一种基于带外D2D多跳中继的蜂窝下行吞吐量优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于带外D2D多跳中继的蜂窝下行吞吐量优化方法，基站通过预选第一中继、预选第二中继和验证预选中继链路吞吐量三个阶段确定每个获得蜂窝信道的UE从基站接收数据的方式，包括直接从基站接收数据、通过选择一个中继中转接收数据和通过选择两个中继进行接力中转接收数据；预选第一中继阶段通过综合考虑吞吐量提升与中继的剩余能量水平来选择第一中继；预选第二中继阶段通过设置能量约束阈值来确保第二中继的剩余能量水平不低于第一中继的相应值来选择第二中继；验证预选中继链路吞吐量阶段，根据吞吐量是否提升决定放弃或保留预选的中继。本发明专利技术能有效改善数据接收质量、提高吞吐量、延长网络寿命、减小计算和通信代价。

【技术实现步骤摘要】
一种基于带外D2D多跳中继的蜂窝下行吞吐量优化方法
本专利技术属于计算机网络应用和带外(Outband)D2D(Device-to-Device)通信领域，涉及一种在能量约束与延时约束下通过多跳中继协助进行蜂窝下行吞吐量优化的方法。
技术介绍
D2D技术是第五代移动通信网络的关键技术，具有提升频谱利用率、增加系统吞吐量、降低能量消耗、减小基站(BaseStation，BS)负载等优点。在一个蜂窝中，若一个用户设备(UserEquipment，UE)处于蜂窝边缘或受障碍物遮挡，则它从基站接收数据的质量将受到影响。通过选择其它位置更好的UE充当中继，由该中继从基站接收数据再转发给自己，用户设备可以减轻这种不利影响，从而改善数据接收质量、提高吞吐量。用户设备之间的通信可采用带内(Inband)D2D通信模式，也可使用带外D2D通信模式。前者允许使用蜂窝网络运营商的授权频谱，后者则使用其它支持直接通信的无线技术(如WiFi、Bluetooth技术)所使用的非授权频谱。在带内D2D通信模式中，蜂窝用户和D2D用户可以共享授权频谱，因此，蜂窝用户与D2D用户之间可能存在同频干扰。虽然可以通过复杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于带外D2D多跳中继的蜂窝下行吞吐量优化方法，其特征在于，基站通过预选第一中继、预选第二中继和验证预选中继链路吞吐量三个阶段确定每个获得蜂窝信道的用户设备，即UE从基站接收数据的方式；UE从基站接收数据的方式包括直接从基站接收数据、通过选择一个中继中转接收数据和通过选择两个中继进行接力中转接收数据；所述预选第一中继阶段，通过综合考虑吞吐量提升与中继的剩余能量水平来选择第一中继；所述预选第二中继阶段，通过设置能量约束阈值来确保第二中继的剩余能量水平不低于第一中继的相应值来选择第二中继；所述验证预选中继链路吞吐量阶段，通过比较从基站到接收端的直接通信链路吞吐量与从基站经中继节点转发数据至接收...

【技术特征摘要】
1.一种基于带外D2D多跳中继的蜂窝下行吞吐量优化方法，其特征在于，基站通过预选第一中继、预选第二中继和验证预选中继链路吞吐量三个阶段确定每个获得蜂窝信道的用户设备，即UE从基站接收数据的方式；UE从基站接收数据的方式包括直接从基站接收数据、通过选择一个中继中转接收数据和通过选择两个中继进行接力中转接收数据；所述预选第一中继阶段，通过综合考虑吞吐量提升与中继的剩余能量水平来选择第一中继；所述预选第二中继阶段，通过设置能量约束阈值来确保第二中继的剩余能量水平不低于第一中继的相应值来选择第二中继；所述验证预选中继链路吞吐量阶段，通过比较从基站到接收端的直接通信链路吞吐量与从基站经中继节点转发数据至接收端的吞吐量大小，决定放弃或保留预选的中继。2.