一种基于LTE车联网的中继选择方法技术

本发明专利技术涉及车联网通信技术领域，尤其涉及一种基于LTE车联网的中继选择方法。本发明专利技术是在基于LTE搭建车辆互联通信网络的基础之上，去重点解决中继通信节点的优化选择问题，提出了一种基于位置分区的D2D协助通信中继选择算法。本发明专利技术的算法与传统的基于信干噪比最大化穷举搜索算法相比，系统容量虽然有一些下降，但是下降的程度不大；本发明专利技术算法，在降低基站负载、减少系统信令开销方面的性能有很大程度的提升，从仿真结果可以清楚看出，本算法运行中，所需要反馈的信道数量下降很大、以及整个算法的运行时间减少很多。这些方面性能的提升，使得本发明专利技术所提算法能够更好地适应信道环境多变的车辆互联网络环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车联网通信
，尤其涉及一种基于LTE车联网的中继选择算法。
技术介绍
1.车联网通信技术车联网主要是指利用先进的传感器技术、网络技术以及计算技术，对道路信息以及交通信息进行全方位的感知，实现多个系统间或者多个用户间的数据信息交互与共享，从而解决人、车辆、道路等之间的协同交互问题，提供以交通效率和交通安全为主的网络与应用。从以上描述可以看出，无线通信技术是车联网应用以及实现的基础。目前应用于车联网通信中的主要技术有VANET与LTE，其中VANET是一种移动自组织网络技术(Ad-hoc)，它主要是通过分配专用的频段用于互联通信，每个支持该技术的车辆都可以通过车载单元在专用频段上进行车辆与车辆之间的通信(V2V)以及车辆与路侧单元之间的通信(V2I)，而其中的路侧单元与主干网络相连，从而每个车辆节点所获得全方位的感知信息可以通过路侧单元向更广范围内的车节点或者用户进行传递；而LTE是由3GPP组织所制定的通用移动通信系统技术标准的长期演进，LTE系统引入了OFDM等关键技术，在频谱效率以及数据传输速率上有了显著的提高，系统容量以及覆盖面也得到了显著提升。此外，与以前的移动通信系统相比，LTE系统的网络构架更加扁平化、简单化，减少了网络节点以及系统的复杂度，从而减少了系统时延，同时也减低了网络的部署和维护成本。2.D2D通信技术在传统的蜂窝网络通信系统中，任何两个用户要想实现通信，都必须要经过基站<br>的中转来完成，即使两个用户相距较近也须如此。而随着小区内用户数量的增加、通信业务的增长，会使得基站的负载增大、频谱资源不足以及蜂窝用户的容量降低等。如果相距较近的两个用户可以不通过基站的中转，直接通信那可能会带来使得基站的负载减少等优点，基于此，在蜂窝网络通信引入D2D通信技术的想法随之产生。D2D通信并不是一种新的技术，它仅是一种通信模式，比如较早就广泛使用的蓝牙技术等。在蜂窝网络中引入D2D通信技术，在系统的控制下，允许设备之间通过复用小区资源直接进行通信看，而不再需要通过基站的中转，因此在一定程度上可以减轻基站的负载，同时也能够在提高系统频谱效率、系统容量等方面带来一些有益的影响。D2D通信有三种模式：①、蜂窝模式：D2D用户间相距超出一定阈值范围，还是得通过基站转发的通信模式。②、正交模式：D2D用户的通信资源和蜂窝用户的通信资源相互正交，即它们之间的通信没有同频干扰存在。③、复用模式：D2D用户通过对蜂窝用户资源的复用来进行通信，此时，它们之间的通信会有同频干扰存在。3.D2D通信中继技术D2D通信可以对蜂窝用户的上行链路资源或者下行链路资源进行复用，由于对上行或者下行资源复用的不同，整个网络中的干扰情况也会不同，而且考虑到基站对干扰的控制能力更强一些，同时相对于下行链路，上行链路的负载可能较低一些，所以大多数研究中都是假设D2D用户对蜂窝用户的上行链路资源进行复用。当D2D用户对相距超出D2D通信所允许的最大范围时，此时，如果仍然还想通过D2D模式进行通信，那么就必须选择中继用户节点，进行协助D2D通信，而由于中继节点的加入，使得整个D2D通信链路被分成两段，每一段对蜂窝用户资源的复用可以有很多种情况，而每一种情况下，由于复用资源的不同，会导致整个D2D链路的通信性能也会有所不同。现有D2D中继选择算法一般都是基于信干噪比最大或者干扰最小进行设计的，它们在中继选择时，需要对每一个空闲用户，并且在假设对每一个允许复用的蜂窝用户资源进行复用的情况下，分别计算出它们的信干噪比或者干扰，选择出所对应信干噪比最大或者干扰最小的蜂窝用户资源，并把该通信资源分配给相对应的D2D通信用户对，使其进行D2D协助通信。