协作通信中一种中继节点选择方案的设计

针对协作通信系统中源到中继及中继到目的两阶段的瞬时信道状态信息(CSI)影响系统整体误码率(BER)的问题,提出一种综合衡量两阶段信道系数的中继选择方案.首先,根据每个候选中继的CSI,比较源到中继及中继到目的的两阶段信道系数,选出两者中较差的信道状态;然后,按照较差的信道状态对候选中继排序,得到近似较优的中继节点集合;最后,从中选择两阶段信道系数之和最大者作为被选中继参与协作传输.仿真结果表明,当候选中继节点数为100及5,BER下降到10^-4及10^-5时,所提的中继选择方案与基于最优较差信道的中继选择方案、基于最近邻关系的中继选择方案相比,所需信噪比(SNR)分别降低了0.4 dB和0.2 dB.所提方案能够增加无线中继网络的信息传输范围,提高信息传输的可靠性.     

基于节点剩余功率的多中继选择算法

提出一种基于节点剩余功率的多中继放大转发协同节点选择算法,根据节点信道状态信息(CSI)和剩余能量信息对网络生存时间进行优化,使用加权函数和信道容量增益门限进行多协同节点选择。仿真结果表明,对于动态和固定功率分配,该算法选择三四个中继可使协同通信系统性能达到最优;相对基于CSI的单中继选择算法,当中继数为4时,其在动态功率分配时的网络生存时间最高可延长82%。     

基于认知流量的中继协作MAC机制

为了解决现有中继节点选取方法中,以信道状态信息作为中继节点的选取标准,忽略了节点业务的影响.在此基础上,提出了一种基于节点空闲时间的认知流量中继协作MAC (ITTC-MAC)机制.ITTC-MAC以节点等效数据传输速率作为中继节点的选取标准,建立和维护相关信息,动态选取最优的中继节点参与中继协作通信.NS2仿真结果表明,该机制可以有效提高网络的吞吐量.     

非理想CSI下全双工双向中继网络安全性能研究

针对目前物理层安全研究大多未考虑信道估计误差对安全性能的影响,研究基于非理想信道状态信息（Channel State Information,CSI）的全双工双向中继网络安全性能。假设系统中用户之间没有直连链路,且无法获取CSI;采用最优中继选择方案,选取最优中继将信号进行解码转发至目的端;根据最大最小原则推导出系统安全容量和保密中断概率（Secrecy Outage Probability,SOP）的表达式,进一步分析影响系统保密性能的主要因素,并对比全双工与半双工系统性能的差异。仿真结果表明,当中继节点处在用户间的中点位置时,系统保密性能最好;同时,减小信道估计误差、窃听链路的平均信噪比及剩余自干扰能够有效降低系统SOP,适当地增加中继数目可以获得更好的安全性能。     

基于超级节点MAC中继的复域分布检测非正交网络编码

为解决正交通信过程存在的数据发送等待问题,提出一种基于超级节点多接入信道（MAC）中继的复域分布检测非正交网络编码策略。首先,对经典正交信道分布检测技术进行介绍,并针对其存在的问题,使用中继MAC无线传感器网络,把复数域网络编码技术应用在无线传感器网络中,有助于实现协同分集降低信道衰落不利影响。其次,针对中继MAC复数域网络编码正交信道分布检测技术,基于传感器的虚警率和检测概率,提出结合网络符号差错概率的最大似然（ML）最佳传感器标签选择算法,降低误差概率,同时通过超级节点近似,获得中继功率和总发射功率的公平分配。仿真结果显示,该算法在非正交网络编码检测中,检测率指标可达到91.3%,而错误率指标仅为25.1%。实验结果表明,该算法可以有效地提高非正交网络编码算法在实际应用中的检测性能。     

