一种蜂窝D2D通信联合用户接入及切片划分方法技术

本发明专利技术涉及蜂窝D2D通信联合用户接入及切片划分方法，该方法假设蜂窝基站的虚拟切片占有一定的频谱比例，并具有一定的处理能力；用户位于蜂窝通信模式和D2D通信模式共存的网络融合覆盖区域，可选择与合适的网络模式建立关联，建模用户联合传输时延为优化目标，实现用户接入模式选择及切片划分策略的联合优化分配。方法包括：1)构建蜂窝基站网络切片；2)建模用户联合效用函数D；3)建模蜂窝通信模式下的用户传输时延；4)建模D2D通信模式下的用户传输时延；5)建模用户虚拟资源分配限制条件；6)基于用户联合传输时延最小化确定用户接入及切片划分策略。本方法可在用户的关联网络最优和切片划分策略最优条件下实现接入时延最小化。

Cellular D2D communication joint user access and slice division method

The present invention relates to a cellular D2D communication combined with user access and slice division method, the virtual slice methods assume that the cellular base station occupies a certain proportion of the spectrum, and has the ability of handling; fusion coverage area users located in the coexistence of cellular communication mode and the communication mode of D2D network, and the network can choose the appropriate mode of modeling, user joint transmission delay as the optimization goal, realize the joint allocation of user access mode selection and slice division strategy. The method includes: 1) construction of cellular base station network section; 2) modeling user joint utility function D; 3) user delay modeling cellular communication mode; 4) user transmission delay modeling D2D communication mode; 5) modeling virtual resource allocation constraints; 6) based on the user and minimize transmission delay is determined user access and slice partition strategy. The method can minimize the access delay under the optimal condition of the user's correlation network and the slicing strategy.

