專利名稱：D2d多播通信系統(tǒng)中避免沖突的分時傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中采用D2D多播通信避免沖突的分時傳輸方法，屬于無線通信的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
移動通信技術(shù)發(fā)展迅速，如今3G已經(jīng)步入商用階段。業(yè)界也在為下一代無線通信技術(shù)的發(fā)展做更多努力，例如，3GPP中的長期演進LTE(Long Term Evolution)和 IEEE 802.16m(Institute of Electrical and Electronics Engineers)。另夕卜，3GPP 也正在對LTE-A開展更深入的研究。這些通信技術(shù)的發(fā)展和演進都是在未來移動蜂窩網(wǎng)絡(luò) IMT-A(International Mobile Telecommunications-Advanced)的范疇下進行的。未來移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)需要具備高速率、大容量和更高的服務(wù)質(zhì)量QoS，相應(yīng)的帶寬需求也在不斷加大，因而帶寬的分配正變得越來越擁擠。然而，能夠用于蜂窩移動通信的頻譜資源十分有限，在2007年世界無線通信會議上為移動通信系統(tǒng)分配的帶寬不足600MHz，但是，預(yù)計到 2020年的無線通信帶寬需求卻在1200MHz到1700MHz之間。因此，現(xiàn)有的帶寬不能滿足實際系統(tǒng)的需求，所以如何更有效地利用帶寬具有十分重要的意義。參見圖1，介紹在蜂窩網(wǎng)絡(luò)控制下的D2D技術(shù)的應(yīng)用情況D2D通信能與小區(qū)用戶共享資源，通過復(fù)用資源，能使頻譜利用率明顯提升。此外，D2D還能帶來多方面好處降低蜂窩小區(qū)基站負載和移動終端發(fā)射功率、以減少終端能量消耗、提高無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，提高小區(qū)通信傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施健壯性等等。多播技術(shù)是一種基于組的傳輸方式，通常用于某個終端要將相同數(shù)據(jù)傳送給多個接收終端的場景。在無線多播通信中，要保證每個多播組中的各個終端都能成功接收到無線信號，多播技術(shù)被認為是一種有效節(jié)省無線信道資源和能量的傳輸方式，特別是在大數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)(如音視頻會議、移動電視等)。在小區(qū)基站控制下，D2D通信終端在獲得通信的頻譜資源和傳輸功率后，就在近距離或同一區(qū)域內(nèi)的D2D多播通信中，完成每個終端向多個其他終端D2MD (Device to Multi-Device)的多播通信，因其傳輸不需經(jīng)過基站，故減輕了基站負載，也保證滿足了區(qū)域內(nèi)用戶的服務(wù)需求。 D2D技術(shù)與多播技術(shù)的有效結(jié)合能夠充分利用各自優(yōu)勢，最大程度地改善網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和系統(tǒng)容量。由于終端的隨機分布性及其能源的局限性，為了增強網(wǎng)絡(luò)的可擴展性和對終端實現(xiàn)無縫覆蓋，蜂窩小區(qū)在進行D2D多播通信時，通常要對終端進行分簇。但在分簇處理后， 因終端的隨機流動，不可避免地存在著簇間沖突的問題。由于蜂窩D2D的多播數(shù)據(jù)是在同一條共享的多播信道上傳輸?shù)?