基于误码率的快速中继选择算法

针对协作网络中的中继选择算法的最优性与运算效率的矛盾问题,在放大转发(AF)协作网络中,提出一种基于误码率的快速中继选择算法。该算法先在等功率条件下,根据信道统计特性及系统误码率,引入一个等效信道增益参数,该参数反映了在协作通信过程中,源节点到中继节点以及中继节点到目的节点两个阶段的信道特性。然后将该参数降序排列,以当前信噪比(SNR)为门限,在等功率条件下选择中继节点集合,使系统的误码率最小。并结合次优功率分配,进一步降低系统的误码率。仿真结果表明,该算法能够取得和穷举算法相似的性能,但计算复杂度至少降低到穷举算法的1/20,且随着中继节点数的增加计算复杂度更进一步降低。同时,仿真结果还表明该中继选择算法的误码率性能优于所有中继节点参与转发（AP-AF）及预先选择一个最优中继节点转发数据（S-AF）算法。     

基于能量收集技术的无线协作网络中继选择

针对目前能量收集技术能够收集到的可用能量受限,导致无线协作网络中继节点处易出现能量短板的问题,为了避免整个网络因中继节点大量死亡而瘫痪,提出了一种基于能量收集技术的无线协作网络中继选择方案,即联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案。首先,基于节点的能量收集状况,选出每跳中能量最大的节点进行解码转发;然后,结合每连续两跳的链路传输状态,选出与源节点和目的节点之间的数据传输信道最优者作为中继节点。结合Nakagami-m信道衰落模型,将该方案与随机选择方案、最大数据链路信道增益(MaDs)方案和基于中继-窃听链路最小信道增益(BNBF)方案进行对比分析,结果表明:在满足收集的能量足够用于下一时隙能量收集和数据传输的前提下,用于能量收集的比例越小,网络中断概率越小;联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案在网络中断性能方面优于其他方案,其中断概率随信噪比的增大而减小,特别是当平均信噪比为38dB时,网络中断概率降到10^-5。     

改进的WiMAX中继选择算法研究

针对802.16j 的移动多跳中继网络提出一种基于路径损耗和SINR的中继选择算法。该算法通过计算每条传输链路的路径损耗,选出路径损耗之和最小的2个中继站,比较这2个中继站与移动终端之间接入链路的SINR,将具有最大接入链路SINR值的中继站作为最优中继来改善移动终端的服务质量。对系统性能指标进行仿真分析,结果表明该算法可以有效降低中断概率和提高网络的稳健性。     

基于机会式中继传输策略的安全性能分析

针对无线通信过程中信息被非法用户窃听的问题,提出一种基于最佳中继选择的安全传输策略。首先,在源节点处整合了预先设计的人工噪声与有用信息,通过最佳中继选择算法选择最佳中继对接收到的信息进行转发;其次,推导出系统的安全容量、中断概率以及拦截概率;最后,利用安全性与可靠性折中的性能来确定最佳的中继个数。理论分析和实验仿真结果表明,与传统没有加入人工噪声的系统模型相比,该系统的性能提升可以明显通过增加中继节点来实现。     

无线协作网络中的能量有效性中继选择算法

研究了无线协作网络中的中继选择问题,允许中继具有缓存数据的能力,提出了一种带有buffer的能量有效性中继选择算法,以延长网络生命周期并提高系统吞吐量。该算法综合考虑链路信息,中继的队列状态以及节点的剩余能量信息,通过加权效用公式选择最优接收数据中继与最优发送数据中继。考虑源节点与中继节点间的功率分配,以降低因源节点到中继节点以及中继节点到目的节点间的信道速率不一致所引起的系统丢包率。仿真实验结果表明,该算法有效地延长了网络的生命周期,随着中继个数的增加网络吞吐量有明显的提高,考虑功率分配后,有效降低了系统丢包率。     