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝D2D通信联合用户接入及切片划分方法
本专利技术属于无线通信
，特别是无线网络资源分配
，涉及一种蜂窝D2D通信虚拟资源分配方法。
技术介绍
随着宽带无线业务需求的爆炸性增长，传统的蜂窝网络已经无法满足用户需求。终端直通(Device-to-Device，D2D)通信技术通过在收发用户之间进行直接通信，而无需基站进行转发，在有效降低基站负载的同时，可实现网络谱效及能效的显著提升，已成为极具发展前景的新型无线通信技术。在蜂窝网络与D2D相融合的网络场景中，用户的接入模式选择及资源分配是决定用户服务质量及网络性能的重要问题。通过引入网络资源虚拟化技术，将网络基础设施与其提供的服务相分离，以支持不同服务共享相同的基础设施，可实现网络资源的高效管理，提升网络资源利用率及用户传输性能。近年来，已有研究考虑蜂窝D2D融合场景的用户接入及网络选择问题。目前已有研究中，有文献针对上行蜂窝D2D融合网络场景的虚拟化D2D链路资源分配问题，提出了一种用于最优资源分割框架，以最大化网络吞吐量。也有文献考虑多个小区的下行和上行链路，针对蜂窝网络中的虚拟资源分配和缓存问题，提出一种信息中心无线虚拟化和D2D通信的架构，以实现移动虚拟网络运营商的总收益最大化，并减少回程链路的开销。现有基于蜂窝D2D通信的虚拟化资源分配方案的相关研究较多考虑吞吐量及网络收益等问题，较少研究网络中的业务传输时延性能，可能导致网络时延较大，对于时延敏感用户设备而言，难以有效保障传输性能及用户体验。此外，现有研究较少考虑蜂窝网络中切片的处理能力，难以实现切片传输及处理性能的提升。专利技术内容有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种蜂窝D2D通信联合用户接入及切片划分方法，在该方法中，假设蜂窝基站的虚拟切片占有一定的频谱比例，并具有一定的处理能力；用户位于蜂窝通信模式和D2D通信模式共存的网络融合覆盖区域，可选择与合适的网络模式建立关联，建模用户联合传输时延为优化目标，实现用户接入模式选择及切片划分策略的联合优化分配。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种蜂窝D2D通信联合用户接入及切片划分方法，包括以下步骤：步骤1)、构建蜂窝基站网络切片；步骤2)、建模用户联合效用函数D；步骤3)、建模蜂窝通信模式下的用户传输时延；步骤4)、建模D2D通信模式下的用户传输时延；步骤5)、建模用户虚拟资源分配限制条件；步骤6)、基于用户联合传输时延最小化确定用户接入及切片划分策略。进一步，在步骤1)中，构建蜂窝基站虚拟切片，具体为根据蜂窝基站频谱资源及处理能力划分虚拟切片,令δki为蜂窝模式用户k接入网络切片i时，该切片频谱占基站总频谱比例，令ρki为用户k接入蜂窝网络切片i时，该切片处理能力占基站总处理能力比例，1≤k≤K，K为用户数目，1≤i≤M,M为蜂窝切片数目，δki及ρki应满足：0≤δki≤1，0≤ρki≤1。进一步，在步骤2)中，建模用户联合效用函数D为所有接入网络用户的总业务传输时延之和，即其中，Dk为用户k的业务传输时延，1≤k≤K，建模Dk为：其中，为用户k采用D2D通信模式进行信息传输对应的业务传输时延，为蜂窝通信模式下用户k占用蜂窝基站第i个切片进行信息传输对应的业务传输接入时延，αk为用户k的模式选择关联变量，αk＝1表示用户k选择D2D通信模式，αk＝0表示用户k选择蜂窝通信模式。进一步，在步骤3)中，建模蜂窝通信模式下的用户传输时延：根据公式计算蜂窝通信模式中用户k占用蜂窝基站第i个切片时的传输总时延，其中，为用户k占用蜂窝基站第i个切片时对应的传输时延，为用户k占用蜂窝基站第i个切片时对应的信道接入时延；进一步，在步骤3)中，建模用户k占用蜂窝基站第i个切片时对应的传输时延为：其中，Lk为用户k所发送的数据包长度，为用户k占用蜂窝基站第i个切片时对应的传输速率，根据公式建模其中，B为蜂窝基站带宽，Pki为第k个用户占用蜂窝基站第i个切片进行信息传输时对应的发送功率，为第k个用户与蜂窝基站之间链路的信道增益，N0为噪声功率谱密度。进一步，在步骤3)中，建模用户k占用蜂窝基站第i个切片时的接入时延为：其中，μ及λ分别表示蜂窝基站的服务速率及业务到达速率。进一步，在步骤4)中，建模用户k采用D2D模式进行数据传输时对应的传输时延其中，为用户k采用D2D模式进行数据传输时对应的传输速率，根据公式建模其中，Bd为D2D链路传输带宽，为用户k采用D2D模式进行数据传输时的发送功率，为用户k与D2D用户对端之间链路的信道增益。进一步，在步骤5)中，建模用户虚拟资源分配限制条件，其中，资源分配限制条件建模为满足及业务传输速率限制条件建模为其中，Rk为用户k的业务传输速率，为用户k的最小业务传输速率。进一步，在步骤6)中，在满足资源分配及用户业务需求限定条件下，以用户联合传输时延最小化为目标，优化确定用户接入模式及切片划分策略，即本专利技术的有益效果在于：本专利技术所述方法通过虚拟化切片来对蜂窝用户和D2D用户进行合理的资源分配，可以在用户的关联网络最优和切片划分策略最优条件下实现接入时延最小化。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为异构网络场景示意图；图2为本专利技术所述方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。本专利技术提出一种蜂窝D2D通信用户接入及切片划分方法，通过资源虚拟化将基础设施和频谱资源分离开，并假设基站对频谱有一定的计算能力，利用切片来对蜂窝用户和D2D用户进行合理的资源分配，在用户的关联网络最优和切片划分策略最优条件下实现接入时延最小化。本专利技术所述的一种蜂窝D2D通信用户接入及切片划分方法，假设蜂窝通信模式和D2D通信模式共存的异构网络中，两种不同的接入网络之间，以及同一接入网络内部因采用正交多址接入方式，因而信息传输无干扰；该异构网络中存在多个用户，且用户位于蜂窝通信模式和D2D通信模式共存的网络覆盖区域，可选择与合适的网络模式建立关联；建模用户联合传输时延为所有接入网络用户的总业务传输时延之和，基于用户联合时延优化实现网络模式关联及切片划分策略。图1异构网络场景图，异构网络中存在多个蜂窝用户，用户通过模式选择来进行通信，通过优化用户网络关联以及切片划分策略来最小化总业务传输时延。图2为本专利技术所述方法的流程示意图，如图所示，本专利技术所述方法具体包括以下步骤：1)构建蜂窝基站网络切片；构建蜂窝基站虚拟切片，具体为根据蜂窝基站频谱资源及处理能力划分虚拟切片,令δki为蜂窝模式用户k接入网络切片i时，该切片频谱占基站总频谱比例，令ρki为用户k接入蜂窝网络切片i时，该切片处理能力占基站总处理能力比例，1≤k≤K，K为用户数目，1≤i≤M,M为蜂窝切片数目，δki及ρki应满足：0≤δki≤1，0≤ρki≤1。2)建模用户联合效用函数D；建模用户联合效用函数D为所有接入网络用户的总业务传输时延之和，即其中，Dk为用户k的业务传输时延，1≤k≤K，建模Dk为：其中，为用户k采用D2D通信模式进行信息传输对应的业务传输时延，为蜂窝通信模式下用户k占用蜂窝基站第i个切片进行信息传输对应的业务传输接入时延，αk为用户k的模式选择关联变量，αk＝1表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝D2D通信联合用户接入及切片划分方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)，构建蜂窝基站网络切片：具体为根据蜂窝基站频谱资源及处理能力划分虚拟切片,令δ

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝D2D通信联合用户接入及切片划分方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)，构建蜂窝基站网络切片：具体为根据蜂窝基站频谱资源及处理能力划分虚拟切片,令δki为蜂窝模式用户k接入网络切片i时，该切片频谱占基站总频谱比例，令ρki为用户k接入蜂窝网络切片i时，该切片处理能力占基站总处理能力比例，1≤k≤K，K为用户数目，1≤i≤M,M为蜂窝切片数目，δki及ρki应满足：0≤δki≤1，0≤ρki≤1；步骤2)，建模用户联合效用函数D：建模用户联合效用函数D为所有接入网络用户的总业务传输时延之和，即其中，Dk为用户k的业务传输时延，1≤k≤K，建模Dk为：其中，为用户k采用D2D通信模式进行信息传输对应的业务传输时延，为蜂窝通信模式下用户k占用蜂窝基站第i个切片进行信息传输对应的业务传输接入时延，αk为用户k的模式选择关联变量，αk＝1表示用户k选择D2D通信模式，αk＝0表示用户k选择蜂窝通信模式；步骤3)，建模蜂窝通信模式下的用户传输时延：根据公式计算蜂窝通信模式中用户k占用蜂窝基站第i个切片时的传输总时延，其中，为用户k占用蜂窝基站第i个切片时对应的传输时延，为用户k占用蜂窝基站第i个切片时对应的信道接入时延；步骤4)，建模D2D通信模式下的用户传输时延：建模用户k占用蜂窝基站第i个切片时对应的传输时延为...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴蓉，王令，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50