協作中繼網絡中基於負載均衡的中繼選擇方法
2023-08-04 01:10:16
專利名稱：協作中繼網絡中基於負載均衡的中繼選擇方法
技術領域：
本發明屬於無線通信技術領域，涉及協作中繼網絡中的中繼節點選擇方法，具體是一種協作中繼網絡中基於負載均衡的中繼選擇方法。在協作中繼網絡中，該方法可用於如何在多個中繼節點之間均衡的分布負載。
背景技術：
協作中繼技術由於能夠實現更高分集增益，提高小區邊緣信號質量，擴大小區覆蓋面積而被認為是實現未來無線通信系統目標的良好解決方案之一。未來無線通信系統中的協作中繼節點選擇方法主要解決的是移動終端「與誰協作」的問題。儘管廣泛認同未來中繼節點將由運營商來部署，但是由於無線鏈路質量的多變性，業務QoS需求的多樣性以及用戶業務分布的不均衡性，需要集中式或者分布式地選擇最優的中繼節點進行用戶接入 以及數據轉發。協作中繼傳輸的中繼選擇方法，其根本問題類似於移動自組織網絡中的路由選擇問題。但與路由選擇問題不同的是，中繼選擇不僅需要中繼節點的參與，更需要基站的參與進行集中式或者分布式控制，從而達到充分利用資源、提高系統容量的目的。目前所研究的中繼選擇策略一般都以不同的物理層參數(信噪比、功率、距離、路徑損耗等)為依據，來選擇最優的中繼節點。而事實上，中繼蜂窩小區中的每個移動臺的吞吐量不僅取決於當前物理層的信道狀況，還取決於當前小區中的基站和中繼節點所服務的用戶數以及MAC層的調度方法。如果當前中繼服務的用戶數過多，即使選擇了最優的中繼節點，仍然不能保證獲得最大的用戶吞吐量，這是因為無法保證中繼節點有足夠的資源，使得用戶能夠通過中繼節點而獲得協作傳輸增益。隨著協作中繼網絡技術的迅速發展，協作中繼網絡中的中繼節點有限的服務能力制約了整個網絡傳輸效率，客觀上需要一種基於負載均衡的中繼節點選擇方法，合理的在中繼節點之間分配負載，併兼顧用戶之間的公平性，以提高整個網絡的傳輸效率。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有技術存在的問題，提出了一種基於負載均衡、傳輸效率高、小區內用戶可靈活公平選擇中繼節點、增強系統吞吐量的協作中繼網絡中基於負載均衡的中繼選擇方法。首先根據每個用戶的具體信道狀況以及中繼節點服務的用戶數目，每個用戶以分布式的方式選擇最優的中繼節點，其次中繼節點再根據具體的資源分配情況、用戶業務的優先級以及加權信道相關調度方法進行用戶選擇。所提出的中繼選擇方法綜合地考慮了物理層的信道狀況以及MAC層的資源與用戶狀況，有效地利用中繼節點選擇來實現小區內的負載均衡，獲得了吞吐量性能與用戶公平性之間的折衷。本發明的技術方案是協作中繼網絡中基於負載均衡的中繼選擇方法，其特徵在於採用分布式中繼選擇，通過兩步中繼選擇來平衡小區內的負載分布，具體實現步驟包括(I)小區內的基站和中繼節點周期性的廣播導頻信號，中繼節點發送的導頻信號中包含當前時隙內其服務的移動用戶數；(2)根據接收到導頻信號強度，選擇兩跳協作傳輸的小區內用戶首先根據從本小區中每個中繼節點接收到的導頻信號計算信幹噪比(SINR)，並且通過導頻信號獲知每個中繼節點的服務用戶個數；(3)上述用戶又在鄰小區中再選擇一個具有最大接收信幹噪比的中繼節點，並記錄其服務的用戶數；本小區中的中繼節點與鄰小區的一個中繼節點作為候選的中繼節點；(4)用戶在候選的中繼節點中，計算在時刻t選擇不同候選中繼節點的兩跳傳輸可達速率W，並建立中繼節點選擇函數，通過中繼節點選擇函數獲取候選中繼節點預測吞吐量；依據預測吞吐量值從大到小的順序對所有候選中繼節點進行排序，首先選擇使得預測吞吐量最大的中繼節點作為服務中繼節點
權利要求
1.一種協作中繼網絡中基於負載均衡的中繼選擇方法，其特徵在於採用分布式中繼選擇，通過兩步中繼選擇來平衡小區內的負載分布，具體實現步驟包括 (1)小區內的基站和中繼節點周期性的廣播導頻信號，中繼節點發送的導頻信號中包含當前時隙內其服務的移動用戶數； (2)根據接收到導頻信號強度，選擇兩跳協作傳輸的小區內用戶首先根據從本小區中每個中繼節點接收到的導頻信號計算信幹噪比(SINR)，並且通過導頻信號獲知每個中繼節點的服務用戶個數； (3)上述用戶又在鄰小區中再選擇一個具有最大接收信幹噪比的中繼節點，並記錄其服務的用戶數；本小區中的中繼節點與鄰小區的一個中繼節點作為候選的中繼節點； (4)用戶在候選的中繼節點中，計算在時刻t選擇不同候選中繼節點的兩跳傳輸可達速率，並建立中繼節點選擇函數，通過中繼節點選擇函數獲取候選中繼節點預測吞吐量；依據預測吞吐量值從大到小的順序對所有候選中繼節點進行排序，首先選擇使得預測吞吐量最大的中繼節點作為服務中繼節點
2.根據權利要求I所述的協作中繼網絡中基於負載均衡的中繼選擇方法，其特徵在於步驟6所述的用戶的中繼選擇結果以及中繼節點的用戶調度結果之間的匹配是步驟4中的移動用戶k首先建立了候選中繼節點排序，選擇了中繼節點m，而根據步驟5中的用戶調度函數，中繼節點m也選擇了調度移動用戶k，則二者匹配。
3.根據權利要求2所述的協作中繼網絡中基於負載均衡的中繼選擇方法，其特徵在於步驟5中的用戶k的權重ω, ^ 1，其取值根據每個移動用戶的業務類型來調節，權重ωk的值越大，用戶的優先級越高。
4.根據權利要求3所述的協作中繼網絡中基於負載均衡的中繼選擇方法，其特徵在於步驟5中的中繼節點m所採用的與信道狀況相關的資源調度因子Cim，其取值根據所採用的調度準則來調節，取值範圍優選
。
全文摘要
本發明公開一種協作中繼網絡中基於負載均衡的中繼選擇方法，採用分布式兩步中繼選擇，移動用戶首先基於所構造的中繼選擇函數選擇服務中繼節點；中繼節點再反向調度最優的移動用戶，通過匹配選擇實現基於負載均衡的中繼選擇，達到吞吐量和用戶公平性之間的折中。選擇過程中可實時選擇權重值ωk和資源調度因子αm。本發明的計算過程簡化，小區內用戶可公平選擇中繼節點。本發明綜合考慮了物理層信道狀況以及MAC層的用戶狀況，使得每個小區的負載合理分布，進而提高了傳輸效率，增強系統吞吐量，提高了網絡的整體性能。可在多個中繼節點間通過中繼選擇實現資源和負載均衡，對無線協作網絡進行性能優化。使有限無線資源得以高效利用，具有實用性。
文檔編號H04W48/20GK102638872SQ20121012563
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月18日 優先權日2012年4月18日
發明者盧光躍, 江帆, 範九倫 申請人:西安郵電學院