多中继协作空间调制的中继选择及性能分析

针对多中继协作空间调制（SM）系统中的中继选择问题,提出一种基于中继节点位置的选择方案,并将该方案应用于系统中,对系统的误比特率（BER）性能进行了分析。该系统在源节点使用SM技术,每一时隙仅激活一根发射天线,并基于中继节点的位置信息,在全部中继中选择最接近源节点和目的节点间中点的一个放大转发（AF）中继进行转发。运用矩生成函数法推导了该系统在瑞利衰落信道下成对错误概率的解,并由此给出了系统的理论BER。仿真结果表明,与随机选择和循环转发中继的方法相比,该中继选择方法能够在系统中获得更好的BER性能。     

一种联合多信道分配决策的认知Mesh系统数据传输优化算法

在认知Mesh系统进行数据传输的过程中,为了提高数据包投递成功率及网络的吞吐量,减少网络延迟时间,提出一种联合多信道分配决策的认知Mesh系统数据传输优化算法(JCWN)。针对信道的干扰问题,建立了认知Mesh系统的干扰无向图,分析节点链路的网络干扰电平。在节点的路由请求阶段通过提出基于信道干扰电平的路由指标函数,并通过权重阈值来为节点链路分配干扰较小的信道。在路由选择上,联合多路由算法计算每条路由路径的信道干扰程度,为了保障节点传输数据的成功率而选择干扰程度更小的路由。实验仿真结果表明,在数据包投递成功率上,该算法相比POC算法以及基于RL的算法提高了20%以上,在提高网络吞吐量,减少延迟时间上也表现出了更好地效果。     

Secrecy outage performance for wireless-powered relaying systems with nonlinear energy harvesters

We consider a cooperative system consisting of a source node, a destination node, N (N >1) wireless-powered relays, and an eavesdropper. Each relay is assumed to be with a nonlinear energy harvester, in which there exists a saturation threshold, limiting the level of the harvested power. For decode-and-forward and power splitting protocols, the Kth best relay is selected to assist the source-relay-destination transmission. An analytical expression for the secrecy outage probability is derived, and also verified by simulation.     

SR门限中继选择算法研究

中继选择是协作通信领域的关键问题,尤其对于电池供电能量有限的无线移动设备。与基于两跳瞬时信道信息的中继选择算法不同,介绍了一种基于源到中继信道信息的SR门限比较算法。该算法在中继节点设置合适的信噪比门限,将源和多个中继节点的信噪比与门限值比较,选择出最优中继进行传输。在该算法的基础上,理论分析了最优中继及目的节点处的输出信噪比,仿真结果表明该算法可以获得与基于两跳瞬时信道信息算法相近的性能。但由于中继只需考虑自身和源节点之间的瞬时信道状态,所以中继的功耗大大减小,算法的复杂性降低。     

Multi-user rate and power analysis in a cognitive radio network with massive multi-input multi-output

This paper discusses transmission performance and power allocation strategies in an underlay cognitive radio (CR) network that contains relay and massive multi-input multi-output (MIMO). The downlink transmission performance of a relay-aided massive MIMO network without CR is derived. By using the power distribution criteria, the k^th user’s asymptotic signal to interference and noise ratio (SINR) is independent of fast fading. When the ratio between the base station (BS) antennas and the relay antennas becomes large enough, the transmission performance of the whole system is independent of BS-to-relay channel parameters and relates only to the relay-to-users stage. Then cognitive transmission performances of primary users (PUs) and secondary users (SUs) in an underlay CR network with massive MIMO are derived under perfect and imperfect channel state information (CSI), including the end-to-end SINR and achievable sum rate. When the numbers of primary base station (PBS) antennas, secondary base station (SBS) antennas, and relay antennas become infinite, the asymptotic SINR of the k^th PU and SU is independent of fast fading. The interference between the primary network and secondary network can be canceled asymptotically. Transmission performance does not include the interference temperature. The secondary network can use its peak power to transmit signals without causing any interference to the primary network. Interestingly, when the antenna ratio becomes large enough, the asymptotic sum rate equals half of the rate of a single-hop single-antenna K-user system without fast fading. Next, the PUs’ utility function is defined. The optimal relay power is derived to maximize the utility function. The numerical results verify our analysis. The relationships between the transmission rate and the antenna number, relay power, and antenna ratio are simulated. We show that the massive MIMO with linear pre-coding can mitigate asymptotically the interference in a multi-user underlay CR network. The primary and secondary networks can operate independently.     