目前应用于车辆互联的通信技术主要有VANET与LTE，它们各有优缺点。VANET具有部署容易、技术成熟、能够直接支持V2V等优点，但与此同时，该技术也面临着可扩展性不强、时延不可控以及服务质量(QoS)没法保证等缺点。由于路侧单元的无线电覆盖范围有限，因此VANET只能提供短暂或者间断性的V2I通信。由于蜂窝移动通信网络的广泛部署，以及基站(eNB)的覆盖范围一般较大等，使得LTE相对于VANET具有覆盖范围广、传输速率高以及时延较低等优点，但是LTE应用于车联网会面临以下一些问题：①、LTE系统中的频谱资源是十分珍贵的，若要想把LTE直接应用到车联网中，那必将会有大量车节点需要接入该系统中，可LTE系统中的现有资源本来就已经非常紧张了，若再加入这么多车节点用户，那频谱资源匮乏问题必定会显得愈加严峻。②、为了实现车辆之间信息尽可能实时地交互与共享，那车辆必定要不断地向基站传递自己的信息以供其他车辆获取，随着车辆数量的增加，势必会导致基站的信令开销快速增长，使得基站的负载过大。③、此外，车联网可能会更加关注交通效率以及交通安全等方面的应用，而这些应用对可靠性、时延性要求较高，而基于LTE系统基站中转的方式实现车辆互联通信，势必需要一些中转处理的时间，可能会导致不能很好地满足车联网的时延性要求。由以上分析可知，VANET与LTE应用于车联网各有不足之处，本专利是在LTE-A的基础之上引入D2D通信模式，使得车与车之间能够在基站的控制下复用蜂窝用户资源直接进行通信，而不再经过基站的中转。可在车联网环境中，D2D对的通信距离很有可能就超出了D2D通信所允许的最大值，此时要想进行D2D通信，就必须通过中继协助的方式来实现。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷或不足，本专利技术在D2D中继协助方面进行了研究，基于LTE搭建车辆互联通信网络的基础之上，提出了一种基于位置分区的D2D协助通信中继选择算法，去重点解决中继通信节点的优化选择问题，如存在基站的负载过大、系统信令开销较大等方面的不足之处。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为提供一种建立D2D通信中继模型，然后进行基于位置分区的中继选择算法，该算法包括以下步骤：(1)、对系统参数进行初始化，获取所有蜂窝用户和空闲用户的速度和位置信息，初始化蜂窝用户集合M，空闲用户N总数量为n，i＝0，in＝0，max＝0，min＝PI；(2)、判断i＝n，如果为假，进行第(3)步，如果为真，进行第(7)步；(3)、判断：是否都成立，如果成立将Ri加入集合B中，进行步骤(4)，如果不成立，直接进行步骤(6)；式中β为PD与PC的比值，PD为蜂窝用户D的发射功率，PC为蜂窝用户C的发射功率，dSRi为点S到节点Ri的距离，dCR为点C到基站和基站到节点Ri的距离，dRiD为节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LTE车联网的中继选择算法，其特征在于：建立D2D通信中继模型，然后进行基于位置分区的中继选择算法，该算法包括以下步骤：(1)、对系统参数进行初始化，获取所有蜂窝用户和空闲用户的速度和位置信息，初始化蜂窝用户集合M，空闲用户N总数量为n，i＝0，in＝0，max＝0，min＝PI；(2)、判断i＝n，如果为假，进行第(3)步，如果为真，进行第(7)步；(3)、判断：是否都成立，如果成立将Ri加入集合B中，进行步骤(4)，如果不成立，直接进行步骤(6)；式中β为PD与PC的比值，PD为蜂窝用户D的发射功率，PC为蜂窝用户C的发射功率，dSRi为点S到节点Ri的距离，dCR为点C到基站和基站到节点Ri的距离，dRiD为节点Ri到节点D的距离，γD为蜂窝用户D信干燥比，γC为蜂窝用户C信干燥比，δD为蜂窝用户D中断概率门限值，δ为中断概率门限值，r为蜂窝用户半径，(4)、把两段链路中距离较远的那段距离大小称之为有效距离，并记为dRi，用式子表示为dRi＝max(dSRi,dRiD)，判断min>dRi，如果为假，进行第(6)步，如果为真，进行第(5)步；(5)、min＝dRi，in＝i，进行第(6)步；(6)、i＝i+1，进行第(2)步；(7)、将i设置为0，计算dA＝din+a，将in值设为0；dA为最短有效距离， a为补偿距离；(