能量捕获无线多跳网络中功率分配及中继选择策略的研究

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无线移动通信网络的蓬勃式发展在不断满足移动用户日益增长的需求的同时也给网络的能源消耗带来了巨大的问题。随着人类环境意识和经济意识的提高,能量消耗已经成为未来信息通信产业亟待解决的问题之一。与此同时,能量捕获技术作为一种新型的绿色能量获取方式技术,是当前移动通信领域降低网络能耗、提高通信系统生命时长重要实现手段。本文研究的课题即是面向能量捕获无线多跳网络中的的功率分配和中继选择等问题。针对能量捕获认知无线传感器网络中的功率分配问题,本文使用新型的认知用户时间转换模型,并以网络能效为研究目标,提出了基于非合作博弈和最适反应算法的功率分配方案。该方案基于传统的时间转换中继选择策略(TSR),结合认知网络中次用户的特点,提出新型的认知用户时间转换模型,并把功率分配问题归结为非合作博弈问题。其研究目标为最大化每个传感器节点的能效,从而最大化系统总能效。通过对纳什均衡唯一解的证明,使用最适反应算法,求解出最优能量捕获系数解,并分析了能量捕获效率、频谱感知功率、认知用户个数等参数对系统最优解及目标函数的影响,仿真结果验证了该算法可以大幅度提升系统能效,增大绿色能源利用率,减少网络能耗。同时,本文对异构绿色中继增强网络中的中继选择问题做出研究,首先设定了一个多源节点、多中继、多目的节点的双向拍卖市场,在这个双向拍卖的博弈过程中,把宏基站视作拍卖商,源节点视为买方,而中继节点视为卖方,给出相应的源节点报价与中继节点要价模型,又根据经济学中的加成定价法,引入源节点剩余能量与中继节点基于时间转换模型中的时间转换系数两个参数。随后提出三种不同的拍卖策略,分别以最大化可以获得中继服务的源节点数量、最大化系统总吞吐量和最大化绿色中继总收入为拍卖目标,使用改进后的匈牙利算法对三种不同情况下的配对问题进行求解。最后通过MATLAB仿真分析了不同拍卖策略下的系统性能,以及不同影响因素对配对数和系统总容量的影响,对现实有一定的指导意义。
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