本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種協作通信系統的數據與能量協作方法。
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(radiofrequency,rf)能中獲得能量的能量收集技術(energyharvesting,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。
在無線eh通信系統中，目前研究了在兩個具有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。在協作通信網絡中，現有研究通常考慮源節點和中繼節點具有eh能力，源節點向中繼節點傳輸數據或能量，中繼節點與目的節點之間則不能傳遞能量。但是，目前的研究還不夠深入，例如由于中繼節點除了中繼來自其它節點的業務外，還可能有自身的業務，那么中繼節點分配多少帶寬和能量用于發射自身業務，分配多少帶寬和能量用于轉發業務，仍然是需要研究和解決的問題。
技術實現要素：
基于上述背景，本發明依據價格機制，提供一種在無線eh協作通信系統中通過求解優化問題實現帶寬和能量分配的數據與能量協作方法，達到優化系統性能的目的。本發明在“市場平衡”問題中，除了考慮數據業務的因素，還考慮了能量收集和轉移，為數據和能量協作問題的解決提供了創新思路；本發明除了能解決節點的帶寬和能量分配問題，還可用于解決無線eh協作通信系統的中繼選擇問題，具有廣泛的適用性。
本發明包括的主要技術方案如下所述：
(一)當中繼節點n的自身業務傳輸速率xn與中繼節點n的中繼業務傳輸速率yn之和小于或等于中繼節點n用于自身業務和中繼業務的總帶寬cn、中繼節點n的中繼業務傳輸速率yn小于或等于本節點處的中繼業務量in(μn,μ-n,εn,ε-n)、中繼節點n的能量轉移速率tn小于或等于本節點處的能量轉移量en(μn,μ-n,εn,ε-n)時，中繼節點與目的節點之間既能傳輸數據又能轉移能量時的帶寬和能量分配通過以下優化問題求解：
(二)當中繼節點n的能量轉移速率tn小于或等于本節點處的只考慮能量轉移時的能量轉移量en,2(εn,ε-n)時，僅考慮中繼節點和目的節點之間能量轉移時的帶寬和能量分配問題通過以下優化問題求解：
其中：zn表示中繼節點n的能量收集速率；λn表示中繼節點n為包括自身業務和中繼業務在內的單位業務傳輸速率付出的代價；δn表示中繼節點n為單位能量轉移速率付出的代價；un(xn,zn)是中繼節點n發送自身業務和收集能量的效用函數；un,2(zn)是中繼節點n收集能量的效用函數；μn表示中繼節點n對中繼業務收費的價格；μ-n表示除中繼節點n之外的其它中繼節點對中繼業務收費的價格；εn表示中繼節點n對轉移能量收費的價格；ε-n表示除中繼節點n之外的其它中繼節點對轉移能量收費的價格。
具體實施方式
本發明中的無線eh協作通信系統模型，包括源節點、若干個中繼節點和目的節點，且都具有能量收集能力。本發明的技術方案分別考慮兩種情形，一是考慮在中繼節點與目的節點之間既可以傳輸數據又可以轉移能量時的資源分配問題，二是僅考慮中繼節點與目的節點之間能量轉移時的資源分配問題。
(一)中繼節點與目的節點之間既可以傳輸數據又可以轉移能量時的資源分配。
定義xn為中繼節點n的自身業務傳輸速率；yn為中繼節點n的中繼業務傳輸速率；zn為中繼節點n的能量收集速率；tn為中繼節點n的能量轉移速率；λn是中繼節點n為單位業務(包括自身業務和中繼業務)傳輸速率付出的代價；δn是中繼節點n為單位能量轉移速率付出的代價。un(xn,zn)是中繼節點n發送自身業務和收集能量的效用函數，其表達式可以采用已知的多種形式之一，例如un(xn,zn)＝log(1+xn+zn),此處不做限定。in(μn,μ-n,εn,ε-n)為中繼節點n處的中繼業務量；en(μn,μ-n,εn,ε-n)為中繼節點n處的能量轉移量。其中μn為中繼節點n對中繼業務收費的價格；μ-n為除中繼節點n之外的其它中繼節點對中繼業務收費的價格；εn為中繼節點n對轉移能量收費的價格；ε-n為除中繼節點n之外的其它中繼節點對轉移能量收費的價格；cn為中繼節點n用于自身業務和中繼業務的總帶寬。
于是，帶寬和能量分配可以通過以下優化問題求解：
(二)僅考慮中繼節點和目的節點之間能量轉移時的資源分配。
定義en,2(εn,ε-n)為只考慮能量轉移時中繼節點n處的能量轉移量；un,2(zn)是中繼節點n收集能量的效用函數，其表達式可以采用已知的多種形式之一，例如un,2(zn)＝log(1+zn),此處不做限定。于是，帶寬和能量分配問題可以通過以下優化問題求解：