一种基于自适应拥塞控制的D2D设备自主发现方法技术

本发明专利技术公开一种基于自适应拥塞控制的D2D设备自主发现方法，该方法包括以下步骤：小区eNodeB分配小区专用发现资源池并设定发现周期；D2D用户进行随机接入；成功接入的用户获取专用发现资源池和发现周期；小区eNodeB自适应地控制当前专用发现资源池内的竞争用户数；未受控制的D2D用户根据eNodeB的广播信息决定进行当前资源的随机竞争；竞争失败的用户和本次受控制的用户在下一专用发现资源池到来前会继续接收基站广播消息，并重复上述步骤；随机竞争成功的D2D用户发送自身的发现消息，并接收周围D2D用户的发现消息。本发明专利技术通过采用自适应的拥塞控制机制能够减小用户间的碰撞概率，避免网络拥塞，有效保障D2D通信的进行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及D2D通信
更具体地，涉及一种基于自适应拥塞控制的D2D设备自主发现方法。
技术介绍
D2D(Device-to-Device)通信技术，即设备到设备间的直接通信技术，是未来5G网络中的一项关键候选技术。D2D通信可以使数据不经过核心网络的转发而直接到达目设备，因此可以有效地提高数据传输速率和网络的系统容量，具有极大的研究和应用价值。作为D2D通信的前提和基础，D2D设备发现一直是D2D技术的关键技术，如何让每一个D2D设备尽可能多自动识别周围的潜在通信用户是目前面临的一个难题，因此提高设备发现效率是研究的一个重点方向。D2D设备发现是指一个设备识别周围邻居设备终端的过程。通常情况下，完成D2D设备发现是D2D通信的前提条件。D2D设备发现技术有两种：一种是基于核心网的发现，每个D2D设备都通过与eNodeB进行信息交互实现对周围邻居的发现；另一种是设备间的自主发现，指设备之间可以直接进行发现信号的发送和接收，直接得到周围邻居的信息。自主发现方式可以摆脱设备对核心网络的依赖，自主完成发现过程，具有较高的发现效率和较低的发现时延。目前关于用于D2D设备发现的资源调度主要分为两大类：类型一和类型二，其中类型二又包括两种不同的分类。类型一主要针对网络覆盖或部分网络覆盖的场景下，采用周期资源分配的方式，为用户提供资源池。类型二是指在网络覆盖的场景下，eNodeB集中调度，向用户发送资源控制信令，其中类型二中的一种是指在每个发现信号的发送时刻进行动态调度，类型二中的另外一种是指采用半静态的方式进行资源调度，基站根据不同用户分配不同的周期性发现资源。目前大多研究采用为用户周期提供资源池的方式，但现有的方案普遍存在发现效率不高且发现时延较大的问题。拥塞控制机制最早是为解决蜂窝网络中因大量用户接入网络过程中造成的网络拥塞问题而提出的控制机制，该机制能够阻止部分或者全部用户设备建立RRC(Radio Resource Control，无线资源控制)连接，因此可以避免大量设备进行接入引起的高峰，同时避免核心网的信令拥塞和过载。在此机制中，每个用户设备都会根据基站的广播的接入控制因子执行接入过程，通常该因子为固定的若干值。网络利用控制信令来指示单独的用户或用户分组如何缩放网络广播的接入控制参数。缩放的目的是根据广播的接入控制因子(Barring Factor)，对各用户或用户分应用不同程度的接入控制。在该机制基础上，若基站能够根据当前潜在接入用户数量动态地计算出最优接入控制因子，则能达到自适应拥塞控制的目的。由于拥塞控制机制能够很好的控制设备的竞争数量，减少资源竞争中的碰撞概率，因此将此技术应用于D2D发现机制中能够在一定程度上提高设备成功发现概率。因此，需要提供一种基于自适应拥塞控制的D2D设备自主发现方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述缺陷，提供一种基于自适应拥塞控制的能提高设备的发现效率、降低发现时延，保障D2D设备间即时通信的D2D设备自主发现方法。