一种D2D-VLC全向通信网络中基于色分退避机制的邻居发现方法技术

技术编号:19831130 阅读:23 留言:0更新日期:2018-12-19 17:29
本发明专利技术公开了一种D2D‑VLC全向通信网络中基于随机退避机制的邻居发现方法,具体包括:D2D‑VLC全向通信网络中,根据是否能够接入小区网络将用户设备分为两类:发起者和响应者;可接入小区网络的用户设备被划分为发起者,能够发送信道空闲包和接收请求包,根据信道是否发生次冲突,进行相关信息处理,并对发现的邻居进行动态处理和维护。未接入小区网络的用户设备被划分为发起者,发起者探知信道发生冲突时,采用基于色分退避机制,随机选择退避时间间隔并重新发送请求包。采用本方法,能够实现D2D‑VLC全向通信网络中终端设备之间的快速发现,解决发现过程中多用户冲突的问题,同时提高发现概率,减少发现延迟,增加D2D‑VLC全向通信网络的健壮性。

【技术实现步骤摘要】
一种D2D-VLC全向通信网络中基于色分退避机制的邻居发现方法
本专利技术属于可见光通信(VLC)
,具体而言,涉及一种D2D-VLC全向通信网络中基于色分退避机制的邻居发现方法。
技术介绍
近年来,发光二极管(LightEmittingDiode,LED)以其寿命长、能耗低、绿色环保等优点快速占领了照明市场,成为下一代节能环保的照明产品。借助于LED特有的发光响应特性,日本庆应义塾大学的研究人员于2000年成功研制出一种新的通信技术,即可见光通信技术(VisibleLightCommunication,VLC)。VLC具有通信速率高、频谱丰富、无电磁辐射、高保密性等优点,同时兼顾了照明和通信,具有极大的发展前景。随着数据业务量的不断增长,终端用户之间的信息交互量变得越来越庞大,终端直通通信(Device-To-DeviceCommunication,D2D)因其显著提升系统容量的潜力而受到广泛的关注,目前D2D通信技术已被写入中国5G技术的白皮书。在D2D通信中,设备间如何发现彼此并建立通信链路是实现通信的基础,根据现有的国内外研究成果,设备发现机制通常有两种方式:蜂窝控制下的设备发现和直接设备发现。蜂窝控制下的设备发现由蜂窝主导建立用户设备间的D2D通信链路,不足之处在于用户设备等待时间太长,且占用蜂窝通信资源,一定程度上导致蜂窝用户接入的拥塞。直接设备发现不需要蜂窝的控制,用用户设备自主建立D2D通信链路,该发现方式能够适应不断变化的环境,但也存在发现几率低、用户功率消耗大等缺点。D2D-VLC全向通信是将D2D技术与VLC通信技术相结合,有效利用了两种技术的优势,一定程度上解决了D2D通信带宽受限和VLC技术灵活性的问题。然而受VLC小区覆盖范围的限制,小区外的用户设备无法接入到小区网络中,这使得蜂窝控制下的设备发现方式不适用于该场景中,而且在D2D-VLC平台中设备发现过程必须快速且灵敏。直接设备发现方式能够快速实现邻居发现,非常适用于该平台。值得注意的是D2D-VLC通信与射频D2D通信在通信信道、调制机制等方面都有一定的差别,比如,射频D2D通信在通信距离上有很大的优势,而D2D-VLC通信的通信距离较短且容易受到遮挡;D2D-VLC通信因其特有的调制机制能实现更高的频谱复用率。这些差别使得现有的设备发现方式不能直接应用到D2D-VLC全向通信平台中。为了解决网络中大量用户同时竞争有限资源而造成碰撞的问题,退避机制被提出并得到广泛的应用,在一定程度上解决了网络拥塞等问题;目前已有多种退避算法应用到不同网络当中以对抗网络冲突。在此,本专利技术提出一种基于随机退避机制的直接设备发现方法来减少冲突。在上述基础上,本专利技术引入可见光通信中独有的色分技术,这使得可选资源块的数量大大提高,不同设备用户选择同一资源块的概率大幅度降低,进一步减少冲突的发生,同时减少发现延迟。
