本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及無線EH網絡中基于能量優先和節點分類的數據與能量協作傳輸方法。
背景技術：
人們對無線網絡能量消耗的日益關注以及地球溫度的升高促使人們研發能量效率更高的通信技術。從可再生能源如太陽能、風能、熱能和射頻(radio frequency,RF)能中獲得能量的能量收集(energy harvesting,EH)技術可以驅動通信設備和網絡，為實現綠色通信展現了光明的前景。
數據和能量的協作傳輸研究已經公開了一些成果，例如研究在兩個具有EH能力的節點A和節點B之間進行數據和能量的雙向協作傳輸，可以從節點A向節點B傳輸數據或能量，同時也可以從節點B向節點A傳輸數據或能量；還有，在包含具有能量或數據緩沖區的EH中繼節點的協作通信系統中研究中繼選擇、最優調度和功率分配等。需要指出的是，現有技術在考慮數據與能量的協作傳輸時通常考慮數據優先傳輸或者數據與能量同等優先程度傳輸，而在實際網絡中，存在很多需要優先傳輸能量的場景，例如，如果節點由于能量缺失停止工作，給網絡帶來的影響可能是非常大的，這種情況下的能量保障成為最重要的問題。此外，如果考慮節點的自私特性，網絡中還存在一些特殊的場景，非自私節點雖然可以直接給能量請求方傳輸能量，由于距離較遠或其它原因，最終被請求方收集的能量數量可能非常小，導致大量能量的浪費。
技術實現要素：
針對上述背景，本發明提供的一種無線EH網絡中基于能量優先和節點分類的數據與能量協作傳輸方法，克服了現有技術中因不區分場景、通常考慮數據優先傳輸或者數據與能量同等優先傳輸所帶來的節點能量缺失的問題，并且考慮到節點的自私特性，非自私節點向能量請求方傳輸能量時，由于距離較遠或其它原因導致大量能量浪費的問題。本發明可以有效延長網絡生命周期，改善網絡覆蓋，提升網絡服務質量。
本發明中的EH節點為具有能量收集能力的節點，無線EH網絡為包含EH節點的無線網絡。基于能量優先和節點分類的數據與能量協作傳輸方法包括：(1)網絡中的EH節點i周期性測量到達業務的平均服務持續時間σi和平均服務到達率并根據σi和設置相應的能量告警門限χi。(2)當網絡中的EH節點i檢測發現自身的剩余能量小于或等于能量告警門限χi時，向其它節點發出能量請求消息。(3)其它節點接收到能量請求消息后，判斷自身是否有能力和意愿向EH節點i傳輸能量，并且有能力和意愿的其它節點向EH節點i反饋相關信息；EH節點i根據自身測量得到的信息和其它節點反饋的信息確定供能節點，并將結果告知其它節點。
具體實施方式
借助下面的實施例，可以更好地理解本發明的技術方案，為了方便描述，做以下定義：自私節點定義為不愿意在消耗自身能量的情況下向其它節點提供能量傳輸的節點；非自私節點定義為只要滿足能量請求消息中的條件就愿意向能量請求方提供能量傳輸的節點。EH節點i的平均服務持續時間σi定義為時間T內在EH節點i處發生的所有業務連接的總持續時間除以業務連接的數目；EH節點i的平均服務到達率定義為單位時間內到達EH節點i的業務的數目，可以用時間T內到達EH節點i的業務的數目除以時間T計算得到；EH節點i的能量告警門限χi定義為當EH節點i的剩余能量小于或等于χi時，需要向其它節點發出能量請求消息。能量告警門限χi的值由當前EH節點i的平均服務持續時間σi和平均服務到達率共同決定，由于EH節點i的平均服務持續時間σi和平均服務到達率反映了該節點業務的繁忙程度，當該節點業務繁忙時，能量告警門限χi的值可以設置大一些，當該節點業務稀少時，能量告警門限χi的值可以設置小一些。
