一种5G系统中终端直通D2D路由选择方法技术方案

本发明专利技术公开了一种5G系统中终端直通D2D路由选择方法，包括如下步骤：步骤1，当两个节点需要进行通信时，计算它们之间每条路径的剩余电量加权和以及每条路径所处环境信噪比加权和；步骤2，计算每条路径的特征值，选取其中特征值最大的路径作为两个节点之间的路由路径；步骤3，经过时间T后，再次计算每条路径的特征值，选取其中特征值最大的路径作为两个节点之间的路由路径。

A route selection method for terminal direct through D2D in 5G system

The invention discloses a terminal through the D2D routing method in 5G system, which comprises the following steps: Step 1, when the two nodes need to communicate, the remaining power weighted calculation of each path between them, and each path environment and weighted signal-to-noise ratio; step 2, calculation of each path value. The characteristics of the maximum path as the routing path between two nodes; step 3, after T, the characteristics of each path again calculated values, selected the largest eigenvalue path as the routing path between two nodes of the path.

【技术实现步骤摘要】
一种5G系统中终端直通D2D路由选择方法
本专利技术属于移动通信
，涉及一种5G系统中终端直通D2D路由选择方法。
技术介绍
蜂窝通信经历了从第一代以话音业务为代表的模拟式移动电话系统，到大规模商用的第四代(4G)以移动数据、移动计算及移动多媒体为代表的无线宽带系统的持续演进。当前阶段，随着智能终端的快速普及以及网络通信容量的爆炸式增长，面向5G的无线通信技术的演进需求也更加明确及迫切，开始受到业界极大关注。在面向5G的无线通信技术的演进中，一方面，传统的无线通信性能指标，比如网络容量、频谱效率等需要持续提升以进一步提高无线频谱利用率；另一方面，更丰富的通信模式以及由此带来的终端用户体验的提升以及蜂窝通信应用的扩展也是一个需要考虑的演进方向。作为面向5G的关键候选技术，设备到设备通信(Device-to-Device，D2D)，即终端直通技术具有潜在的提高系统性能、提升用户体验、扩展蜂窝通信应用的前景，受到广泛关注。D2D技术，是指邻近的终端可以在近距离范围内通过直连链路进行数据传输的方式，而不需要通过中心节点(即基站)进行转发。D2D技术本身的短距离通信特点和直接通信方式，使其具有如下优势：(1)终端近距离直接通信方式可实现较高的数据速率、较低的延迟和较低的功耗；(2)利用网络中广泛分布的用户终端以及D2D通信链路的短距离特点，可以实现频谱资源的有效利用，获得资源空分复用增益；(3)D2D的直接通信方式能够适应如无线P2P等业务的本地数据共享需求，提供具有灵活适应能力的数据服务；(4)D2D直接通信能够利用网络中数量庞大且分布广泛的通信终端以拓展网络的覆盖范围。因此，在未来的5G系统中，D2D通信关键技术必然将以具有传统的蜂窝通信不可比拟的优势，在实现大幅度的无线数据流量增长、功耗降低、实时性和可靠性增强等方面，起到不可忽视的作用。D2D通信工作在蜂窝网络下，虽然该技术指的是终端(设备)之间的直接通信，但是在直接通信的基础上，也可以借助基站的一些辅助。根据是否借助基站的辅助，D2D通信被分为借助基站辅助的D2D通信以及不借助基站的D2D通信。(1)由网络完全控制的D2D通信由网络完全控制的D2D通信是指以基站集中控制D2D用户的通信，基站控制D2D用户之间通信的连接建立以及无线资源的分配。这样的通信方式有利于对干扰进行控制以及全局资源的管理，因为存在一个控制中心，对全局化的一些控制变得非常方便。但是这种方式也存在着问题，因为D2D的通信特性，基站很难获得大量的关于D2D通信的链路转台信息，特别是当所处的网络较差或者D2D通信链路过多时，收集这些信息会导致大量的信令开销，阻碍了频谱利用率的提升，并且在一定程度上违背了D2D通信的本质，使D2D通信缺乏足够的灵活性和自主性。这样方式适合蜂窝小区业务量比较小的情况，网络中的D2D通信链路数量也较少。(2)由网络辅助的自主D2D通信该方案主体是D2D通信，但是需要网络提供一些相应的辅助帮助，在网络提供帮助的前提下D2D用户以自主的方式实现通信。由网络辅助的自主D2D通信方式需要用到认知无线电技术，充分利用D2D用户分散的特点，由D2D用户对周围的环境进行自主的感知，并获取相应的干扰信息、链路状态信息以及所属的蜂窝网的一些相关信息。以D2D用户自主自身作为通信的控制主体，即不违背D2D通信的特性，还能避免由基站集中控制时所带来的开销以及频谱效率等问题。上述两种控制方案之间可以互补。针对不同的场景使用不同的D2D控制方案进行D2D通信。当使用由网络集中控制的D2D通信方案，使用该方案便于对网络全局化的管理协调。