降低D2D信令开销与频谱资源干扰的信息终端及其通信方法技术

本发明专利技术请求保护一种降低D2D信令开销与频谱资源干扰的信息终端及其通信方法，首先将D2D服务器植入移动终端，作为一个公用的服务器；其次，在移动终端采用SDN本地控制器植入手机内核中；最后，在移动终端嵌入一个具有转发功能的转发实体Open vSwitch虚拟交换机以及一个负责进行D2D通信的移动设备的无线资源映射的无线资源映射器。可有效地减少移动终端与网络端之间信令的交互次数和延迟，同时有效地避免了D2D用户与D2D用户之间、WiFi连接下D2D用户、WiFi连接下D2D用户与蜂窝网络用户之间以及D2D用户与蜂窝网络用户之间的干扰，减少频谱资源干扰的同时也提高了频谱资源的利用率。

Information terminal for reducing D2D signaling overhead and spectrum resource interference and communication method thereof

The invention relates to an information terminal to reduce signaling overhead and D2D spectrum interference and its communication method, the D2D server into the mobile terminal, as a public server; secondly, in the mobile terminal using SDN local controller into a mobile phone in the kernel; the most, in the wireless resource mapping device embedded in a wireless mobile terminal resource mapping is forwarding forwarding entity Open vSwitch virtual switches and one for D2D mobile communications equipment. Can effectively reduce the number of interactions in signaling between mobile terminal and network terminal and delay, and effectively avoid the interference between WiFi, D2D and D2D users to connect D2D users, WiFi connection between D2D users and D2D users and users of cellular network and cellular network users, reduce the interference and improve the spectrum resources the utilization of spectrum resources.