根据权利要求1所述的基于带外D2D多跳中继的蜂窝下行吞吐量优化方法，其特征在于，所述三个阶段的具体步骤如下：阶段1：预选第一中继步骤1.0：针对获得蜂窝信道的每一个节点UEi，将其选择的第一潜在中继，即对吞吐量的提升最大的UE设为UEo；将其选择的第二潜在中继，即对吞吐量的提升仅次于第一潜在中继的UE记为UEs；将标记变量o和s初始化为0；步骤1.1：针对获得蜂窝信道的每一个节点UEi，计算其直接从基站接收数据的吞吐量阈值从基站到UEi的直接通信链路吞吐量若比小，则进行步骤1.2；否则运行结束，UEi直接从基站接收数据；步骤1.2：针对UEi邻居集合Vi内的每一个节点UEj，计算中继选择度量值△Tji，进入步骤1.3；△Tji表示从基站到UEi所选中继之间的链路吞吐量相比于从基站到UEi的直接通信链路吞吐量的提升幅度；步骤1.3：针对获得蜂窝信道的每一个节点UEi，分别找出其数值最大的△Tji，若△Tji大于0，则进入步骤1.4；否则运行结束，UEi直接从基站接收数据；步骤1.4：计算并比较从基站经过中继UEj到达接收端UEi的传输延时tji和延时约束阈值tth，若tji小于或者等于tth，则进入步骤1.5，否则△Tji赋值为0，重新回到步骤1.3；步骤1.5：若第一潜在中继的标记变量o等于0，则将j赋给o，△Tji赋值为0，重新回到步骤1.3；否则将j赋给第二潜在中继的标记变量s，进入步骤1.6；步骤1.6：根据中继的剩余能量值度量第一潜在中继o对第二潜在中继s的优势程度，若度量值比预设的RIE阈值小，则将αsi赋值为1,表示UEi选择第二潜在中继UEs作为第一中继为它中继数据；将csi赋值为1到9之间的随机数，表示接收节点UEi与第一中继UEs之间数据通信所分配的WiFi信道的子信道号为csi；并且将节点对(s,i)作为一个元素加入集合D，进入阶段2；否则将αoi赋值为1,coi赋值为1到9之间的随机数，并且将节点对(o,i)作为一个元素加入集合D；其中集合D初始化为空，随后添加的每个元素为一个节点对(二元组)，记录第一中继与其选择者之间的对应关系；进入阶段2；阶段2：预选第二中继步骤2.1：针对集合D内所有节点对中的中继节点UEj，计算其直接从基站接收数据得到的吞吐量阈值若从基站到UEj的直接通信链路吞吐量小于则进入步骤2.2；否则运行结束，接收节点UEi通过第一中继UEj从基站接收数据，不再进行第二中继的选择；步骤2.2：针对UEj邻居集合Vj内的所有节点UEk，计算中继选择度量值△Tkj，进入步骤2.3；步骤2.3：针对集合D内所有节点对中的中继节点UEj，分别查找出最大数值的△Tkj，若△Tkj大于0，则进入步骤2.4；否则运行结束，接收节点UEi通过第一中继UEj从基站接收数据，不再进行第二中继的选择；步骤2.4：计算从基站依次经过中继UEk和UEj到达接收端UEi的传输延时tkji，若tkji小于或者等于延时约束阈值tth并且节点k的剩余能量值ek大于或者等于能量约束阈值eth，则将αkji赋值为1，表示UEi选择中继UEk和UEj帮它依次转发数据，并且将ckj赋值为cji的值加上5，进入阶段3，其中能量约束阈值eth不低于第一中继的剩余能量值；否则将△Tkj赋值为0，并且重新回到步骤2.3；阶段3：验证预选中继链路吞吐量步骤3.1：针对获得蜂窝信道每一个节点UEi，判断αkji的值是否为1，若是，则进入步骤3.2，否则若αji的值为1，则进入步骤3.4；步骤3.2：将UEi在从UEj到自身的WiFi信道上感知到的干扰功率Fi,wifi、UEj在从UEk到自身的WiFi信道上感知到的干扰功率Fj,wifi均赋初始值为0；针对UEi干扰集合Ii内除UEj以外的每一个节点UEm，UEm邻居集合Vm内的每一个节点UEd，若cmd等于cji，说明在UEi通过中继UEj接收数据时，存在与其使用的信道同频的WiFi信道，则计算同频的WiFi信道对UEi造成的干扰，Ii范围内的干扰值之和存储在Fi,wifi中；否则若cmd不等于cji，则说明UEm与UEd之间的数据传输不会对UEj与UEi之间的数据传输造成干扰，即说明没有同频的WiFi信...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂劲松，周凯，邓健，邓晓衡，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43