很多應用，但是因為水下環(huán)境的特殊性和復雜性，很多陸地無線網絡的技術不能直接運用在水下環(huán)境中，我們需要在原有技術中考慮并加入水下環(huán)境的特殊性因素。一方面，采用中繼節(jié)點進行協(xié)作的目的就是為了降低源節(jié)點和目的節(jié)點之間的信道衰落，故此中繼節(jié)點選擇首要標準就是中繼節(jié)點的信道特性要好；另一方面，由于UWSN中采用聲波進行通信，而聲波在水中的速度約為1500m/s，這比陸地無線網絡中電磁波的速度要低5個數量級，所以水下聲通信的通信傳輸延時不可忽略不計。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明參考陸地無線網絡中和認知網絡中協(xié)作中繼節(jié)點的選擇算法，并考慮水下環(huán)境的復雜性和特殊性，提出了在水下聲學無線傳感器網絡中適用的中繼節(jié)點選擇算法，在中繼節(jié)點選擇的時候綜合考慮中繼節(jié)點信道性能和傳輸延時兩個因素。本發(fā)明的技術方案如下:
[0007]—種水下傳感器網絡協(xié)作通信中繼選擇方法，該方法針對水下環(huán)境特性，綜合考慮中繼節(jié)點信道性能和傳輸延時兩方面的因素，其中中繼節(jié)點信道性能評估標準用源-中繼、中繼-目的間信道的瞬時功率增益的調和平均數表示，傳輸延時用源節(jié)點和中繼節(jié)點的信息到達目的節(jié)點的時間差來衡量，然后在兩者之間取折衷，根據此指標來選一個最佳中繼節(jié)點。
[0008]作為優(yōu)選實施方式，步驟如下:[0009]I)所有的候選中繼節(jié)點向源節(jié)點和目的節(jié)點發(fā)送一個含有發(fā)送功率P1和發(fā)送時間h的數據包,源節(jié)點也向目的節(jié)點發(fā)送此種數據包，各節(jié)點在t2時刻收到該數據包,接收功率為P2，接收到此種數據包的源節(jié)點或者目的節(jié)點，求解與發(fā)送節(jié)點之間的通信距離I =νχα2-^，ν是聲波傳播速度，并計算信道增益H = hl_° 二匕/^其中α是信道衰落指數(一般取1.5)進而算出信道衰落系數h。
[0010]2)各接收節(jié)點會向相應的發(fā)送節(jié)點反饋一個信息包，包中包含上步計算出的通信距離I和信道衰落系數h ;各中繼節(jié)點可以得知自身到源節(jié)點和目的節(jié)點的距離Ui和Irii以及相應的信道衰落系數hOTi和bdi，源節(jié)點得知自身到目的節(jié)點的距離Isd以及源-目的節(jié)點間信道衰落系數hsd，并將得到的這些系數反饋給源節(jié)點；
[0011]3)源節(jié)點計算各中繼節(jié)點的信道性能的評估值，用源-中繼、中繼-目的間信道的
瞬時功率增益的調和平均數
【權利要求】
1.一種水下傳感器網絡協(xié)作通信中繼選擇方法，該方法針對水下環(huán)境特性，綜合考慮中繼節(jié)點信道性能和傳輸延時兩方面的因素，其中中繼節(jié)點信道性能評估標準用源-中繼、中繼-目的間信道的瞬時功率增益的調和平均數表示，傳輸延時用源節(jié)點和中繼節(jié)點的信息到達目的節(jié)點的時間差來衡量，然后在兩者之間取折衷，根據此指標來選一個最佳中繼節(jié)點。
2.根據權利要求1所述的水下傳感器網絡協(xié)作通信中繼選擇方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)所有的候選中繼節(jié)點向源節(jié)點和目的節(jié)點發(fā)送一個含有發(fā)送功率P1和發(fā)送時間h的數據包，源節(jié)點也向目的節(jié)點發(fā)送此種數據包，各節(jié)點在t2時刻收到該數據包，接收功率為P2，接收到此種數據包的源節(jié)點或者目的節(jié)點，求解與發(fā)送節(jié)點之間的通信距離I =νχα2-^，ν是聲波傳播速度，并計算信道增益H = hl_° =P2/Pl，其中α是信道衰落指數(一般取1.5)進而算出信道衰落系數h。 2)各接收節(jié)點會向相應的發(fā)送節(jié)點反饋一個信息包，包中包含上步計算出的通信距離I和信道衰落系數h ;各中繼節(jié)點可以得知自身到源節(jié)點和目的節(jié)點的距離Ish和U以及相應的信道衰落系數hsH和h#，源節(jié)點得知自身到目的節(jié)點的距離Isd以及源-目的節(jié)點間信道衰落系數hsd，并將得到的這些系數反饋給源節(jié)點； 3)源節(jié)點計算各中繼節(jié)點的信道性能的評估值，用源-中繼、中繼-目的間信道的瞬時功率增益的調和平均數
3.根據權利要求2所述的水下傳感器網絡協(xié)作通信中繼選擇方法，其特征在于，信道衰落指數α —般取1.5。
【文檔編號】H04W48/20GK103686948SQ201310740093
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權日:2013年12月23日
【發(fā)明者】金志剛, 劉自鑫, 張博林, 蘇毅珊 申請人:天津大學