【技术实现步骤摘要】
降低D2D信令开销与频谱资源干扰的信息终端及其通信方法
本专利技术涉及移动通信技术和无线通信
，涉及一种在采用终端直通(D2D，device-to-devicecommunication)技术进行通信时，在异构网络中，在其发现阶段能够降低信令开销以及在通信时降低频谱资源干扰的信息终端。
技术介绍
随着智能终端的普及和多样化，爆炸式增长的移动用户和多媒体服务导致业务过载、频谱资源濒临匮乏等问题。因此，如何有效提升频谱资源的效率成为了5G通信研究的关键性问题之一，而能够大大提升频谱效率的基于邻近服务的D2D也引起了国内外很多学者的关注。RAN1针对D2D技术与蜂窝接入网融合的研究，RAN2针对D2D的网络架构进行相关的研究，以保证和蜂窝网络有效的融合，以便使用D2D技术来更有效地提高频谱利用率，其主要有如下三个应用场景，如图1所示：场景1：两个移动终端在网络覆盖范围内使用D2D技术进行相互通信；场景2：两个移动终端在非网络覆盖的安全公共网络下使用D2D技术进行相互通信；场景3：两个移动终端中一个在网络覆盖范围内，另一个则未在网络覆盖范围内使用D2D技术进行相互通信。在上述三个应用场景下，两个移动用户设备之间一旦通信链路建立成功，其数据的传输就无需外部基础设施辅助，则D2D技术具有提升频谱利用率、减轻基站压力、降低端对端的传输时延、提高系统网络性能等优点。因此，D2D技术也将应用于未来具有多样化应用场景的5G异构网络中。由于频谱资源匮乏，因此提出了LTE-U的概念，将使用未授权的频谱资源(本专利技术将以WiFi作为一个实例)，例如WiFi、WLAN，因此在未来UE同样需灵活的与未授权网络连接下的移动用户设备进行D2D通信，其场景如图2所示，面对未来多样化应用场景需求的不同，而由于5G异构网络的复杂性、混合性等特点，基于邻近服务的D2D通信标准化也在逐步形成，这样使得D2D通信融入未来异构网络中将面临如下两个巨大挑战：第一，频谱资源匮乏，异构网络中频谱资源的共享使得D2D用户本身之间以及D2D用户和蜂窝用户之间将造成极大的干扰；第二，低延迟、能量效率和可扩展性对5G网络至关重要，而超密集异构网络使得覆盖密度和重覆盖区域增加，大规模的D2D用户同时接入将会导致高信令开销以及延长端对端等待时间；第三，在非蜂窝网络下无法对D2D通信的移动用户进行授权。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种在发现阶段可适当地降低信令开销以及减少基站与移动终端之间信令交互的来回次数，同时可有效地减少端对端等待时间；其在通信阶段，降低由于频谱资源的共享将使得D2D用户本身之间以及D2D用户和蜂窝用户之间将造成极大的干扰的降低D2D信令开销与频谱资源干扰的信息终端及其通信方法。本专利技术的技术方案如下：一种降低D2D信令开销与频谱资源干扰的信息终端，包括移动终端，其还包括嵌入在移动终端内核的D2D服务器，及软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，SDN)本地控制器、OpenvSwitch虚拟交换机、无线资源映射器；其中所述D2D服务器结合了邻近服务(ProximityService，ProSe)功能实体和ProSe应用服务器的功能；所述SDN本地控制器是嵌入在移动终端内核中作为后台服务运行，只要开启D2D应用时就会运行SDN本地控制器，它负责监视状态并控制OpenvSwitch和无线资源映射器，为每个应用程序选择一个合适的接口，它构建转发规则，并确定如何通过在Open流表中插入流条目来处理数据包；所述OpenvSwitch虚拟交换机作为移动终端的增强转发实体嵌入在移动设备中内核空间中，其可生成一个具有自己的IP地址的虚拟网桥，该IP地址将设置为移动设备的默认网关，它用于在D2D通信的情况下为应用选择合适的接口并将分组转发到D2D接口，来自一个应用程序的流量也可以使用OpenvSwitch分布在合适的接口上，OpenvSwitch根据SDN本地控制器建立的策略对控制流和数据流进行分离，连接到相应的接口，以通过这些接口转发数据包；所述无线资源映射器同样也是设置在移动终端的内核空间中，它由SDN本地控制进行控制分别负责D2D流和WiFi流的无线资源映射，避免两者产生干扰。进一步的，所述D2D服务器在采用D2D技术进行通信时，它的嵌入在移动终端中主要有如下作用：第一，供移动终端分别在网络不存在和存在的情况下使用D2D发现和通信功能；第二，在采用D2D技术时，当进行移动终端发现时，能够响应发现消息，并将ProSe应用程序ID、ProSe应用程序代码、有效性定时器及发现条目ID授权给移动终端中的D2D应用实体；第三，为每个用户存储和提供授权应用ID、ProSe功能ID。进一步的，所述移动终端和D2D服务器经由超文本传输协议HTTP消息进行通信。一种基于所述信息终端的降低D2D信令开销与频谱资源干扰的通信方法，其包括以下步骤：步骤1)：两个移动终端在采用D2D通信时，先需发现对方，这里假设UE1为发起方，UE2为监听方，UE1先向D2D服务器发起注册请求，D2D服务器同意UE1的请求后，则UE1向D2D服务器发起发现请求，并把UE1标识和D2D应用ID一并发给D2D服务器；步骤2)：D2D服务器通过UE1发来的标志和D2D应用ID，可知道具体哪一个UE需要进行D2D通信，当D2D服务器同意后，将产生相应的应用代码和IP给UE的虚拟交换机，并让虚拟交换机配置用于D2D通信的接口；步骤3)：在D2D服务器同意UE1的请求后，同时UE1发送一条含有其标识的通知给eNB，以便通知网络端，具体哪一个UE需要进行D2D通信，如果移动终端没有上下文，并在这一条消息中含有请求归属用户服务器提供授权，以便完成发现过程；步骤4)：同时，UE1收到D2D服务器对发现请求做出的响应后，则UE1配置完相应的接口后，给D2D服务器回一个响应，以便通知D2D服务器发起者UE1已配置完相应的接口，D2D服务器则向发起者UE1提供可用于进行D2D通信的UE列表；步骤5)：UE1接收D2D服务器提供可用于进行D2D通信的UE列表后，根据D2D服务器提供的可用于D2D通信的UE列表中选择其相应的UE2进行配对，并配置虚拟交换机；步骤6)：选择相应的UE2后，通知eNB，并由eNB通知相应的UE2，UE2可答应UE1的请求也可拒绝，当答应UE1的请求后，并配置其虚拟交换机，并通知eNB已同意UE1的请求，并由公用的D2D服务器请求网络端给U1和U2分配频谱资源，如果拒绝UE1的请求后，则返回通知eNB已拒绝UE1的请求，并执行拒绝相应的流程。步骤7)：当网络端分配给UE1和UE2分配资源后，由移动终端中的SDN本地控制器控制虚拟交换机选择相应的接口，同时控制资源映射器对进行D2D通信的资源进行映射，然后两个D2D用户进行相互通信。进一步的，所述步骤5)中eNB需在SIB-19(SystemInformationBlock-19,系统信息块)中时刻更新UE1周围的UE列表，此列表与D2D服务器进行核对，查询是否可用于D2D通信的UE，由D2D服务器进行筛选。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术适用于对低延迟和高频谱利用率的5G异构网络中进行D2D通信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低D2D信令开销与频谱资源干扰的信息终端，包括移动终端，其特征在于，还包括嵌入在移动终端内核的D2D服务器，及SDN本地控制器、Open vSwitch虚拟交换机、无线资源映射器；其中所述D2D服务器结合了邻近服务ProSe功能实体和ProSe应用服务器的功能；所述SDN本地控制器是嵌入在移动终端内核中作为后台服务运行，只要开启D2D应用时就会运行SDN本地控制器，它负责监视状态并控制Open vSwitch和无线资源映射器，为每个应用程序选择一个合适的接口，它构建转发规则，并确定如何通过在Open流表中插入流条目来处理数据包；所述Open vSwitch虚拟交换机作为移动终端的增强转发实体嵌入在移动设备中内核空间中，其可生成一个具有自己的IP地址的虚拟网桥，该IP地址将设置为移动设备的默认网关，它用于在D2D通信的情况下为应用选择合适的接口并将分组转发到D2D接口，来自一个应用程序的流量也可以使用Open vSwitch分布在合适的接口上，Open vSwitch根据SDN本地控制器建立的策略对控制流和数据流进行分离，连接到相应的接口，以通过这些接口转发数据包；所述无线资源映射器同样也是设置在移动终端设备的内核空间中，它由SDN本地控制进行控制分别负责D2D流和WiFi流的无线资源映射，避免两者产生干扰。...