8)、判断i＝n，如为真，跳转第(15)步，如果为假，进行第(9)步；(9)、判断dRi<dA是否为真，如果为真，进行第(10)步，如果不为真，进行第(14)步；(10)、分别计算两段通信链路对基站的干扰值ISB与IRiB,进行第(11)步，其中c为常量系数，α为路径损耗系数，dSB与dRiB分别为发送端与中继节点到基站的距离值，PSB与PRiB分别为发送端与中继节点的发射功率，而hSB与hRiB分别为发送端与中继节点到基站的小尺度衰落；(11)、判断：ISB<IT，IRiB<IT，其中IT为基站干扰门限，如果为真，进行第(12)步，如果为假，进行第(14)步；(12)、计算判断max<γRi，如果为真，进行第(13)步，如果不为真，跳至第(14)步；式中：γRi为节点Ri信干燥比，Ps、PCm、PRi分别为节点S、节点m、节点Ri的发射功率，hSRi、hCmRi、hRiD、hCmD分别为节点S到节点Ri、节点m到节点Ri、节点Ri到节点D、节点m到节点D的小尺度衰落，N0为高斯白噪声功率大小；(13)、in＝i，max＝γRi，进行第(14)步；(14)、i＝i+1，进行第(8)步；(15)、判断max＝0，如果成立，将i设为0，in设为0，进行第(16)步，如果不成立，i即为选择的中继，结束；B为所占用资源块的频带宽度，N0为高斯白噪声功率大小。...

【技术特征摘要】
1.一种基于LTE车联网的中继选择算法，其特征在于：
建立D2D通信中继模型，然后进行基于位置分区的中继选择算法，该算法包括以下步
骤：
(1)、对系统参数进行初始化，获取所有蜂窝用户和空闲用户的速度和位置信息，初始
化蜂窝用户集合M，空闲用户N总数量为n，i＝0，in＝0，max＝0，min＝PI；
(2)、判断i＝n，如果为假，进行第(3)步，如果为真，进行第(7)步；
(3)、判断：是否都成立，如果成立将Ri加入集合B
中，进行步骤(4)，如果不成立，直接进行步骤(6)；
式中β为PD与PC的比值，PD为蜂窝用户D的发射功率，PC为蜂窝用户C的发射功率，dSRi为点
S到节点Ri的距离，dCR为点C到基站和基站到节点Ri的距离，dRiD为节点Ri到节点D的距离，
γD为蜂窝用户D信干燥比，γC为蜂窝用户C信干燥比，δD为蜂窝用户D中断概率门限值，δ为
中断概率门限值，r为蜂窝用户半径，
(4)、把两段链路中距离较远的那段距离大小称之为有效距离，并记为dRi，用式子表示
为dRi＝max(dSRi,dRiD)，判断min>dRi，如果为假，进行第(6)步，如果为真，进行第(5)步；
(5)、min＝dRi，in＝i，进行第(6)步；
(6)、i＝i+1，进行第(2)步；
(7)、将i设置为0，计算dA＝din+a，将in值设为0；dA为最短有效距离，a为补偿距离；
(8)、判断i＝n，如为真，跳转第(15)步，如果为假，进行第(9)步；
(9)、判断dRi<dA是否为真，如果为真，进行第(10)步，如果不为真，进行第(14)步；
(10)、分别计算两段通信链路对基站的干扰值ISB与IRiB,进行第(11)步，其中c为常量系数，α为路径损耗系数，dSB与dRiB分别为
发送端与中继节点到基站的距离值，PSB与PRiB分别为发送端与中继节点的发射功率，而hSB与hRiB分别为发送端与中继节点到基站的小尺度衰落；
(11)、判断：ISB<IT，IRiB<IT，其中IT为基站干扰门限，如果为真，进行第(12)步，如果为
假，进行第(14)步；
(12)、计算判断max<γRi，如果为
真，进行第(13)步，如果不为真，跳至第(14)步；式中：γRi为节点Ri信干燥比，Ps、PCm、PRi分
别为节点S、节点m、节点Ri的发射功率，hSRi、hCmRi、hRiD、hCmD分别为节点S到节点Ri、节点m到
节点Ri、节点Ri到节点D、节点m到节点D的小尺度衰落，N0为高斯白噪声功率大小；
(13)、in＝i，max＝γRi，进行第(14)步；
(14)、i＝i+1，进行第(8)步；
(15)、判断max＝0，如果成立，将i设为0，in设为0，进行第(16)步，如果不成立，i即为选
择的中继，结束；

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志华，李国治，赵尚春，陈守凤，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44