无线D2D中继网络中基于社会性‑信道信息的联合中继重选方法技术

本发明专利技术公开了一种无线D2D中继网络中基于社会性‑信道信息的联合中继重选方法，属于无线通信技术领域。所构建的系统综合考虑了当前中继的突发移动以及各个备选中继参差的社会稳定性这两个方面的因素，通过调控目的用户结束备选中继探测过程的时间，从统计意义上实现最稳定最高效的D2D中继通信；同时，引入其他三种D2D中继通信中继重选基准策略，只考虑备选中继信道状况信息的最优停止策略；基于备选中继社会性信息的最优停止策略；依次探测所有备选中继后作出抉择的中继全探测策略。通过与原策略进行比较，得出原策略在实现D2D中继通信稳定性及高效性上的优势。

【技术实现步骤摘要】
无线D2D中继网络中基于社会性-信道信息的联合中继重选方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种无线D2D中继网络中基于社会性-信道信息的联合中继重选方法。
技术介绍
随着无线D2D中继网络在下一代移动通信系统中越来越广泛的应用，实现D2D中继通信中更加稳定的数据传输成为最重要的研究问题之一。在D2D中继网络中，中继多为用户手持设备，由于用户的社会属性，在进行D2D中继通信的过程中，中继用户产生移动是不可避免，为了避免移动性而产生的中继中断问题，科学有效的中继重选方案十分必要；然而另一方面，备选中继同样存在移动的可能性，因而从长远看来，在设计中继重选方案时，需要考虑备选中继的稳定性，从而从长远的角度提升D2D中继通信的稳定性。综合以上因素，目的用户一方面要尽可能早的选择新的中继从而避免因当前中继的移动产生D2D中继通信的断开；另一方面要探测足够多的中继，从而提升选择到更加稳定备选中继的概率。进一步的，由于D2D中继网络的不稳定性是由D2D中继用户的社会性决定的，因此，合理的分析中继用户的社会性信息对设计稳定的D2D中继重选方法具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无线D2D中继网络中基于社会性-信道信息的联合中继重选方法，该方法能够在中继移动的场景下实现更加稳定的D2D中继通信。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种无线D2D中继网络中基于社会性-信道信息的联合中继重选方法，包括以下步骤：1)构建无线D2D中继网络中的中继移动场景下的D2D中继通信系统模型，描述当前中继移动模式及备选中继分布状态，并基于当前中继移动模式及备选中继分布状态建立无线D2D中继网络数据传输模型，作为中继重选过程的信道信息参考依据；2)基于通信时长的概念，建立备选中继平均重选通信时长模型，用以描述备选中继建立D2D连接的社会稳定性，作为中继重选过程的社会性信息参考依据；3)基于无线D2D中继网络数据传输模型及备选中继平均重选通信时长模型，引入最优停止理论，建立无线D2D中继网络中基于社会性-信道信息的联合中继重选方法，将其命名为基于社会性-信道信息的联合最优停止策略。步骤1)的具体操作，包括：1-1)构建当前中继匀速直线移动模式定义dsD为目的用户距热点源距离，dsr(0)为初始时刻当前中继距热点源距离，drD(0)为初始时刻当前中继距目的用户距离；从初始时刻开始，当前中继以速度V做匀速直线运动，当前中继移动方向与初始时刻当前中继到热点源的夹角为α；目的用户检测到当前中继的移动后，进行备选中继的探测，每次探测的时间为τ，并将该时间设定为单位时间；经过i个单位时间后，热点源到当前中继的距离为dsr(i)，当前中继到目的用户的距离为drD(i)；1-2)构建备选中继分布模式在目的用户进行中继重选的过程中，有M个备选中继可供选择，将其编号为1、2、3…M；备选中继i距热点源为备选中继距目的用户的距离为备选中继距目的用户的距离服从均匀分布：1-3)构建无线D2D中继网络数据传输模型，作为中继重选过程的信道状况信息当前中继支持下的无线D2D中继网络数据传输速率为：其中，热点源发射功率为Ps，中继发射功率Pr，传输带宽为W；经过i个单位时间后，当前中继的传输速率为Xr(i)，由于当前中继正处于匀速直线运动状态，则在不同的时间i，当前中继下的无线D2D中继网络数据传输速率会不同；备选中继支持下的无线D2D中继网络数据传输速率：其中，Pr为备选中继的发射功率，假设所有备选中继的发射功率相同，目的用户进行中继重选关注备选中继能够稳定进行D2D中继通信的时间，在研究的时间范围内，认为Xi为恒定值；基于以上信道状况的表达式，可以得到D2D中继通信达到最大传输速率时中继所处的位置信息，即通过求解：得到当D2D中继通信达到最大传输速度时，中继到目的用户之间的距离为dmin，此时的D2D中继通信最大传输速度为：以该位置为分界线，当中继更靠近源时，中继到目的用户的信道状况限制了通信速率，当中继更靠近目的用户时，中继到源的信道状况限制了通信速率。