当D2D通信所在的蜂窝网小区业务量较大，D2D通信的链路数量较多时，可以使用由网络辅助的自主D2D通信控制方案，使用该方案能够提升系统的皮普利用率，使系统间的资源共享更加灵活。D2D通信可以使用户之间直接通信，如果两个用户之间距离过远或者通信环境较差，用户之间就不能直接单挑到达。其中一个解决方案就是将用户由D2D通信模式切换到蜂窝模式，由基站来进行转发信息，但是这种方式会对基站造成一定的负担，违背了D2D通信的初衷，并且当基站的负荷较大时，通信还可能中断。另一种解决方案是将D2D用户作为中继节点来转发信息。当网络中的终端作为中继节点，负责转发信息，此时需要一个合适的路由协议，以保证网络的通信质量。路由的过程是利用协议/算法去实现两个设备之间端到端的通信，现阶段提出的智能路由算法可以在一定程度上满足上述要求，这些算法包括分层算法(基于树的算法和基于簇的算法)、背景感知算法以及生物启发式算法(蚁群油画算法)。其中基于簇的分层算法指的是把设备以一种分层的方式分成一个个簇。设备在他们自己的阶层当中有着不同的作用。最高等级的设备被称为领头簇，他负责传输一个簇到另一个簇的通信信息。现阶段提出的基于网络编码的D2D算法，在多挑D2D通信中利用网络编码方式进行传输，考虑最大化网络编码机率进行路由选择。与传统多挑D2D通信路由方案相比，这种方式通过提升每个中继节点传输链路的性能提升了网络的整体性能，缩短传输时间，提升网络吞吐量。现阶段提出的一类基于功率控制的D2D路由算法，该算法主要考虑的是网络中的干扰问题，充分利用网络中的干扰关系以及信噪比门限，通过控制用户的发送功率来保证蜂窝网络下宏用户以及D2D用户的通信质量。此外，现阶段还提出了一种基于社交信息的D2D路由算法，通过统计用户的历史信息数据来对用户的资源需求以及未来的行为进行预测，主要针对移动自组织网络下的D2D通信，充分考虑用户的社会性去进行路由的选择，能够很大程度上提高移动自组织网络下的通信质量。在当前的研究中，已经有人提出了多项智能化的D2D路由协议方案，但是因为D2D通信不同于普通通信，其设备多为移动终端或物联网终端，因此D2D通信网络的多跳性能可能会受到设备的剩余电量的限制，另外，由于无线环境的复杂性，终端设备所处环境的信噪比差异较大。终端剩余电量的多少将会影响待机时间，所处环境的信噪比，将影响数据传输速率。这些因素都将影响多跳D2D通信的路由选择，而目前已有的路由协议，并没有将终端的剩余电量以及所处环境的信噪比等因素进行综合考虑，去设计路由协议。因此基于上述原因，提出一种基于终端剩余电量和信噪比的终端直通(D2D)路由选择方案。
技术实现思路
本申请提出的一套基于终端剩余电量和信噪比的终端直通(D2D)路由选择方案，可以在提升系统待机时间的同时，最大化系统吞吐率。本专利技术包括如下步骤：步骤1，当两个节点需要进行通信时，计算它们之间每条路径的剩余电量加权和以及每条路径所处环境信噪比加权和；步骤2，计算每条路径的特征值，选取其中特征值最大的路径作为两个节点之间的路由路径；步骤3，经过时间T后，再次计算每条路径的特征值，选取其中特征值最大的路径作为两个节点之间的路由路径。(在移动网络中，终端的相关参数：剩余电量以及所处环境的干扰情况(信噪比)，都实时发生变化，因此所选路径不是一成不变，因此需要隔一段时间，对各路径特征值进行计算，以便进行路径选择更新，选择最优的路径)。步骤1包括：假设节点s和节点d之间有m条路径，其中一条路径为a，路径a上有x个节点，分别为a1、a2、…、ax，其中ax表示第x个节点，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种5G系统中终端直通D2D路由选择方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，当两个节点需要进行通信时，计算它们之间每条路径的剩余电量加权和以及每条路径所处环境信噪比加权和；步骤2，计算每条路径的特征值，选取其中特征值最大的路径作为两个节点之间的路由路径；步骤3，经过时间T后，再次计算每条路径的特征值，选取其中特征值最大的路径作为两个节点之间的路由路径。

【技术特征摘要】
1.一种5G系统中终端直通D2D路由选择方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，当两个节点需要进行通信时，计算它们之间每条路径的剩余电量加权和以及每条路径所处环境信噪比加权和；步骤2，计算每条路径的特征值，选取其中特征值最大的路径作为两个节点之间的路由路径；步骤3，经过时间T后，再次计算每条路径的特征值，选取其中特征值最大的路径作为两个节点之间的路由路径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：假设节点s和节点d之间有m条路径，其中一条路径为a，路径a上有x个节点，分别为a1、a2、…、ax，其中ax表示第x个节点，通过如下公式计算路径a的剩余电量加权和ENa：ENa＝Ra1*ENa1+Ra2*ENa2+…+RaxENax，(1)其中，Rax表示节点ax对应的剩余电量加权系数，ENax表示节点ax对应的剩余电量；通过如下公式计算路径a所处环境信噪比加权和SNa：SNa＝Ea1*SNa1+Ea2*SNa2+…+Eax*SNax，(2)其中，Eax表示节点ax所处环境信噪比加权系数，S...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新，陈旭奇，彭雄根，刘海林，王强，王浩宇，
申请(专利权)人：江苏省邮电规划设计院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32