，沖突終端(即雖歸屬為某簇、但同時又被其他多個簇首終端所覆蓋的終端)在接收到這些多個簇首終端同時多播的數(shù)據(jù)時，就會造成簇間沖突；這種數(shù)據(jù)沖突不僅造成網(wǎng)絡(luò)擁堵，降低傳輸效率，還造成能量的不必要消耗。因此，如何避免該數(shù)據(jù)沖突就成為非常重要的問題。目前，對于蜂窩網(wǎng)絡(luò)D2D多播通信中的簇間沖突開展的研究也比較少。傳統(tǒng)方法是著眼于鏈路層上基于競爭的媒體接入控制MAC (Media Access Control)協(xié)議的改進,大多采用各個終端間的多次握手機制來競爭信道。但是，基于競爭的現(xiàn)有MAC協(xié)議不能保證穩(wěn)定的包間時延，其幀結(jié)構(gòu)也不適應(yīng)動態(tài)變化的多播組，還缺少對多播或廣播的明確支持。 對于實時性應(yīng)用，這些都是嚴重問題。另外，多跳網(wǎng)絡(luò)中存在著的隱藏終端問題，也極大地降低了協(xié)議的傳輸性能。由于基于競爭的MAC協(xié)議不確定的包間延遲，以及缺少對多播或廣播的明確支持,科研人員就開始關(guān)注于研究基于時分復(fù)用TDM(Time Division Multiplexing)的非競爭的調(diào)度方法通過預(yù)先的調(diào)度將終端分配到不同的時間和數(shù)據(jù)信道，以保證不會發(fā)生沖突和有效復(fù)用帶寬，這樣就可以有效支持QoS要求和取得較高的信道利用率。對于D2D多播通信中的簇間沖突，基于TDM的最簡單的現(xiàn)有技術(shù)是每時隙單簇傳輸STS方法(Single-cluster Transmission per Slot),其為分簇后的每個簇首終端分配一個時隙，用于其簇內(nèi)的多播發(fā)送。該方法操作簡單，因為終端在每個時隙內(nèi)只能收到一個簇首終端的信號，避免了簇間沖突；但是，也因為在每個時隙中僅有一個簇首終端進行發(fā)送，多播所需的時隙數(shù)等于簇首終端總數(shù)，時隙的利用率太低，造成了大量時隙資源的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中 采用D2D多播通信避免沖突的分時傳輸方法，本發(fā)明是在STS傳輸方法基礎(chǔ)上，基于TDM傳輸方式固有的沖突避免特性， 提出的一種調(diào)整簇首終端發(fā)射功率、以適應(yīng)簇地理范圍的分時傳輸方法一每時隙多簇傳輸方法MTS (Multi-cluster Transmission per Slot),該方法通過計算與分配時隙，將相互間有沖突終端的簇分配在不同時隙，以避免簇間沖突；并選擇相互之間沒有沖突終端的多個簇在同一時隙內(nèi)同時進行多播發(fā)送，有效提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中采用D2D多播通信避免沖突的分時傳輸方法，其特征在于所述方法采用調(diào)整簇首終端發(fā)射功率來適應(yīng)簇地理范圍、并進行分時傳輸；也就是將相互間有沖突終端的簇分配在不同的時隙傳輸數(shù)據(jù)，以避免簇間沖突；并選擇相互之間沒有沖突終端的多個簇在同一時隙內(nèi)同時進行多播發(fā)送，充分利用每個時隙，以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，故被稱為每時隙多簇傳輸方法；該方法包括下列四個操作步驟(I)基站執(zhí)行分簇操作基站采用基于位置信息的分簇算法對其傳輸范圍內(nèi)需要多播傳輸?shù)慕K端進行分簇，將其分為兩類簇首終端與簇內(nèi)終端；以便以兩跳多播方式傳輸數(shù)據(jù)第一跳是基站將數(shù)據(jù)包多播給簇首終端，第二跳是簇首終端將接收的數(shù)據(jù)包以 