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浅析无线传感网两种中继选择策略的中断概率

 摘 要: 无线传感网发射功率受限,采用中继通信的方式可以扩展通信覆盖区域,中继选择是其关键技术之一。不同的中继选择策略会对中断概率产生不同的影响,其一是选择候选集合中的所有节点作为中继节点,其二是选择候选节点中的信噪比最大的节点作为中继节点。为了比较这两种中继选择策略的性能,推算了两种策略下的中断概率闭合表达式,并进行数值分析。结果表明,在不考虑功耗平衡的前提下,策略二的性能优于策略一。
  关键词:协同通信; 中继选择; 中断概率; 最佳中断
   
  utage prbability analysis f t relay seletin shees in ireless sensr netrk
  liu lei, tang yan
  (nanjing llage f infratin tehnlgy, nanjing 210046, hina)
  abstrat: ireless sensr netrks are alays nstrained by transissin per, therefre relay uniatin is ften used t expand verage, the seletin f relay is ne f key tehnlgies in relay uniatin. different relay seletin shees generate different influenes n utage prbability, the 1st shee selets all ndes f the andidate ndes, the 2nd ne selets the nde ith the highest snr. the lse fr frulae f the t shees are derived and analyzed nuerially. the results indiate that the 1st shee utperfrs the 2nd ne ithut nsideratin f per nsuptin balane.
  keyrds: perative uniatin; relay seletin; utage prbability; best relay
  收稿日期:2010-06-11
  基金项目:南京信息职业技术学院2010年科研基金资助
  0 引 言
  无线传感网的各传输节点发射功率是严格受限的,因此,通常采用中继通信的方式扩展网络覆盖区域,中继选择是其关键技术之一。具有中继选择功能的协同式中继,通过用户之间共享天线而引入空间分布,从而有效对抗高工作频段的路径损耗,显著提高传输的可靠性和有效性,即系统吞吐量[1-2]。中继选择是指如何在众多的中继用户中选择一个或者若干个中继来协助传输。不同的中继选择策略会对系统性能产生不同的影响[3-4],文献[5-7]分别对不同中继选择策略下的端到端误码率、系统容量和功率消耗等因素进行了分析,并提出以最小化系统中断概率为目标的最优和次最优功率分配算法。本文主要分析两种中继选择策略下的中断概率,并通过数值分析及仿真进行比较。
  1 系统模型
  1.1 中断概率
  设无线传感网链路,γ为瞬时信噪比,(γ) 表示链路容量,p(γ)表示信噪比概率分布密度,r为单位带宽要求的速率, 当链路满足r>(γ)=lg2(1+γ)时就会产生中断事件,其概率分布取决于链路的平均信噪比及其信道衰落分布模型。实际中信道满足瑞利快衰落的情况,即信道瞬时信噪比满足参数为1/γ的指数分布(γ为经过快衰后的平均信噪比)。此时的中断概率put可表示为:
  put=∫2r-10p(γ)dγ=∫2r-101γexp-γγdγ
  =1-exp-2r-1γ
  (1)
  
  上面的结果只适用于单条链路时的中断概率计算, 实际情况中,常会出现如图1所示[8]的中继通信结构。在图1中,假设源到目标之间无视距链接,则目标收到的是多个中继节点发送的信号,这种情形下的中断概率计算将是多重的概率积分,其积分可以表示如下:
  put,i=∫f…∫∏j∈sip(rj)drj
  (2)
  式中:si是中继被选择的概率集合。f表达式可以表示为:
  fnls≡{1+∑j∈sirj<2αr}
  (3)
  式中:α=(|si|+1);si为第i个源节点的协同中继集合。当中继个数增多时,中断概率的有效积分区域增大。因此,为了使中断概率最小,应选择一组协同中继集合:
  si=argindi(s)put,i(si)
  (4)
  

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浅析无线传感网两种中继选择策略的中断概率

摘 要: 无线传感网发射功率受限,采用中继通信的方式可以扩展通信覆盖区域,中继选择是其关键技术之一。不同的中继选择策略会对中断概率产生不同的影响,其一是选择候选集合中的所有节点作为中继节点,其二是选择候选节点中的信噪比最大的节点作为中继节点。为了
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