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种基于自适应拥塞控制的D2D设备自主发现方法，该方法包括以下步骤：Step1：在LTE-A网络一个小区中，小区eNodeB用于分配小区专用发现资源池，并设定相邻专用发现资源池间的发现周期Td，专用发现资源池用于D2D设备发送发现消息；Step2：一个或多个D2D用户在小区进行随机接入；Step3：成功接入小区的D2D用户，通过小区eNodeB的广播消息获取小区的专用发现资源池和发现周期Td；Step4：小区eNodeB根据当前潜在资源竞争用户数Mi，通过广播自适应地控制当前专用发现资源池内的竞争用户数，同时将D2D用户分为受控制的D2D用户和未受控制的D2D用户；Step5：所述受控制的D2D用户在当前专用发现资源池到来前不进行当前资源的随机竞争，所述未受控制的D2D用户在当前专用发现资源池到来前根据eNodeB的广播信息决定进行当前资源的随机竞争；Step6：竞争失败的用户和本次受控制的用户在下一专用发现资源池到来前会继续接收基站广播消息，并重复上述Step3-Step5；Step7：随机竞争成功的D2D用户用于利用竞争到的专用发现资源发送自身的发现消息，还用于在当前资源池中的其他未选择的发现资源位置进行盲检，接收周围D2D用户的发现消息；LTE-A网络指长期演进升级网络；eNodeB指演进型移动基站；D2D指设备到设备通信。优选地，成功接入小区的D2D用户，还通过eNodeB的广播消息获取D2D用户上报周期。优选地，该方法还包括如下步骤：Step8：成功接收到其他D2D用户发现消息的D2D用户向eNodeB周期上报其邻居列表，邻居列表包括维护的邻居信息和新发现的邻居信息。优选地，专用发现资源占用LTE-A网络中物理上行共享信道的时频资源。优选地，该方法还包括如下步骤：Step9：eNodeB在本地维护一个D2D设备列表：若有新D2D用户接入，则eNodeB将添加新D2D用户信息到D2D设备列表中；若D2D设备列表中的某设备在设定的时间阈值内没有保持和eNodeB的信息维护，则eNodeB将从D2D设备列表中删除此D2D用户的信息。优选地，发现周期Td大于一个发送发现消息的信号时域长度，且发现周期Td为1ms的整数倍。优选地，潜在的竞争用户Mi包括新注册用户Mn、上次竞争失败用户Mf和上次受控制的未竞争用户Mc，且Mi＝Mn+Mf+Mc。优选地，自适应地控制下个专用发现资源池内的竞争用户数具体包括以下步骤：Step4.1：eNodeB计算每次进行资源竞争的最优用户数的期望值Step4.2：eNodeB统计当前潜在的竞争用户数Mi，并根据公式计算出最优控制因数PB：其中PB为最优控制因数，其取值范围为(0～1)，为最优用户数期望值，Mi为潜在竞争用户数；Step4.3：eNodeB在当前专用发现资源池到来前通过广播通知小区内的潜在竞争用户最优控制因数PB；Step4.4：小区内潜在用户收到广播后在本设备中随机生成一个随机数PX；Step4.5：若PX≤PB,则该用户为未受控制的D2D用户；Step4.6：若PX＞PB,则该用户为受控制的D2D用户。进一步优选地，最优用户数的期望值通过下述计算获得： E ( S ) = m ( 1 - 1 R ) m - 1 ]]>上式最优解为最优用户数的期望值：其中，E(S)表示每个专用发现资源池中进行资源随机竞争成功的用户个数期望，m表示参与资源竞争的用户个数，R表示专用发现资源池中配置的可用资源对的个数。优选地，发现消息包含D2D用户的设备ID、编码方式和同步消息。优选地，受控制的用户按照eNodeB指示进行固定时常的退避，退避时间为4s～512s，退避时间内该用户不竞争资源。