D2D多播方式發(fā)送給各自簇中的簇內(nèi)終端；(2)基站計算簇間關(guān)聯(lián)矩陣完成分簇后，基站調(diào)整每個簇首終端的發(fā)射功率，使其傳輸范圍恰好覆蓋到各自簇中距離其最遠的簇內(nèi)終端；并在此基礎(chǔ)上計算簇間關(guān)聯(lián)矩陣，用于表示各簇之間是否存在沖突終端；(3)基站分配時隙基站基于簇間關(guān)聯(lián)矩陣將相互間存在沖突終端的簇分配在不同時隙傳輸數(shù)據(jù)，以避免簇間沖突；并選擇相互之間沒有沖突終端的多個簇在同一時隙內(nèi)同時進行多播發(fā)送，以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率；(4)基站執(zhí)行分時多播傳輸基站根據(jù)計算到的總時隙數(shù)和每個時隙中能夠同時進行多播發(fā)送的簇的標識執(zhí)行分時多播傳輸數(shù)據(jù)包本發(fā)明的優(yōu)點是對于D2D多播通信中的簇間沖突問題，因傳統(tǒng)的鏈路層上基于競爭的MAC協(xié)議不能夠保證穩(wěn)定的包間時延，這對于實時性應(yīng)用是個大問題；而且缺少對多播或廣播的明確支持。雖然基于TDM的非競爭的調(diào)度機制不需考慮這些問題，而且基于 TDM的STS傳輸方法的操作簡單；但是，其需要的時隙總數(shù)等于簇首終端的總數(shù)，時隙利用率低，浪費了大量時隙資源。本發(fā)明是一種調(diào)整簇首終端發(fā)射功率來適應(yīng)簇地理范圍的MTS 傳輸方法，通過計算和分配時隙，將相互間有沖突終端的簇分配在不同的時隙來避免簇間沖突，并選擇相互之間沒有沖突終端的多個簇在同一個時隙內(nèi)同時進行多播發(fā)送，不僅避免了簇間沖突，且大大地減少了所需的時隙數(shù)，提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。


圖I是蜂窩網(wǎng)絡(luò)D2D多播通信系統(tǒng)架構(gòu)組成示意圖。圖2是基站調(diào)整簇首終端發(fā)射功率，用于適應(yīng)簇地理范圍前、后的相鄰簇間的沖突終端狀況對比圖。圖3是本發(fā)明D2D多播通信避免沖突的分時傳輸方法操作步驟流程圖。圖4是圖3中步驟2的操作步驟流程圖。圖5是本發(fā)明MTS傳輸方法的時隙分配不意圖。圖6是圖3中步驟3的操作步驟流程圖。圖7是本發(fā)明實施例中簇首終端采用相同的缺省發(fā)射功率時，分別采用STS和MTS 傳輸方法與傳統(tǒng)沖突重傳方法的三種吞吐率比較示意圖。圖8是本發(fā)明實施例中調(diào)整簇首終端發(fā)射功率適應(yīng)簇地理范圍，以及在簇首終端采用相同缺省發(fā)射功率的兩種條件后，分別采用MTS和STS傳輸方法時的吞吐率之間的比較示意圖。圖9是本發(fā)明實施例中調(diào)整簇首終端發(fā)射功率適應(yīng)簇地理范圍，以及在簇首終端采用相同缺省發(fā)射功率的兩種條件后，分別采用MTS傳輸方法和傳統(tǒng)沖突重傳方法時所消耗EU數(shù)間的比較示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。本發(fā)明是在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中采用D2D多播通信避免沖突的分時傳輸方法，其應(yīng)用場景如圖I所示采用調(diào)整簇首終端發(fā)射功率來適應(yīng)簇地理范圍(參見圖2所示)、并進行分時傳輸；也就是將相互間有沖突終端的簇分配在不同的時隙傳輸數(shù)據(jù)，以避免簇間沖突； 并選擇相互之間沒有沖突終端的多個簇在同一時隙內(nèi)同時進行多播發(fā)送，充分利用每個時隙，以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，故本發(fā)明被稱為每時隙多簇傳輸方法。