D2D网络中支持P2P分享机制的数据下载路线设计方法技术

本发明专利技术D2D网络中支持P2P分享机制的数据下载路线设计方法。目的在于通过路由设计配合P2P数据分享来提升下载用户的平均下载速率。本发明专利技术通过全局考虑所有下载用户的位置分布，通过合理的设计路线使其尽可能多地通过其它下载用户附近，这样利用无线信道的广播特性，其它下载用户就可以接收到该条路线上传输的数据，从而增强自身的数据下载速率，同时控制跳数增加对目的下载用户造成的损害在可容忍水平内。仿真结果表明，本发明专利技术通过考虑全局下载用户的位置情况下，通过修改传输路径可以显著提高网络性能。综上所述，本发明专利技术在存在于多个下载用户/服务器情况下，可以有效提升系统下载用户的平均下载速率。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于5G网络中的D2D通信
，具体涉及D2D网络中支持P2P分享机制的数据下载路线设计方法，用于处理无线用户远距离下载数据问题，通过引入P2P分享机制并根据不同节点用户的位置对传输路径进行合理设计，可以有效提高用户的下载数据速率。
技术介绍
：D2D通信作为未来5G网络中极具前途的通信技术能够有效提升网络性能。然而D2D通信距离往往受到限制，但在实际中存在着D2D用户试图和距离较远的D2D服务器进行通信并下载数据的情况，此时单跳D2D通信可能无法满足数据传输的质量要求，因此多跳D2D通信的路由设计变得十分必要。如何满足多跳传输中的链路速率要求，同时控制D2D网络与蜂窝网络的互干扰，且避免繁冗的路由开销等都是在路由设计中需要考虑的问题。于此同时，将源于计算机网络中分布式下载的P2P分享机制引入D2D通信，即每个设备不仅可以作为数据接收者，也可以同时作为数据的贡献者，在网络中用户可以通过多种途径来源来下载所需数据，这样系统用户的下载速率就可以得到有效的提升。但是这进一步的增加了路由设计的复杂度，尤其当网络中数据下载用户和服务器的数目增大时。如何合理规划服务器到下载用户的路由来最大化用户的平均下载速率成为一个开放的问题。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对D2D网络中支持P2P分享机制的多跳路由设计问题。考虑单小区场景中存在多个D2D下载用户和D2D服务器，以及蜂窝用户和其它的自由D2D节点用户。下载用户试图通过D2D通信方式远程下载服务器上的数据。本专利技术提出了一种D2D网络中支持P2P分享机制的数据下载路线设计方法，即在设计某服务器到对应下载用户的路由时，通过设计该路线使的尽可能多的通过其它下载用户附近，这样经过利用无线信道的广播特性，其它下载用户就可以接收到该条路线上传输的数据，从而提升其下载数据速率。该方法为一种启发算法，在保证低复杂度的同时保证性能的可观提升。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方法予以实现的：D2D网络中支持P2P分享机制的数据下载路线设计方法，该方法涉及的网络中包括D2D网络的多个D2D下载用户，多个服务器，若干个自由D2D节点和蜂窝网络的多个蜂窝用户和一个中心基站，包括以下步骤：1)根据节点位置分布确定每条路由的起点和终点，每条路由的起点均是服务器，终点均是D2D下载用户；2)根据节点的位置分布确定每条路由分配的蜂窝频谱资源；3)在确定分配频率资源基础上确定每条路由从起点到终点的具体线路。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，路由的起始终点确定准则如下：每个D2D下载用户分别作为某一条路由的终点来选择对应的起点；选择的方法为，首先计算所有D2D下载用户到所有服务器的距离，确定最远距离对应的D2D下载用户作为第一条路由的终点，以此D2D下载用户选择距离最近的服务器作为所在路由的起点；每一个D2D下载用户和服务器分别只能作为一条路由的起点和终点。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中，路由分配蜂窝频谱资源的方法如下：首先计算每条路由的起点服务器和终点D2D下载用户到基站和所有蜂窝用户的距离平方和，确定该值最小者对应的路由作为第一分配对象，该路由分配的蜂窝资源对应的蜂窝用户为所有蜂窝用户中与该路由的起点服务器和终点D2D下载用户的距离平方和最小者。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，每条路由的具体设计由两阶段构成；其中在第一阶段，设计一条由路由起点服务器到路由终点D2D下载用户的最短路径；在第二阶段，根据其它下载用户的位置对该路线进行修改。本专利技术进一步的改进在于，对于路由设计第一阶段，初始化设计由路由起点服务器到路由终点D2D下载用户的最短路径的准则，采用的是Dijkstra最短路径算法。本专利技术进一步的改进在于，对于路由设计第二阶段，修改初始化路径建立的目标函数为： R = 1 N s u b Σ m = 1 N s e r Σ n = 1 N s u b R t h H ( f m → s n ) - - - ( 7 ) ]]>式中：H(fm→sn)表示从服务器fm到下载用户sn的总跳数，Rth表示在多跳传输中每一条必须满足的速率要求，表示下载用户sn从服务器fm的下载速率，Nser和Nsub分别表示服务器和下载用户的数目。本专利技术进一步的改进在于，具体步骤如下：301)找出其它下载用户sv'的邻居结点集合Ω(sv')，并统计出所有候选集合中的节点sc(sc∈∪Ω(sv'))的度D(sc)，sc(sc∈∪Ω(sv'))；302)初始化固定节点集C，C＝{fu,sv本文档来自技高网...

