專利名稱：無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線中繼網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作通信領(lǐng)域，具體涉及一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前的無線中繼網(wǎng)絡(luò)中，中繼節(jié)點(diǎn)的能量往往是有限的，那么在無法預(yù)知數(shù)據(jù)流的情況下確保每一份消耗的能量都能夠物盡其用將是一件必要而且很有意義的事情。目前，無線中繼網(wǎng)絡(luò)的廣播特性使得安全傳輸日益得到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)物理層安全理論知識(shí)告訴我們，在竊聽信道存在的條件下，若想安全傳輸信息，那么就必須要保證源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)要優(yōu)于源節(jié)點(diǎn)與竊聽節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)。已有的針對提高無線網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間鏈接安全性的手段從本質(zhì)上講都是在以最大的努力去提高目的節(jié)點(diǎn)處的信噪比同時(shí)降低竊聽節(jié)點(diǎn)處的信噪比?；诖搜由斐龇糯筠D(zhuǎn)發(fā)策略、解碼轉(zhuǎn)發(fā)策略以及協(xié)作干擾策略。當(dāng)前無線中繼網(wǎng)絡(luò)安全、節(jié)能方面的研究，由于源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)鏈路內(nèi)信號(hào)的傳遞需要依靠能量的緣故，雖然也都同時(shí)涉及到源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)鏈路安全容量與系統(tǒng)內(nèi)能量消耗，但是常常僅僅是在約束節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率的條件下去推導(dǎo)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)間鏈路安全容量的最大值，或者在約束安全容量為一定值的條件下來推導(dǎo)計(jì)算配置節(jié)點(diǎn)的最小功率，鮮有將安全容量與系統(tǒng)能量消耗兩者在無約束條件下同時(shí)進(jìn)行研究的案例。而且，已有的針對安全容量的理論研究大 多是在單一性質(zhì)節(jié)點(diǎn)(中繼節(jié)點(diǎn)或者干擾節(jié)點(diǎn))下提出協(xié)作方案，這樣的做法不能完全地使中間節(jié)點(diǎn)的作用發(fā)揮到最大。此外，已有的同時(shí)考慮安全容量和能量消耗的因素的中繼選擇方案只是分析了不同因素權(quán)值配比對于最終性能的影響，而沒有給出兩者均衡的確切解決方案。因此，針對以上不足，本發(fā)明提供了一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )解決的技術(shù)問題針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法，針對無線中繼網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)給出中繼節(jié)點(diǎn)與干擾節(jié)點(diǎn)聯(lián)合優(yōu)化的策略，并基于該策略給出系統(tǒng)單位能量消耗所對應(yīng)的等效安全容量最大化的精確表達(dá)，使每一份能量都能得到最大的使用價(jià)值。( 二 )技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法，包含以下步驟:S1、將源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)安全容量值約束為定值sc_ ；S2、根據(jù)所述SC_同時(shí)采用波束成形技術(shù)得到干擾節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)，即包含ρ的函數(shù)I ι%ι I2min;根據(jù)所述sc_得到中繼節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)，即包含ρ的函數(shù)
I wr 112min ；S3、將步驟S2得到的干擾節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)I I2min與中繼節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函
權(quán)利要求
1.一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，包含以下步驟: S1、將源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)安全容量值約束為定值sc_； S2、根據(jù)所述SC_同時(shí)采用波束成形技術(shù)得到干擾節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)，即包含ρ的函數(shù)I |w」I2min ;根據(jù)所述sc_得到中繼節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)，即包含ρ的函數(shù)I wr 112min ； S3、將步驟S2得到的干擾節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)I|%| I2min與中繼節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)I M I2min求和，得到系統(tǒng)最小能量消耗函數(shù)Dp。.;根據(jù)包含-ρ的系統(tǒng)最小能量消耗函數(shù)Dp.計(jì)算得到使Dp.取得最小值P1=時(shí)對應(yīng)的極值點(diǎn) S4、根據(jù)S3所述的極值點(diǎn)ρ5 ω,代入Dpower計(jì)算得到系統(tǒng)總的能量消耗最小值PjfnL
2.權(quán)利要求1所述的一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于步驟S2采用波束成形技術(shù)，使得
3.權(quán)利要求2所述的一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于:步驟S2中通過定值與正交約束條件下求解干擾節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)11 W」I2fflin, 計(jì)算干擾節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)，即包含e的函數(shù)11%| I2min的公式為:
4.如權(quán)利要求1所述的一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S2中通過特征值方法得到中繼節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)，即包含e的函數(shù)I wr 112min ； 計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)，即包含ρ的函數(shù)I I^l I2min的公式為:
5.如權(quán)利要求1所述的一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S3中系統(tǒng)最小能量消耗a數(shù)Dpotot表達(dá)式為:
6.權(quán)利要求5中所述的一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于步驟S3中計(jì)算極值點(diǎn)ρ5 0的過程為:對所述Dpotct以6為自變量求一階導(dǎo)數(shù)，即
7.權(quán)利要求1所述的一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于步驟S5中計(jì)算系統(tǒng)能量消耗的最小值為:
8.如權(quán)利要求1所述的一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S4后還包含S5，釋放步驟SI中約束的安全容量，計(jì)算所述安全容量與步驟S4中系統(tǒng)總的能量消耗最小值的比值作為系統(tǒng)能耗的效率函數(shù)Rse。
9.如權(quán)利要求8所述的一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，計(jì)算所述系統(tǒng)能耗的效率函數(shù)Rse表達(dá)式為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全容量與能量消耗的聯(lián)合優(yōu)化方法，涉及無線中繼網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通信領(lǐng)域。包含步驟將源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)安全容量值約束為SCcon；根據(jù)所述SCcon同時(shí)采用波束成形技術(shù)得到干擾節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)；根據(jù)所述SCcon得到中繼節(jié)點(diǎn)最小能量消耗函數(shù)；得到系統(tǒng)最小能量消耗函數(shù)Dpower；得到使Dpower取得最小值的極值點(diǎn)得到系統(tǒng)的最小能量消耗值釋放約束的安全容量，計(jì)算系統(tǒng)能耗的效率函數(shù)RSE；本發(fā)明給出中繼節(jié)點(diǎn)與干擾節(jié)點(diǎn)聯(lián)合優(yōu)化的策略，得到系統(tǒng)單位能量消耗所對應(yīng)的等效安全容量最大化的精確表達(dá)，使每一份能量都能得到最大的使用價(jià)值，有效解決了單一竊聽節(jié)點(diǎn)下無線中繼網(wǎng)絡(luò)中安全性與能量效率的平衡問題。
文檔編號(hào)H04W52/02GK103227997SQ20131011241
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者王莉, 宋梅, 馬躍, 滕穎蕾, 張勇, 馬鑫, 劉洋, 魏翼飛, 滿毅, 都晨輝, 馮瑞軍 申請人:北京郵電大學(xué)