步骤2)的具体操作，包括：2-1)构建两用户通信时长模型当两个用户i、j进入能够通信的范围内，并维持固定的位置后，网络开始记录用户i与用户j每次接触所持续的时间{CTi}作为通信时长，直至两用户有其中任何一方开始持续移动；与此同时，网络记录两用户的接触次数Ni，j，根据获得的通信时长的历史数据，能够评估两用户通信时长的统计平均值Mi，j，如下所示：进一步，能够评估两用户通信时长的方差Ii，j，将其定义为两用户D2D通信不稳定性因子，具体描述如下：基于以上通信时长的均值和方差，得到两用户通信时长服从的统计分布为：得到通信时长分布的概率密度函数如下：式中，2-2)建立备选中继平均重选通信时长模型，作为中继重选过程中的社会信息：备选中继i与用户j的平均通信时长设为Mi，j，方差设为Ii，j，则该备选中继与所有N个用户的通信时长平均值可表述为如下形式：备选中继与所有N个用户的通信时长方差可表述为如下形式：由于无法直接获得备选中继与目的用户之间的通信时长统计信息，因此，将根据备选中继与网络中用户的平均通信时长统计信息预测备选中继与目的用户通信时长的统计特性，即：基于备选中继的Mi、Ii，获得备选中继与目的用户通信时长的统计分布：设目的用户与备选中继i的重选通信时长为随机变量T，通信时长为X，若的用户在X时间段内任意时刻C开始进行中继重选，则有：T＝X-C；备选中继i与目的用户通信时长X的概率密度函数fi(x；ki，θi)，中继重选时刻C服从均匀分布C～U(0，X)，概率密度函数为：则可推导得到重选通信时长T满足：其中，fX，C(x，c)＝gC|X(c|x)fi(x；ki，θi)；进而得到，备选中继i与目的用户的重选通信时长的概率密度函数得到用户i平均重选通信时长为Ti；网络通过记录所有备选中继的重选通信时长的统计信息，获得M个备选中继平均重选通信时长的分布情况，针对不同的具体场景，该分部的均值和方差不同。步骤3)的具体操作，包括：3-1)设定中继重选具体规则规定目的用户进行中继重选的触发条件：定义ΔX＝|Xr(i)-Xr(0)|，随着中继的移动，ΔX的值逐渐变大，当ΔX≥ΔXth时，目的用户开始进行中继重选；3-2)基于获得的备选中继的社会性信息以及信道状况信息，建立无线D2D中继网络中继重选优化目标目的用户在进行j次中继探测后，选择该次探测的备选中继能够获得的决策收益为：式中，τ为目的用户进行一次中继探测所需时间；Xr(i)为经过第i次中继探测后，当前中继可支持的D2D中继通信速率；Xj为目的用户在第j次中继探测时，探测到的备选中继可提供的D2D中继通信速率，各备选中继到目的用户距离服从独立同分布均匀分布；Tj为的用户在第j次中继探测时，探测到的备选中继可提供的平均重选通信时长；基于上述决策收益，提出的中继重选方案的优化目标即为选择合适的j*，使得：3-3)基于无线D2D中继网络中继重选优化目标，设计基于社会性-信道信息的联合中继重选策略当目的用户探测到第j个中继后，决定停止中继重选并通过该中继建立新的D2D中继通信时，采取该决策可获得的即时收益为：根据有限最优停止理论的逆向归纳法，得到在结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线D2D中继网络中基于社会性‑信道信息的联合中继重选方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建无线D2D中继网络中的中继移动场景下的D2D中继通信系统模型，描述当前中继移动模式及备选中继分布状态，并基于当前中继移动模式及备选中继分布状态建立无线D2D中继网络数据传输模型，作为中继重选过程的信道信息参考依据；2)基于通信时长的概念，建立备选中继平均重选通信时长模型，用以描述备选中继建立D2D连接的社会稳定性，作为中继重选过程的社会性信息参考依据；3)基于无线D2D中继网络数据传输模型及备选中继平均重选通信时长模型，引入最优停止理论，建立无线D2D中继网络中基于社会性‑信道信息的联合中继重选方法，将其命名为基于社会性‑信道信息的联合最优停止策略。

【技术特征摘要】
