基於中繼的簇內d2d多播方法
2023-05-29 14:29:51 1
基於中繼的簇內d2d多播方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於中繼的簇內D2D多播方法，包括：S1：基站將具有數據共享需求並且彼此之間鏈路損失小的用戶劃分到一個簇內；S2：基站通過多播將簇內數據分布告知每個用戶，並控制各簇內終端探測鏈路信息；S3：簇內終端節點基於每個數據包的需求量選擇信息多播順序，基於各用戶的數據包佔有率選擇相應發送端，通過分布式多播的方式交換共享數據；S4：與發送端鏈路質量差的用戶通過中繼重傳得到共享數據。本發明提供一種中繼協助多播通信的簇內信息共享的方式，克服多播過程中少數大衰落鏈路對傳輸速率的影響，實現網絡性能的優化。
【專利說明】基於中繼的簇內D2D多播方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線通信【技術領域】，尤其涉及一種基於中繼的簇內D2D多播方法。
【背景技術】
[0002]隨著3GPP技術及多媒體業務的發展，網絡中湧現大量的低能耗，具備計算、存儲功能的移動終端，數據業務日益呈現多樣化、多媒體化、移動性和位置相關化等特點。業務的發展對網絡優化及管理能力、網絡運行質量、合作夥伴管理能力、面向客戶的QOE與QOS等方面提出了更高的要求。
[0003]長期演進(LTE,Long Term Evolution)系統是一個基於調度的通信系統。在蜂窩通信模式下，用戶通過控制信道接入基站(RNC/eNB)獲得授權資源並進行數據傳輸。由於用戶之間的信息交流需要通過基站中轉，當大量終端需接入網絡時，會導致數據請求擁擠，使基站面臨較大的業務挑戰及壓力。尤其在面對小範圍內大量用戶間數據共享及交互需求時，採用重複點到基站的通信方式，會嚴重浪費網絡帶寬。多播可以提高傳輸效率和網絡性能。此模式下，基站利用聚簇將網絡中具有相似通信需求的用戶聚集到同一個簇中進行服務。例如當大量共享用戶終端需彼此交換數據信息的時候，基站為每個用戶分配獨立的上行信道(UL，Up Link)並進行數據匯總，然後多播給每個用戶。然而使用傳統的基站多播模式，並不能緩解用戶間數據共享場景下上行資源的衝突，被服務的用戶數目會因基站處理速度、能力受到限制。
[0004]D2D (Device-to-Device)通信的信息傳輸不經過基站,用戶可以復用上下行授權資源進行直接通信。D2D技術的引入可以增加頻譜利用率，減小基站負載，增大網絡吞吐量和覆蓋範圍。然而僅僅利用一對一的D2D通信在數據共享環境下不僅會帶來數據的冗餘傳輸，也會引入D2D對之間的幹擾。
[0005]為節省網絡資源，提高吞吐量，改善用戶體驗，當小範圍內用戶有數據共享需求時，目前主要採用以下的解決方案:
[0006]緩存融合(cache intergration):基於終端對數據的訪問量，緩存節點(cachepeer)存儲興趣度比較大的數據包。若用戶需要的數據包在存儲範圍內，用戶終端直接從緩存節點處下載，否則仍向基站索取。
[0007]D2D (Device-to-Device)多播:基站輔助構建簇，各用戶輪流充當簇頭，通過D2D多播的方式實現用戶間的信息共享。簇頭根據多播用戶的鏈路質量選擇傳輸速率。
[0008]以上方案充分利用了終端節點間的通信提高網絡性能。由於多用戶間的傳輸不需基站(BS)介入或是僅僅通過BS傳輸輔助信令信息，該方案能夠釋放下行頻譜、減小基站負載，使更多的用戶接入網絡。但是上述數據共享方案一方面存在用戶公平性問題:個別用戶承擔伺服器功能，壓力大，公平性差；另一方面，多播速率受最差鏈路質量限制，個別質量差的鏈路會影響整體的傳輸效率。基於此，中繼傳輸引入到D2D多播過程中，方法如下:
[0009]移動自組織網絡(MANET):網絡中的移動終端具有路由和分組轉發功能，網絡信息交換採用了計算機網絡中的分組交換機制，既可以作為單獨的網絡獨立工作，也可以以末端子網的形式接入現有網絡。
