一种无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法组成比例

本发明专利技术属于无线通信技术领域，公开了一种无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法，虚拟网络运营商根据用户业务类型实现物理网络的虚拟化；根据用户地理位置及需求的业务内容，确定蜂窝用户组以及D2D多播用户组；根据每组用户需要的业务类型将其划分并签约至不同的虚拟网络；每个虚拟网络运营商针对其旗下签约的多播用户组进行基站选择、频带分配、功率控制，并在确保多播组用户通信速率以及资源受限的大前提下，实现系统吞吐量最大化的目标。本发明专利技术通过D2D通信技术以及多播通信技术的结合，能够提升系统频谱利用率，并引入无线网络虚拟化技术，使得用户能够获取高服务质量、高体验质量的业务。

D2D multicast resource allocation method in wireless network virtualization scenario

The invention belongs to the field of wireless communication technology, and discloses a D2D multicast resource allocation method under the virtual scene of wireless network. The virtual network operator realizes the virtualization of the physical network according to the user service type, and determines the cellular user group and the D2D multicast user group according to the user's geographic location and the service content of the needs. According to the type of business each user needs, it is divided and signed to different virtual networks; each virtual network operator carries out base station selection, frequency band allocation, power control for its signed multicast user group, and realizes system throughput on the premise of ensuring the communication rate and resource constraints of the multicast group. The goal of maximizing the quantity. Through the combination of D2D communication technology and multicast communication technology, the invention can improve the spectrum utilization of the system, and introduce the wireless network virtualization technology to enable users to obtain high service quality and high experience quality services.

