申请/专利权人：杭州电子科技大学

申请日：2021-12-31

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN114302476B

主分类号：H04W40/22

分类号：H04W40/22;H04W52/18;H04W52/24;H04W52/26;H04K3/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2022.04.26#实质审查的生效;2022.04.08#公开

摘要：本发明实施例提供一种无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法及装置，所述方法包括：将消息传输过程分为两个时隙，并将第一时隙分为两个阶段，确定对应的消息速率公式以及中继节点接收到的能量公式，进而确定干扰信号的干扰功率的函数；以平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型；在优化模型中，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式；推导得到发送者发送功率与中继信任度、干扰信号属性间的约束关系，结合约束关系，确定发送需求对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性。采用本方法能够从已知信任度的中继集合中找到最佳的中继，并获得中继节点的干扰信号发送功率以及发送者的干扰信号发送时长。

主权项：1.一种无线携能网络基于信任度的节能中继选择方法，其特征在于，包括：获取当前网络的基本配置信息，所述基本配置信息中包含发送者发送功率；将消息传输过程分为由发送者发送至中继节点的第一时隙以及中继节点发送至接收者的第二时隙，并将所述第一时隙分为两个阶段，在前一阶段中，发送者发送能量信号至中继节点，在后一阶段中，发送者发送消息信号且中继节点通过在前一阶段中收集到的能量信号发送干扰信号，在第二时隙中，中继节点发送信息信号至接收者时，持续发送所述干扰信号；根据所述第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合所述基本配置信息，得到对应的消息速率公式以及所述中继节点接收到的能量公式，根据所述消息速率公式及能量公式，计算所述中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，所述消息速率公式包括第一时隙中中继节点及窃听者接收到的消息速率公式和第二时隙中接收者及窃听者接收到的消息速率公式；设置中继节点的中继信任度，结合所述消息速率公式，得到平均保密速率，并以所述平均保密速率、干扰功率、中继信任度为约束建立对应的优化模型；在所述优化模型中，以所述干扰功率最小为目标，分别以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式；根据所述中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到所述发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，所述干扰信号的属性包括干扰信号的发送功率、干扰信号的发送时长；获取实际信息信号发送需求，根据所述发送需求获取对应的实际发送功率以及中继节点的信任度集合，结合所述约束关系，确定所述实际发送功率对应的最佳中继节点及实际干扰信号的属性；所述根据所述第一时隙和第二时隙的信号发送时序，结合所述基本配置信息，得到对应的消息速率公式，包括：在所述第一时隙中，发送者发送信息至中继节点i，中继节点i接收到的消息速率为： 其中，Rsi为中继节点i接收的消息速率，Ps为发送者发送信息至中继节点i的功率，gsi为发送者和中继节点i之间的信道系数，为中继节点i处的加性高斯白噪声的方差；在所述第一时隙中，发送者发送信息至中继节点i，窃听者接收到的消息速率为： 其中，ye1为窃听者接收的消息速率，gse为发送者和窃听者之间的信道系数，gie为中继节点i和窃听者之间的信道系数，x2为发送者发送的信息信号，ne为窃听者处的加性高斯白噪声；在所述第二时隙中，中继节点i发送信息至接收者，接收者接收到的消息速率为： 其中，Rid为接收者接收的消息速率，gid为中继节点i和接收者之间的信道系数，为接收者处的加性高斯白噪声的方差；在所述第一时隙中，中继节点i发送信息至接收者，窃听者接收到的消息速率为： 其中，ye2为窃听者接收的消息速率，xc为中继节点i发送的信息信号，xj为中继节点i发送的干扰信号；根据所述消息速率公式及能量公式，计算所述中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数，包括：计算在第一时隙和第二时隙中，窃听者窃听到的总消息速率为： 其中，σe为窃听者处的加性高斯白噪声的方差；中继节点i接收到的能量信号的能量公式为：W＝ηγTPsgsi其中，W为中继节点i接收到的能量，η为能量转化效率，T为第一时隙的时长，γT为第一时隙中前一阶段的时长，γ为第一时隙中的分割系数；将中继信号i发送干扰信号的时长t与所述窃听者窃听到的总消息速率的公式及能量公式结合，得到中继节点发送干扰信号的干扰功率的函数： 所述设置中继节点的中继信任度，结合所述消息速率公式，得到平均保密速率，包括：将中继节点i的信任度设置为αi，中继节点i以概率αi转发发送者的信息至接收者，接收者接收信息的平均保密速率为αi[minRsi，Rid-Re]；所述优化模型，包括：所述优化模型包含的三个约束条件分别包括：约束1：约束2：Pij≤1约束3：0≤αi≤1其中，约束1为平均保密速率约束，为平均保密速率的下限；约束2为干扰功率约束；约束3为中继信任度约束；所述以中继节点接收信息信号的消息速率大于接收者接收信息信号的消息速率、中继节点接收信息信号的消息速率小于接收者接收信息信号的消息速率为条件，综合计算得到中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式，包括：所述优化模型的条件公式为： 根据所述条件公式，得到中继信任度公式： 进而确定中继节点i中干扰功率的取值范围： 令得到干扰功率的计算公式： 当0≤PL≤1时，得到中继信任度的条件公式： 且根据所述中继信任度的条件公式、干扰功率的计算公式及干扰功率的函数，推导得到所述发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系，包括：根据所述干扰功率的函数及干扰功率的计算公式得到第一时隙中的分割系数表达式： 转化分割系数表达式得到： 令结合中继信任度的条件公式以及干扰功率的计算公式，推导发送者发送功率与中继信任度、干扰信号的属性间的约束关系。

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