[0010]遍歷查詢:根據節點狀態，基站輪詢每個節點作為中繼的效果，保證用戶正確接收多播信息的前提下，選擇合適中繼最小化總的發射功率。
[0011]分析上述方案，路由中繼的引入增大了傳輸效率，但卻帶來了額外的路由維護成本，增加了傳輸的消耗及複雜度。當服務範圍大時，可以以上述中繼尋找開銷為代價，解決傳輸中斷等問題，而在以增加傳輸效率為目標的D2D簇範圍內，複雜度低的中繼選擇算法是首選。
【發明內容】
[0012](一)要解決的技術問題
[0013]本發明要解決的技術問題是:提供一種中繼協助多播通信的信息共享方式，使得簇內每個擁有獨立信息的用戶通過數據多播交互，獲得簇中存在的全部資源，並克服多播過程中少數大衰落鏈路對傳輸速率的影響，實現網絡性能的優化。
[0014](二)技術方案
[0015]本發明提供一種基於中繼的簇內D2D多播方法，包括:S1:基站將具有數據共享需求並且彼此之間鏈路損失小的用戶劃分到一個簇內；S2:基站通過多播將簇內數據分布告知每個用戶，並控制各簇內終端探測鏈路信息；S3:簇內終端節點基於每個數據包的需求量選擇信息多播順序，基於各用戶的數據包佔有率選擇相應發送端，通過分布式多播的方式交換共享數據；S4:與發送端鏈路質量差的用戶通過中繼重傳得到共享數據。
[0016]優選地，用戶發送數據共享請求的同時將持有數據包的情況告知基站，並在基站控制下進行鏈路探測，能夠進行D2D通信的用戶加入到簇中。
[0017]優選地，用戶在基站輔助控制下，獲得鄰居節點信息及網絡數據包分布，據此構建小世界網絡模型。
[0018]優選地，所述用戶在基站輔助控制下，獲得鄰居節點信息及網絡數據包分布，據此構建小世界網絡模型包括步驟:基站控制簇成員發送探測信號，新用戶監聽探測信道，當接收信噪比超過設定閾值門限時，認定發送用戶為自身鄰居，數據收發通過點到點的直接傳輸實現，否則，認為鏈路質量差，信息的傳輸通過中繼轉發實現。
[0019]優選地，每個用戶接入簇後，發送探測信號，使得簇內用戶獲知鄰居信息的更新。
[0020]優選地，基站完成簇用戶收集後，將簇內數據包分布告知每個終端，據此用戶能夠實現分布式的傳輸終端及中繼尋找。
[0021]優選地，通過對網絡中數據的分布的分析，分布式選擇最佳的數據包的多播順序及發送用戶。
[0022]優選地，所述通過對網絡中數據分布的分析，分布式選擇最佳的數據包的多播順序及發送用戶包括步驟:每個用戶根據數據包的分布得到一致的數據發送順序及發送用戶:將數據包按照需求量降序排列，需求量越大，傳送優先級越高；發送端的選擇基於對持包用戶的數據享有率的分析，持包用戶的佔有數據越少，發送優先級越高。
[0023]優選地，簇內多播的控制是分布式的，依賴於每個用戶的計算能力。
[0024]優選地，當不能保證發送節點與所有用戶的鏈路質量時，鏈路質量差的用戶通過中繼重傳得到信息，多跳的傳輸通過鄰居節點的逐次轉發實現。[0025]優選地，所述當不能保證發送節點與所有用戶的鏈路質量時，鏈路質量差的用戶通過中繼重傳得到信息，多跳的傳輸通過鄰居節點的逐次轉發實現包括步驟:未接收到信息的用戶向鄰居節點發送數據請求，持有該數據包的鄰居節點統計自身接收到的請求數量，並反饋給各個數據請求用戶；據此未收到信息的終端選擇可以服務最多用戶的鄰居節點作為中繼，即向接收到最多數據請求的鄰居用戶再次發送數據請求，每個鄰居節點根據第二次的數據請求重傳信息:接收到一個數據請求，就以單播方式實現D2D通信；如果接收到多個數據請求，就以D2D多播提供數據包；如果仍有用戶未能得到數據，則重複上述步驟，經過多跳得到服務，通過中繼得到服務的用戶向當前數據包的多播發送端反饋成功接收信令。
[0026]優選地，當多個中繼轉發同時存在的時候，復用正交的傳輸資源。
[0027](三)有益效果