在包含EH節點的無線EH網絡中，實施例包括了如下步驟：
步驟一：網絡中的EH節點i周期性測量到達業務的平均服務持續時間σi和平均服務到達率并根據σi和設置相應的能量告警門限χi。
步驟二：當網絡中的EH節點i檢測發現自身的剩余能量小于或等于能量告警門限χi時，向其它節點發出能量請求消息。
步驟三：其它節點接收到能量請求消息后，判斷自身是否有能力和意愿向EH節點i傳輸能量，并且有能力和意愿的其它節點向EH節點i反饋相關信息；EH節點i根據自身測量得到的信息和其它節點反饋的信息確定供能節點，并將結果告知其它節點。
供能節點向EH節點i的能量傳輸方式已有公開的現有技術，在此，實施例提供一種優選的方式：對于EH節點i確定的供能節點，當該節點有空閑信道時，將利用空閑信道向EH節點i傳輸能量，當沒有空閑信道時，按照以下方式執行：
(1)如果該供能節點已經分配了一個信道即將用于向EH節點i傳輸數據時，暫時放棄向EH節點i傳輸數據，優先利用該信道向EH節點i傳輸能量；或當該節點正在使用一個信道向EH節點i傳輸數據時，暫時中斷向EH節點i傳輸數據，優先利用該信道向EH節點i傳輸能量。
(2)當該供能節點正在為EH節點i以外的節點傳輸數據時，暫時中斷其中一個或多個信道上的數據傳輸，優先利用這一個或多個信道向EH節點i傳輸能量。
另外，實施例還給出了另一種場景，即考慮了一種特殊場景下的能量傳輸：無線EH網絡中存在自私節點，發出能量請求消息的EH節點i附近都是自私節點，不愿意損耗自身能量來向EH節點i傳輸能量，距離EH節點i較遠的非自私節點j是唯一有能力和意愿向EH節點i傳輸能量的節點。從非自私節點j向EH節點i傳輸能量存在一條直接鏈路和Ni條中繼節點個數小于或等于Mmax的中繼鏈路，第l條(1≤l≤Ni)中繼鏈路除了非自私節點j和EH節點i外，還經過Ml個(1≤Ml≤Mmax)作為中繼節點的具有EH能力的自私節點，以EH節點i為起點將這Ml個中繼節點依次編號為中繼節點1、中繼節點2、…、中繼節點Ml。設EH節點i請求的能量數為ET，EH節點i、中繼節點1、中繼節點2、…、中繼節點Ml和非自私節點j的能量收集效率分別為ηi、η1、η2、…、和ηj。此時，由于自私節點只要不消耗自身能量仍然愿意提供能量傳輸，因此從非自私節點j直接向EH節點i傳輸能量不一定是最好的途徑。
基于上述場景，本發明提供的考慮節點自私特性的能量傳輸方法描述為：
步驟一：EH節點i測量計算非自私節點j到EH節點i之間鏈路的信道增益hj,i；對于第l(1≤l≤Ni)條中繼鏈路，EH節點i測量計算中繼節點1到EH節點i之間鏈路的信道增益h1,i，中繼節點1測量計算中繼節點2到中繼節點1之間鏈路的信道增益h2,1，中繼節點2測量計算中繼節點3到中繼節點2之間鏈路的信道增益h3,2，依次類推，直到中繼節點Ml測量計算非自私節點j到中繼節點Ml之間鏈路的信道增益
步驟二：計算當非自私節點j直接向EH節點i傳輸能量數為ET時非自私節點j需要發射的能量以及采用第l(1≤l≤Ni)條中繼鏈路傳輸能量數為ET時非自私節點j需要發射的能量
步驟三：選取當EH節點i請求的能量數為ET時Ni條中繼鏈路以及非自私節點j到EH節點i之間鏈路中非自私節點j需要發射的能量最小的鏈路或中繼鏈路提供能量傳輸。