【技术实现步骤摘要】
一种无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法
本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法。
技术介绍
随着用户数目的激增、用户设备及业务类型的多样化，传统的通信模式已无法应对大幅度增加的频谱消耗、能源消耗等问题。为了能够满足蜂窝网络内移动用户对业务的高效传输需求，近年来出现了新的通信模式，即将D2D通信与多播通信相结合。2016年YangCao等人在“IEEETransactionsonMobileComputing”(《国际电气电子工程师协会移动计算汇刊》)(2016年6月第15卷)发表的“Social-AwareVideoMulticastBasedonDevice-to-DeviceCommunications”(《基于D2D通信的具备社会意识的视频多播方案》)中提出了一种具备社会意识的视频多播方法，方法首先通过多播技术为蜂窝网络内的用户提供视频业务，而后存在数据遗失的用户组可以通过D2D技术从其他用户处获取遗失的数据包，从而恢复出完整的视频帧，提升用户获取视频的质量。本质上，该方案中D2D技术和多播技术是分离的两个部分，而二者的结合能够进一步提升频谱效率。于是，2017年HadiMeshgi等人在“IEEETransactionsonVehicularTechnology”《国际电气电子工程师协会车辆技术汇刊》)(2017年9月第66卷)发表的“OptimalResourceAllocationinMulticastDevice-to-DeviceCommunicationsUnderlayingLTENetworks”(《LTE网络中针对多播D2D通信的资源优化方案》)中提出了一种具体针对多播D2D通信的资源优化方案，方案采用复用LTE网络上行链路频谱资源的方式，以最大化蜂窝用户以及D2D多播组用户吞吐量为目标，在确保蜂窝用户和D2D多播组用户的信干噪比的同时，实现载波分配以及功率控制。然而该方案仅针对单一的蜂窝网络实现蜂窝用户和D2D用户的资源分配，考虑到实际网络环境中同一区域往往存在不同网络的覆盖且用户业务类型同样存在差异化，采用单一的物理网络提供多样化的数据业务，很难兼顾到多个用户对不同业务的体验度需求。因此需要对现有的D2D多播场景框架进一步改进，引入无线网络虚拟化技术，通过共用基层网络基础设施、构建多个相互独立的虚拟网络的方式，实现为用户提供差异化业务的目的。另外，基于所提的新型框架，需要重新构造相匹配的资源分配方案，为未来无限通信系统性能的进一步提升做出贡献。综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术有关D2D技术和多播技术结合发展不成熟，仅针对单一类型网络或单一类型业务实现蜂窝用户和D2D用户的资源分配。未来网络的发展趋势是：网络多样化业务多样化，即同一个区域往往不仅仅只有一类网络覆盖且用户需求的业务类型也各有不同。采用传统的单一物理网络提供多样化的数据业务，很难兼顾到多个用户对不同业务的体验度需求。本专利技术在现有的D2D多播场景上引入无线网络虚拟化技术，能够实现网络的逻辑分离，即物理上同一的网络，逻辑上可以呈献给用户的是专门提供不同业务的网络运营商；针对性的服务，相比于传统单一物理网络服务差异化用户，无疑会带来体验度的进一步提升。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法。本专利技术是这样实现的，一种无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法，所述无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法具体如下：虚拟网络运营商根据用户业务类型实现物理网络的虚拟化；根据用户地理位置及需求的业务内容，确定蜂窝用户组以及D2D多播用户组；根据每组用户需要的业务类型将其划分并签约至不同的虚拟网络；每个虚拟网络运营商针对其旗下签约的多播用户组进行基站选择、频带分配、功率控制，并在确保多播组用户通信速率以及资源受限的大前提下，实现系统吞吐量最大化的目标。进一步，所述无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法包括如下步骤：步骤一，虚拟网络运营商根据用户业务类型实现物理网络的虚拟化，虚拟化后产生的多个虚拟网络皆可称为虚拟网络供应商；步骤二，确定蜂窝用户组以及D2D多播用户组；步骤三，确定每个多播组签约的虚拟网络供应商；步骤四，为每一个虚拟网络供应商旗下签约的多播用户组确定虚拟资源分配办法。进一步，所述步骤二具体包括：(1)需求相同业务类型且地理位置接近的用户可视为多播组用户，多播组用户从相邻的D2D用户获取信息或从蜂窝网络基站处获取信息；(2)基站集合为B，作为发送端的D2D用户集合为D，D2D用户多播组集合为Gd2d，蜂窝用户多播组集合为Gcellular。进一步，所述步骤三具体包括：(1)根据每个多播组用户所需要的业务类型，选择虚拟网络供应商；(2)虚拟网络供应商集合为S，与虚拟网络s签约的多播用户组集合为Gs，且每个多播组只能签约一个虚拟网络供应商即进一步，所述步骤四具体包括：第一步，为每一个蜂窝用户多播组选择物理基站，为每一个D2D用户多播组选择合适的用户作为D2D发送端；第二步，为每一个蜂窝用户多播组以及每一个D2D用户多播组分配合适的带宽资源，基于历史的平均发送功率，以最大化系统吞吐量为目标，在确保多播用户组通信速率以及频带资源受限的条件下，采用凸优化工具确定最优的带宽分配解；第三步，对基站及D2D发送端进行功率控制，基于已获得的带宽分配解，以最大化系统吞吐量为目标，在确保多播用户组通信速率以及功率资源受限的条件下，采用凸优化工具确定最优的功率分配解；第四步，重复第二步至第三步直至系统吞吐量达到收敛，收敛时得到的带宽分配解以及功率分配解即是最终最优解。进一步，所述第一步具体包括：(1)D2D用户多播组复用蜂窝网络的上行链路；(2)各D2D多播组内用户基于最小均方差的信道估计方法估计自身与不同D2D发送端之间的瞬时信道增益，各蜂窝网络多播组内用户基于最小均方差的信道估计方法估计自身与不同网络基站之间的瞬时信道增益，和分别表示D2D多播组g∈Gd2d内用户ug与D2D发送端d∈D之间的瞬时信道增益，以及蜂窝多播组g∈Gcellular内用户ug与基站n∈B之间的瞬时信道增益；(3)从最大化信噪比的角度出发为每一个多播组选择合适的基站或发送端，对于每一个D2D用户多播组g∈Gd2d寻找令组内最低用户瞬时信道增益最大的D2D发送端对于每一个蜂窝用户多播组g∈Gcellular寻找令组内最低用户瞬时信道增益最大的基站或接入点(4)表示D2D用户多播组g由D2D发送端d*提供服务，每个D2D发送端只能服务一个D2D用户多播组，令表示蜂窝用户多播组g由基站n*提供服务，每个蜂窝用户多播组只能被一个基站服务。进一步，所述第二步具体包括：(1)基站以及D2D发送端的历史平均发送功率为pt，用户处接收信息的平均噪声为n0，依据香农公式，整个虚拟化系统的吞吐量表示为：其中|Ug|表示多播组g内的用户总数；(2)以最大化系统吞吐量为目标，即保证D2D多播以及蜂窝多播用户组通信速率，即以及兼顾频带资源受限的条件，即保证分配给D2D用户多播组的频带资源不超过蜂窝网络上行链路总频带资源分配给所有蜂窝用户多播组的频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法，其特征在于，所述无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法具体如下：虚拟网络运营商根据用户业务类型实现物理网络的虚拟化；根据用户地理位置及需求的业务内容，确定蜂窝用户组以及D2D多播用户组；根据每组用户需要的业务类型将其划分并签约至不同的虚拟网络；每个虚拟网络运营商针对其旗下签约的多播用户组进行基站选择、频带分配、功率控制。