[0028]本發明提供一種中繼協助多播通信簇內信息共享的方式，使得簇內每個擁有獨立信息的用戶通過數據多播交互，獲得簇中存在的全部資源，並克服多播過程中少數大衰落鏈路對傳輸速率的影響，實現網絡性能的優化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用附圖簡單地介紹顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1為體現小世界網絡特性的用戶簇的示意圖。其中，簇內的每個用戶含有獨立的信息；
[0031]圖2為多個中繼同時重傳的場景示意圖；
[0032]圖3為用戶向基站請求接入的信令傳輸示意圖；
[0033]圖4為本發明實施例的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0034]為了使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0035]如圖1?圖4所示，本發明提供了一種用戶分簇，及簇內中繼協助多播的方式。本方案中引入了小世界網絡模型，小世界網絡中用戶享有高聚合度和低鏈路長度，每個節點擁有鄰居信息及目的節點信息。當遇到直連不可達鏈路時，信息的傳輸通過逐次的鄰居節點轉發實現。本方案包括以下步驟:
[0036]S1:基站將具有數據共享需求並且彼此之間鏈路損失小的用戶劃分到一個簇內，使得同一簇內用戶能夠實現穩定的D2D通信；
[0037]S2:基站通過多播將簇內數據分布告知每個用戶，並控制各簇內終端探測鏈路信息，協助構建小世界網絡模型；[0038]S3:簇內終端節點基於每個數據包的需求量選擇信息多播順序，基於各用戶的數據包佔有率選擇相應發送端，通過分布式多播的方式交換共享數據；
[0039]S4:與發送端鏈路質量差的用戶通過中繼重傳得到共享數據。中繼的選擇以保證信噪比前提下，最大化服務用戶數量為目標。
[0040]其中，用戶發送數據共享請求的同時將持有數據包的情況告知基站，在基站控制下進行鏈路探測，能夠進行D2D通信的用戶加入到簇中。
[0041]其中，用戶在基站輔助控制下，獲得鄰居節點信息及網絡數據包分布，據此構建小世界網絡模型。
[0042]其中，每個用戶通過基站的廣播獲得網絡中的數據分布，進而得知索取數據的目的節點。
[0043]其中，通過對網絡中數據的分布的分析，分布式選擇最佳的數據包的多播順序及發送用戶。多播進程通過信令交互進行控制。
[0044]其中，簇內多播的控制是分布式的，依賴於每個用戶的計算能力。
[0045]其中，當不能保證發送節點與所有用戶的鏈路質量時，鏈路質量差的用戶通過中繼重傳得到信息。多跳的傳輸通過鄰居節點的逐次轉發實現。
[0046]其中，當多個中·繼轉發同時存在的時候，復用正交的傳輸資源。
[0047]本發明實施例的實現方式:具有數據共享需求的用戶根據網絡鏈路狀態構建簇，通過簇內基於中繼的D2D協作多播傳輸，在保證用戶公平性前提下實現多用戶匯總數據的覆蓋。包括如下步驟:
[0048]S1:基站將具有數據共享需求並且彼此之間鏈路損失小的用戶劃分到一個簇內，使得同一簇內用戶能夠實現穩定的D2D通信。
[0049]數據共享用戶向基站發送接入請求，並以信令方式通知基站自身持包情況Packi,在基站控制下簇內終端發出探測信號，新用戶接收到探測信息後，將接受信噪比上傳給基站，據此，基站判斷其是否可以加入當前簇:
[0050]假如當前簇內有η個用戶，如果新用戶接收到的η個用戶的信噪比都大於設定閾值凡，即滿足SNRiinJHu V/ e {1,2....,?}，則其可以加入當前簇；接收到的信噪比大於H的用戶，SNUH，i e {1,2,…，η}屬於其鄰居用戶。
[0051]S2:基站通過多播將簇內數據分布告知每個用戶，並控制各簇內終端探測鏈路信息，協助構建小世界網絡模型。
[0052]用戶接入簇後，在基站控制下發送探測信息，據此通知鄰居用戶自身的存在，使得鄰居用戶更新本地信息。示用戶i的鄰居信息，
【權利要求】