基于MABC的中继系统资源分配策略

针对MABC的中继系统,对资源配置策略的优化问题进行研究,并将功率分配问题和中继选择问题相结合。基于此,提出了一种存在干扰情况MABC模型的多中继系统资源分配策略（IS-MABC-OPOR）。考虑双向中继系统干扰信号对其传输性能的影响,以通信链路信道容量最大化为优化目标,利用拉格朗日方法,对通信链路上的各节点进行了最优功率分配和最佳中继选择,给出了通信链路信道容量最大意义下的资源分配数学表达式。仿真结果表明,该链路的信道容量受中继节点位置以及链路总功率的制约,相比于等功率分配方案（EPA）、随机功率分配方案（RPA）和在所提方案的基础上加大干扰信号的信道增益,IS-MABC-OPOR方案有效提高了系统的信道容量,从而实现资源能够满足更高速率的业务传输需求。     

基于应用层流量优化的中继路径选择方案

基于网络层路由协议的缺省单一路径难以满足高带宽应用的端到端传输需求,多径传输是一种有效方式。在基于应用层中继的多径传输系统的基础上,提出基于应用层流量优化的中继路径选择方案：借助于应用层流量优化机制,提出中继路径选择过程中遵循的规则,提出基于运营商定义域的最优中继路径生成算法,为数据传输分配优质的中继路径,同时在运营商定义域之间以及中继服务转发器之间保持负载均衡。仿真结果表明,提出的方案在选择优质中继路径方面具有较优性能,同时能够灵活地均衡运营商定义域之间的负载。     

基于长延时信道的水下传感器网络中继选择及功率分配优化算法

针对水下传感器网络(UWSN)中水声信道衰落特性随时间-空间-频率随机变化的特点,在此提出利用中继协作网络获得分集增益从而提高水下网络通信质量的水下协作网络模型。基于该协作模型,提出了一种基于信道增益和信号延时双指标最佳中继评价标准,并提出了基于该标准的最佳中继选择算法与基于最小误比特率准则的功率分配算法。仿真结果表明,相比于传统最佳中继选择算法,传输延时降低约16.7%;相对于等功率分配,该算法在典型场景下使误比特率降低1.81dB。     

A secure multi-hop relay node selection scheme based data transmission in wireless ad-hoc network via block chain

In today’s scenario, data transmission is established through the single or multi-hop relay nodes in Wireless Ad-Hoc Networks (WANET). Traditional relay node selection techniques undergo collusion attacks, increased energy consumption, delay, and reduced network lifetime. To cope with these problems, we propose a Quantum Atom Search Optimization coupled with Blockchain aided Data Transmission (QASO-BDT) scheme for a relay node selection with security aided data transmission. This approach comprises three phases such as registration, clustering, and transmission. Initially, in the node registration phase every sensor node gets registered in the blockchain network through Capillary Gateway (CG). Next, in the clustering phase, a CH is selected and an enhanced multi-view clustering model is used to cluster the nodes into several clusters. Finally, the multi-hop transmission phase assists in best relay node selection for multi-hop transmission using QASO, and the blockchain-based transaction is carried out to ensure security in the system. The proposed scheme is simulated in the MATLAB platform and achieves a result of 91.5% throughput, the reduced energy value of 40%, end to end delay of 20.6%, and the exhaustion of node is 1% which results in an increased lifetime of the nodes. Also, security is evaluated in comparison with other traditional methods.

     

MIMO系统中的最优中继选择方案

研究多输入多输出中继系统中基于放大转发协议的最优中继选择方案,推导出中断概率和平均信道容量的闭式表达式,并对不同中继节点数时的中断概率和平均信道容量进行仿真。结果表明,该方案可以有效降低系统中断概率,且随着中继节点数的增多,系统平均信道容量优于直接传输方案。