1.一种无线D2D中继网络中基于社会性-信道信息的联合中继重选方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建无线D2D中继网络中的中继移动场景下的D2D中继通信系统模型，描述当前中继移动模式及备选中继分布状态，并基于当前中继移动模式及备选中继分布状态建立无线D2D中继网络数据传输模型，作为中继重选过程的信道信息参考依据；2)基于通信时长的概念，建立备选中继平均重选通信时长模型，用以描述备选中继建立D2D连接的社会稳定性，作为中继重选过程的社会性信息参考依据；3)基于无线D2D中继网络数据传输模型及备选中继平均重选通信时长模型，引入最优停止理论，建立无线D2D中继网络中基于社会性-信道信息的联合中继重选方法，将其命名为基于社会性-信道信息的联合最优停止策略。2.根据权利要求1所述的无线D2D中继网络中基于社会性-信道信息的联合中继重选方法，其特征在于，步骤1)的具体操作，包括：1-1)构建当前中继匀速直线移动模式定义dsD为目的用户距热点源距离，dsr(0)为初始时刻当前中继距热点源距离，drD(0)为初始时刻当前中继距目的用户距离；从初始时刻开始，当前中继以速度V做匀速直线运动，当前中继移动方向与初始时刻当前中继到热点源的夹角为α；目的用户检测到当前中继的移动后，进行备选中继的探测，每次探测的时间为并将该时间设定为单位时间；经过i个单位时间后，热点源到当前中继的距离为dsr(i)，当前中继到目的用户的距离为drD(i)；1-2)构建备选中继分布模式在目的用户进行中继重选的过程中，有M个备选中继可供选择，将其编号为1、2、3…M；备选中继i距热点源为备选中继距目的用户的距离为备选中继距目的用户的距离服从均匀分布：1-3)构建无线D2D中继网络数据传输模型，作为中继重选过程的信道状况信息当前中继支持下的无线D2D中继网络数据传输速率为：其中，热点源发射功率为Ps，中继发射功率Pr，传输带宽为W；经过i个单位时间后，当前中继的传输速率为Xr(i)，由于当前中继正处于匀速直线运动状态，则在不同的时间i，当前中继下的无线D2D中继网络数据传输速率会不同；备选中继支持下的无线D2D中继网络数据传输速率：其中，Pr为备选中继的发射功率，假设所有备选中继的发射功率相同，目的用户进行中继重选关注备选中继能够稳定进行D2D中继通信的时间，在研究的时间范围内，认为Xi为恒定值；基于以上信道状况的表达式，可以得到D2D中继通信达到最大传输速率时中继所处的位置信息，即通过求解：得到当D2D中继通信达到最大传输速度时，中继到目的用户之间的距离为dmin，此时的D2D中继通信最大传输速度为：以该位置为分界线，当中继更靠近源时，中继到目的用户的信道状况限制了通信速率，当中继更靠近目的用户时，中继到源的信道状况限制了通信速率。3.根据权利要求1所述的无线D2D中继网络中基于社会性-信道信息的联合中继重选方法，其特征在于，步骤2)的具体操作，包括：2-1)构建两用户通信时长模型当两个用户i、j进入能够通信的范围内，并维持固定的位置后，网络开始记录用户i与用户j每次接触所持续的时间{CTi}作为通信时长，直至两用户有其中任何一方开始持续移动；与此同时，网络记录两用户的接触次数Ni，j，根据获得的通信时长的历史数据，能够评估两用户通信时长的统计平均值Mi，j，如下所示：进一步，能够评估两用户通信时长的方差Ii，j，将其定义为两用户D2D通信不稳定性因子，具体描述如下：基于以上通信时长的均值和方差，得到两用户通信时长服从的统计分布为：得到通信时长分布的概率密度函数如下：式中，2-2)建立备选中继平均重选通信时长模型，作为中继重选过程中的社会信息：备选中继i与用户j的平均通信时长设为Mi，j，方差设为Ii，j，则该备选中继与所有N个用户的通信时长平均值可表述为如下形式：备选中继与所有N个用户的通信时长方差可表述为如下形式：由于无法直接获得备选中继与目的用户之间的通信时长统计信息，因此，将根据备选中继与网络中用户的平均通信时长统计信息预测备选中继与目的用户通信时长的统计特性，即：基于备选中继的Mi、Ii，获得备选中继与目的用户通信时长的统计分布：设目的用户与备选中继i的重选通信时长为随机变量T，通信时长为X，若的用户在X时间段内任意时刻C开始进行中继重选，则有：T＝X-C；备选中继i与目的用户通信时长X的概率密度函数fi(x；ki，θi)，中继重选时刻C服...

【专利技术属性】
技术研发人员：张赫，杜清河，任品毅，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61