1.一種基於中繼的簇內D2D多播方法，其特徵在於，包括: 51:基站將具有數據共享需求並且彼此之間鏈路損失小的用戶劃分到一個簇內； 52:基站通過多播將簇內數據分布告知每個用戶，並控制各簇內終端探測鏈路信息； S3:簇內終端節點基於每個數據包的需求量選擇信息多播順序，基於各用戶的數據包佔有率選擇相應發送端，通過分布式多播的方式交換共享數據； S4:與發送端鏈路質量差的用戶通過中繼重傳得到共享數據。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，用戶發送數據共享請求的同時將持有數據包的情況告知基站，並在基站控制下進行鏈路探測，能夠進行D2D通信的用戶加入到簇中。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，用戶在基站輔助控制下，獲得鄰居節點信息及網絡數據包分布，據此構建小世界網絡模型。
4.如權利要求3 所述的方法，其特徵在於，所述用戶在基站輔助控制下，獲得鄰居節點信息及網絡數據包分布，據此構建小世界網絡模型包括步驟: 基站控制簇成員發送探測信號，新用戶監聽探測信道，當接收信噪比超過設定閾值門限時，認定發送用戶為自身鄰居，數據收發通過點到點的直接傳輸實現，否則，認為鏈路質量差，信息的傳輸通過中繼轉發實現。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，每個用戶接入簇後，發送探測信號，使得簇內用戶獲知鄰居信息的更新。
6.如權利要求4或5所述的方法，其特徵在於，基站完成簇用戶收集後，將簇內數據包分布告知每個終端，據此用戶能夠實現分布式的傳輸終端及中繼尋找。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，通過對網絡中數據的分布的分析，分布式選擇最佳的數據包的多播順序及發送用戶。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述通過對網絡中數據的分布的分析，分布式選擇最佳的數據包的多播順序及發送用戶包括步驟: 每個用戶根據數據包的分布得到一致的數據發送順序及發送用戶:將數據包按照需求量降序排列，需求量越大，傳送優先級越高；發送端的選擇基於對持包用戶的數據享有率的分析，持包用戶的佔有數據越少，發送優先級越高。
9.如權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，簇內多播的控制是分布式的，依賴於每個用戶的計算能力。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，當不能保證發送節點與所有用戶的鏈路質量時，鏈路質量差的用戶通過中繼重傳得到信息，多跳的傳輸通過鄰居節點的逐次轉發實現。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述當不能保證發送節點與所有用戶的鏈路質量時，鏈路質量差的用戶通過中繼重傳得到信息，多跳的傳輸通過鄰居節點的逐次轉發實現包括步驟: 未接收到信息的用戶向鄰居節點發送數據請求，持有該數據包的鄰居節點統計自身接收到的請求數量，並反饋給各個數據請求用戶；據此未收到信息的終端選擇可以服務最多用戶的鄰居節點作為中繼，即向接收到最多數據請求的鄰居用戶再次發送數據請求，每個鄰居節點根據第二次的數據請求重傳信息:接收到一個數據請求，就以單播方式實現D2D通信；如果接收到多個數據請求，就以D2D多播提供數據包；如果仍有用戶未能得到數據，則重複上述步驟，經過多跳得到服務，通過中繼得到服務的用戶向當前數據包的多播發送端反饋成功接收信令。
12.如權利要求10或11所述的方法，其特徵在於，當多個中繼轉發同時存在的時候，復用正交的傳輸資源。·
【文檔編號】H04W24/02GK103428642SQ201310297127
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年7月16日 優先權日:2013年7月16日
【發明者】田輝, 陳楠楠, 王智博 申請人:北京郵電大學