技术实现思路
本专利技术提供一种D2D-VLC全向通信网络中基于色分退避机制的邻居发现方法,实现D2D-VLC全向通信网络中终端设备之间的快速发现,解决可见光通信中存在通信覆盖范围小,发现过程中多用户冲突的问题,达到相邻终端设备间快速发现彼此,且能够动态实时的进行邻居发现的要求,同时提高发现概率,减少发现延迟,增加D2D-VLC全向通信网络的健壮性。为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案具体步骤如下:步骤一、启动D2D-VLC全向通信网络平台,并进行网络用户设备的初始化。步骤二、根据用户是否可以接入VLC小区网络,将用户分为发起者和响应者两类,其中可接入小区网络的用户为发起者,不能接入小区网络的用户(即不在VLC小区网络覆盖范围内)为响应者。步骤三、发起者检测自身信道状态,信道被占用则持续检测,直到检测到信道空闲时,向周围广播信道空闲包。步骤四、响应者处于监听状态,当监听到信道空闲包后,以概率Psend决定是否参与信道竞争。决定参与信道竞争的响应者在大小为N资源池中随机选择一个资源块作为发送通道,将包含设备信息的请求包发送给发起者。步骤五、发起者检测接收到的信息,判断是否发生多个请求包同时到达而导致的冲突;发生冲突则广播信道冲突包,响应者收到信道冲突包后随机退避M个时隙,并重新发送请求包;否则解析请求包,将邻居设备信息存储到邻居列表中。并发送反馈包。步骤六、响应者接收到自己被发现的反馈包后在本周期T内停止发送请求包,停止监听,响应者等待下个周期T开始在预留时隙中发送维护信息。本专利技术机制中包含四种类型的数据包,包括信道空闲包、请求包、信道冲突包和反馈包。所述信道空闲包是发起者广播信道空闲的数据包,包内含有表征信道空闲的信息。所述请求包是响应者发送的请求发现的数据包,包内含有发起者名称、设备发射方向等信息。所述信道冲突包是发起者广播信道冲突的数据包,包内含有表征信道冲突的信息。所述反馈包是发起者接收到请求包后反馈回响应者的数据包,包内含有发起者名称、接收请求包的方向和响应者的相关信息,只有相应的响应者才处理相应的反馈包。本专利技术主要包括4个关键技术:色分退避机制、冲突检测机制、邻居列表维护机制和最佳退避时隙TM选择。所述色分退避机制具体描述如下:响应者以概率Psend决定是否发送请求包,决定发送请求包后在数量为N的信道资源池中随机选择一个信道资源进行请求包的发送,若接收到信道冲突包,则随机退避M(0≤M≤TM)个时隙再次发送请求包,若接收到相应反馈包,则表示完成邻居发现过程,该周期T内不再发送请求包,等待下一周期。所述Psend表示响应者接收到信道空闲包后发送请求包的概率,假设有n个邻居节点接收到信道空闲包,则在单个信道资源情况下,能进行成功发现的概率Psuccess用如下公式表示:对上述公式求导,可得出当Psend=1/n时,成功发现的概率最大,即发生冲突的概率最小。所述数量为N的资源池,N的值用公式N=Nt*Nc计算,Nt表示单个周期内时隙数,Nc表示颜色信道数。所述Nt用公式Nt=T/τ计算,其中T表示邻居发现周期的大小,τ表示发起者发现处理单个邻居请求包和发送反馈包所用的时间。所述Nc的值是根据色分技术决定的,能够大大增加资源池中资源的数量N,从而有效降低冲突的产生。所述色分技术是可见光通信中特有的通信技术,不同颜色的单色光对应着不同的波长和频率,而且所携带的信号之间是相互独立的,彼此之间不会发生干扰,可使用相同的接收端进行信号接收。为节约成本和便于实现,发送端使用RGB-LEDs作为发射源,发送端可选择不同颜色通道发送信息,接收端使用滤波装置,实现对不同颜色信号的接收,且支持多个信号的同时接收,大大降低了发现时延和冲突发生的概率。