【技术保护点】
D2D网络中支持P2P分享机制的数据下载路线设计方法，其特征在于，该方法涉及的网络中包括D2D网络的多个D2D下载用户，多个服务器，若干个自由D2D节点和蜂窝网络的多个蜂窝用户和一个中心基站，包括以下步骤：1)根据节点位置分布确定每条路由的起点和终点，每条路由的起点均是服务器，终点均是D2D下载用户；2)根据节点的位置分布确定每条路由分配的蜂窝频谱资源；3)在确定分配频率资源基础上确定每条路由从起点到终点的具体线路。

【技术特征摘要】
1.D2D网络中支持P2P分享机制的数据下载路线设计方法，其特征在于，该方法涉及的网络中包括D2D网络的多个D2D下载用户，多个服务器，若干个自由D2D节点和蜂窝网络的多个蜂窝用户和一个中心基站，包括以下步骤：1)根据节点位置分布确定每条路由的起点和终点，每条路由的起点均是服务器，终点均是D2D下载用户；2)根据节点的位置分布确定每条路由分配的蜂窝频谱资源；3)在确定分配频率资源基础上确定每条路由从起点到终点的具体线路。2.根据权利要求1所述的D2D网络中支持P2P分享机制的数据下载路线设计方法，其特征在于，步骤1)中，路由的起始终点确定准则如下：每个D2D下载用户分别作为某一条路由的终点来选择对应的起点；选择的方法为，首先计算所有D2D下载用户到所有服务器的距离，确定最远距离对应的D2D下载用户作为第一条路由的终点，以此D2D下载用户选择距离最近的服务器作为所在路由的起点；每一个D2D下载用户和服务器分别只能作为一条路由的起点和终点。3.根据权利要求1所述的D2D网络中支持P2P分享机制的数据下载路线设计方法，其特征在于，步骤2)中，路由分配蜂窝频谱资源的方法如下：首先计算每条路由的起点服务器和终点D2D下载用户到基站和所有蜂窝用户的距离平方和，确定该值最小者对应的路由作为第一分配对象，该路由分配的蜂窝资源对应的蜂窝用户为所有蜂窝用户中与该路由的起点服务器和终点D2D下载用户的距离平方和最小者。4.根据权利要求1所述的D2D网络中支持P2P分享机制的数据下载路线设计方法，其特征在于，步骤3)中，每条路由的具体设计由两阶段构成；其中在第一阶段，设计一条由路由起点服务器到路由终点D2D下载用户的最短路径；在第二阶段，根据其它下载用户的位置对该路线进行修改。5.根据权利要求4所述的D2D网络中支持P2P分享机制的数据下载路线设计方法，其特征在于，对于路由设计第一阶段，初始化设计由路由起点服务器到路由终点D2D下载用户的最短路径的准则，采用的是Dijkstra最短路径算法。6.根据权利要求4所述的D2D网络中支持P2P分享机制的数据下载路线设计方法，其特征在于，对于路由设计第二阶段，修改初始化路径建立的目标函数为： R ...

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