【技术特征摘要】
1.一种降低D2D信令开销与频谱资源干扰的信息终端，包括移动终端，其特征在于，还包括嵌入在移动终端内核的D2D服务器，及SDN本地控制器、OpenvSwitch虚拟交换机、无线资源映射器；其中所述D2D服务器结合了邻近服务ProSe功能实体和ProSe应用服务器的功能；所述SDN本地控制器是嵌入在移动终端内核中作为后台服务运行，只要开启D2D应用时就会运行SDN本地控制器，它负责监视状态并控制OpenvSwitch和无线资源映射器，为每个应用程序选择一个合适的接口，它构建转发规则，并确定如何通过在Open流表中插入流条目来处理数据包；所述OpenvSwitch虚拟交换机作为移动终端的增强转发实体嵌入在移动设备中内核空间中，其可生成一个具有自己的IP地址的虚拟网桥，该IP地址将设置为移动设备的默认网关，它用于在D2D通信的情况下为应用选择合适的接口并将分组转发到D2D接口，来自一个应用程序的流量也可以使用OpenvSwitch分布在合适的接口上，OpenvSwitch根据SDN本地控制器建立的策略对控制流和数据流进行分离，连接到相应的接口，以通过这些接口转发数据包；所述无线资源映射器同样也是设置在移动终端设备的内核空间中，它由SDN本地控制进行控制分别负责D2D流和WiFi流的无线资源映射，避免两者产生干扰。2.根据权利要求1所述的降低D2D信令开销与频谱资源干扰的信息终端，其特征在于，所述D2D服务器在采用D2D技术进行通信时，它的嵌入在移动终端中主要有如下作用：第一，供移动终端分别在网络不存在和存在的情况下使用D2D发现和通信功能；第二，在采用D2D技术时，当进行移动终端发现时，能够响应发现消息，并将ProSe应用程序ID、ProSe应用程序代码、有效性定时器及发现条目ID授权给移动终端中的D2D应用实体；第三，为每个用户存储和提供授权应用ID、ProSe功能ID。3.根据权利要求1或2所述的降低D2D信令开销与频谱资源干扰的信息终端，其特征在于，所述移动终端和D2D服务器经由超文本传输协议HTTP消息进行通信。4.一种基于权利要求1所述信息终端的降低D2D信令开销与频谱资源干扰的通信方法，其特征在于，包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈发堂，周述淇，周佳，李小文，王丹，王华华，刘宇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50