所述冲突检测机制具体描述如下:本专利技术中将冲突定义为:当有两个或者两个以上响应者选择相同资源块时,发起者会同时收到多个响应者发送过来的请求包,此时无法正确解析请求包,则产生了冲突。发起者检测冲突的关键是对接收到的请求包信号质量(SINR)和能量(POWER)进行判决。根据通信环境情况,设置信号质量判决门限DSINR和能量判决门限Dpower,当且仅当发起者接收到的信号能量和质量高于两个判决门限值时,判决该信号为请求包信号,发现成功,否则判定为发生冲突,发起者发送信道冲突包。所述邻居列表维护机制具体描述如本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种D2D‑VLC全向通信网络中基于色分退避机制的邻居发现方法,其特征在于,所述邻居发现方案包括以下步骤:步骤一、启动D2D‑VLC全向通信网络平台,并进行网络设备和用户的初始化;步骤二、根据用户是否可以接入VLC小区网络,将用户分为发起者和响应者两类,其中可接入小区网络的用户为发起者,不能接入小区网络的用户(即不在VLC小区网络覆盖范围内)为响应者;步骤三、发起者检测自身信道状态,信道被占用则持续检测,直到检测到信道空闲时,向周围广播信道空闲包;步骤四、响应者处于监听状态,当监听到信道空闲包后,以概率Psend决定是否参与信道竞争,决定参与信道竞争的响应者在大小为N资源池中随机选择一个资源块作为发送通道,将包含设备信息的请求包发送给发起者;步骤五、发起者检测接收到的信息,判断是否发生多个请求包同时到达而导致的冲突;发生冲突则广播信道冲突包,响应者收到信道冲突包后随机退避M个时隙,并重新发送请求包;否则解析请求包,将邻居设备信息存储到邻居列表中。并发送反馈包;步骤六、响应者接收到自己被发现的反馈包后在本周期T内停止发送请求包,停止监听,响应者等待下个周期T开始在预留时隙中发送维护信息,发起者启动邻居维护机制。...

【技术特征摘要】
1.一种D2D-VLC全向通信网络中基于色分退避机制的邻居发现方法,其特征在于,所述邻居发现方案包括以下步骤:步骤一、启动D2D-VLC全向通信网络平台,并进行网络设备和用户的初始化;步骤二、根据用户是否可以接入VLC小区网络,将用户分为发起者和响应者两类,其中可接入小区网络的用户为发起者,不能接入小区网络的用户(即不在VLC小区网络覆盖范围内)为响应者;步骤三、发起者检测自身信道状态,信道被占用则持续检测,直到检测到信道空闲时,向周围广播信道空闲包;步骤四、响应者处于监听状态,当监听到信道空闲包后,以概率Psend决定是否参与信道竞争,决定参与信道竞争的响应者在大小为N资源池中随机选择一个资源块作为发送通道,将包含设备信息的请求包发送给发起者;步骤五、发起者检测接收到的信息,判断是否发生多个请求包同时到达而导致的冲突;发生冲突则广播信道冲突包,响应者收到信道冲突包后随机退避M个时隙,并重新发送请求包;否则解析请求包,将邻居设备信息存储到邻居列表中。并发送反馈包;步骤六、响应者接收到自己被发现的反馈包后在本周期T内停止发送请求包,停止监听,响应者等待下个周期T开始在预留时隙中发送维护信息,发起者启动邻居维护机制。2.根据权利要求1所述的一种D2D-VLC全向通信网络中基于色分退避机制的邻居发现方法,其特征在于,所述邻居发现方案主要包括以下四个技术:所述基于色分退避机制具体描述为:响应者以概率Psend决定是否发送请求包,决定发送请求包后...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄治同刘明涛纪越峰
申请(专利权)人:北京邮电大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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