基于能量收集技術的無線協作網絡中繼選擇

蹤征雪，丁恩杰，劉燕，張丙鑫，趙端

(1.礦山物聯網應用技術國家地方聯合工程實驗室，江蘇 徐州 221008；2.中國礦業大學 信息與控制工程學院，江蘇 徐州 221008)

0 引言

能量是礦山物聯網系統正常運行必不可少的條件之一[1]，能量收集技術已成為解決礦山無線協作網絡壽命受限于能量約束問題的一種可行技術[2-3]。礦山無線協作網絡中的傳感器節點通過感知、收集耗散在周圍環境中的能量，可實現網絡的自我可持續，有效減小網絡對電池供電的依賴[4-5]。目前能量收集技術能夠收集到的可用能量受限，只能供小功率設備使用，因此，能量的應用和管理十分重要。

在無線協作網絡中，中繼節點的能耗很大，整個網絡很容易因為中繼節點的死亡而癱瘓。針對該問題，學者們提出各種基于瑞利衰落信號傳輸模型的中繼選擇方案[6]。文獻[7]探討了無線協作網絡中能量與速率的關系，并證明最大能量與信息速率之間可以達到很好的平衡。文獻[8]比較了多跳協作網絡中基于最大數據鏈路信道增益(Maximum Channel Gain of Data Links，MaDs)的中繼選擇和基于中繼-竊聽鏈路最小信道增益(Minimum Channel Gain of Relays-Eavesdropper Links，MiEs)的中繼選擇，得出MaDs方案優于MiEs方案。文獻[9]提出了一種基于最近-最遠用戶(Best-Near Best-Far，BNBF)的中繼選擇方案，在瑞利衰落條件下，BNBF方案優于隨機選擇方案。然而，瑞利衰落信號傳輸模型過于理想化，Nakagami-m衰落模型更貼合實際衰落情況，因此，文獻[10-13]在Nakagami-m衰落模型的基礎上分析并導出了無線網絡系統的中斷性能。

本文在上述研究基礎上，結合Nakagami-m衰落模型，提出了一種基于能量收集技術的無線協作網絡中繼選擇方案，即聯合最大能量和最大數據傳輸鏈路的中繼選擇方案，以提高井下數據傳輸的可靠性。……