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所述技术方案属于D2D设备的自主发现机制，整个发现过程对核本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应拥塞控制的D2D设备自主发现方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：Step1：在LTE‑A网络一个小区中，小区eNodeB用于分配小区专用发现资源池，并设定相邻专用发现资源池间的发现周期Td，所述专用发现资源池用于D2D设备发送发现消息；Step2：一个或多个D2D用户在小区进行随机接入；Step3：成功接入小区的D2D用户，通过小区eNodeB的广播消息获取小区的专用发现资源池和发现周期Td；Step4：小区eNodeB根据当前潜在资源竞争用户数Mi，通过广播自适应地控制当前专用发现资源池内的竞争用户数，同时将D2D用户分为受控制的D2D用户和未受控制的D2D用户；Step5：所述受控制的D2D用户在当前专用发现资源池到来前不进行当前资源的随机竞争，所述未受控制的D2D用户在当前专用发现资源池到来前根据eNodeB的广播信息决定进行当前资源的随机竞争；Step6：竞争失败的用户和本次受控制的用户在下一专用发现资源池到来前会继续接收基站广播消息，并重复上述Step3‑Step5；Step7：随机竞争成功的D2D用户用于利用竞争到的专用发现资源发送自身的发现消息，还用于在当前资源池中的其他未选择的发现资源位置进行盲检，接收周围D2D用户的发现消息；所述LTE‑A网络指长期演进升级网络；所述eNodeB指演进型移动基站；所述D2D指设备到设备通信。...

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应拥塞控制的D2D设备自主发现方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：Step1：在LTE-A网络一个小区中，小区eNodeB用于分配小区专用发现资源池，并设定相邻专用发现资源池间的发现周期Td，所述专用发现资源池用于D2D设备发送发现消息；Step2：一个或多个D2D用户在小区进行随机接入；Step3：成功接入小区的D2D用户，通过小区eNodeB的广播消息获取小区的专用发现资源池和发现周期Td；Step4：小区eNodeB根据当前潜在资源竞争用户数Mi，通过广播自适应地控制当前专用发现资源池内的竞争用户数，同时将D2D用户分为受控制的D2D用户和未受控制的D2D用户；Step5：所述受控制的D2D用户在当前专用发现资源池到来前不进行当前资源的随机竞争，所述未受控制的D2D用户在当前专用发现资源池到来前根据eNodeB的广播信息决定进行当前资源的随机竞争；Step6：竞争失败的用户和本次受控制的用户在下一专用发现资源池到来前会继续接收基站广播消息，并重复上述Step3-Step5；Step7：随机竞争成功的D2D用户用于利用竞争到的专用发现资源发送自身的发现消息，还用于在当前资源池中的其他未选择的发现资源位置进行盲检，接收周围D2D用户的发现消息；所述LTE-A网络指长期演进升级网络；所述eNodeB指演进型移动基站；所述D2D指设备到设备通信。2.根据权利要求1所述的D2D设备自主发现方法，其特征在于，所述成功接入小区的D2D用户，还通过eNodeB的广播消息获取D2D用户上报周期。3.根据权利要求2所述的D2D设备自主发现方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：Step8：成功接收到其他D2D用户发现消息的D2D用户向eNodeB周期上报其邻居列表，邻居列表包括维护的邻居信息和新发现的邻居信息。4.根据权利要求1-3中任一种所述的D2D设备自主发现方法，其特征在于，所述专用发现资源占用LTE-A网络中物理上行共享信道的时频资源。5.根据权利要求1所述的D2D设备自主发现方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：Step9：eNodeB在本地维护一个D2D设备列表：若有新D2D用户接入，则eNodeB将添加新D2D用户信息到D2D设备列表中；若D2D设备列表中的某设备在设定的时间阈值内没有保持和eNodeB的信息维护，则eNode...

【专利技术属性】
技术研发人员：章嘉懿，李旭，邓立凯，梁亚楠，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11