【技术特征摘要】
1.一种无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法，其特征在于，所述无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法具体如下：虚拟网络运营商根据用户业务类型实现物理网络的虚拟化；根据用户地理位置及需求的业务内容，确定蜂窝用户组以及D2D多播用户组；根据每组用户需要的业务类型将其划分并签约至不同的虚拟网络；每个虚拟网络运营商针对其旗下签约的多播用户组进行基站选择、频带分配、功率控制。2.如权利要求1所述的无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法，其特征在于，所述无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法包括如下步骤：步骤一，虚拟网络运营商根据用户业务类型实现物理网络的虚拟化，虚拟化后产生的多个虚拟网络皆可称为虚拟网络供应商；步骤二，确定蜂窝用户组以及D2D多播用户组；步骤三，确定每个多播组签约的虚拟网络供应商；步骤四，为每一个虚拟网络供应商旗下签约的多播用户组确定虚拟资源分配办法。3.如权利要求2所述的无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：(1)需求相同业务类型且地理位置接近的用户可视为多播组用户，多播组用户从相邻的D2D用户获取信息或从蜂窝网络基站处获取信息；(2)基站集合为B，作为发送端的D2D用户集合为D，D2D用户多播组集合为Gd2d，蜂窝用户多播组集合为Gcellular。4.如权利要求2所述的无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：(1)根据每个多播组用户所需要的业务类型，选择虚拟网络供应商；(2)虚拟网络供应商集合为S，与虚拟网络s签约的多播用户组集合为Gs，且每个多播组只能签约一个虚拟网络供应商即5.如权利要求2所述的无线网络虚拟化场景下的D2D多播资源分配方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：第一步，为每一个蜂窝用户多播组选择物理基站，为每一个D2D用户多播组选择合适的用户作为D2D发送端；第二步，为每一个蜂窝用户多播组以及每一个D2D用户多播组分配合适的带宽资源，基于历史的平均发送功率，以最大化系统吞吐量为目标，在确保多播用户组通信速率以及频带资源受限的条件下，采用凸优化工具确定最优的带宽分配解；第三步，对基站及D2D发送端进行功率控制，基于已获得的带宽分配解，以最大化系统吞吐量为目标，在确保多播用户组通信速率以及功率资源受限的条件下，采用凸优化工具确定最优的功...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雨晨，陈健，王平，阔永红，郑帅，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61