參見圖3，介紹本發(fā)明方法的下列四個操作步驟步驟1，基站先執(zhí)行分簇操作基站采用基于位置信息的分簇算法(例如經(jīng)典的最大連接度分簇算法HCCA (Highest Connectiv ity Clustering Algorithm))對其傳輸范圍內(nèi)需要多播傳輸?shù)慕K端進行分簇，將其分為兩類簇首終端與簇內(nèi)終端；以便采用與兩級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的兩跳多播方式傳輸數(shù)據(jù)第I跳是基站將數(shù)據(jù)包多播給簇首終端，第2 跳是簇首終端再將接收的數(shù)據(jù)包以D2D多播方式發(fā)送給各自簇中的簇內(nèi)終端。D2D多播通信所使用的時頻資源是由基站分配給終端。為了有效避免D2D多播通信與該小區(qū)中其他用戶終端之間產(chǎn)生通信干擾，基站為D2D多播通信分配的時頻資源是獨立的、且與蜂窩通信的時頻資源呈相互正交關(guān)系。為調(diào)度中心的基站在對其傳輸范圍內(nèi)的終端 進行分簇后，能夠獲知該傳輸區(qū)域中的簇首終端數(shù)量、各簇首終端的位置信息與標識，以及每個簇中的簇內(nèi)終端數(shù)量與其位置信息。為降低功率，D2D多播通信中的基站和每個終端的發(fā)射功率都是受限的，故基站和每個終端的最大發(fā)射功率及其對應(yīng)的最大傳輸范圍都被設(shè)置為相同數(shù)值。該步驟I中，基站執(zhí)行的分簇操作只能將位于其最大傳輸范圍內(nèi)的終端選為簇首終端，同樣地，只有位于簇首終端最大傳輸范圍內(nèi)的終端才能成為該簇的簇內(nèi)終端。而且，基站將終端的最大發(fā)射功率作為各簇首終端相同的缺省發(fā)射功率，并將終端的最大傳輸范圍作為各簇首終端相同的缺省傳輸范圍，以便能夠在每個時隙內(nèi)選擇沒有沖突終端的多簇同時進行多播發(fā)送，以避免簇間沖突和提高傳輸效率。步驟2，基站計算簇間關(guān)聯(lián)矩陣完成分簇后，基站調(diào)整每個簇首終端的發(fā)射功率，使其傳輸范圍恰好覆蓋到各自簇中距離其最遠的簇內(nèi)終端；并在此基礎(chǔ)上計算簇間關(guān)聯(lián)矩陣，用于表示各簇之間是否存在沖突終端。該步驟包括下述操作內(nèi)容(參見圖4所示)(21)初始化設(shè)置因分簇后基站獲知各終端的地理位置信息，并計算得到每個簇Clusteri的實際地理范圍Ri (也就是簇首終端與本簇中距離其最遠的簇內(nèi)終端之間的距離)；此時，基站調(diào)整各個簇首終端ClusterHeadi的發(fā)射功率，即設(shè)置各個簇首終端 ClusterHeadi的傳輸范圍為變量Fi,以使其傳輸范圍剛好覆蓋到各自簇中距離自己最遠的簇內(nèi)終端，這樣既能減少相鄰簇間的沖突終端，還能節(jié)省簇首終端的有限能量，而且操作簡單易行。其中，自然數(shù)下標i為簇或簇首終端的序號，其最大值為n。例如圖2所示的網(wǎng)絡(luò)僅有3個簇，原來簇首終端采用為各個終端最大發(fā)射功率的相同的缺省功率值時，簇I與簇 2以及簇2與簇3之間都有沖突終端，而在調(diào)整簇首終端發(fā)射功率以適應(yīng)簇地理范圍后，3 個簇相互之間就不再有沖突終端，因此能被分配在同一時隙同時進行多播發(fā)送。然后，設(shè)置 Fi = Ri和一個nXn的零矩陣H。(22)基站對所有簇進行任選兩簇的逐一比較后，得到用于表示和判斷各簇間是否存在沖突終端的簇間關(guān)聯(lián)矩陣H，該矩陣H是一個n階矩陣，n為分簇后的簇的總數(shù)，其中每個元素Hi, j(即位于矩陣H中第i行、第j列的元素)表示Clusteri中是否有沖突終端被 Clusterj所覆蓋，若有，則Hi, j = I ;若沒有，則Hi, j = O0且該矩陣H的對角線上所有元素的值都為O。該步驟包括下述操作內(nèi)容(22k)基站分別選取兩個不同序號的簇Clusteri和Cluster」，準備判斷該 Clusteri與Clusterj兩簇之間是否存在沖突終端，即通過計算某一簇中的各簇內(nèi)終端同其它各個簇首終端間的距離，再將該距離分別與各簇首終端的傳輸范圍進行比較，以確定此簇與其他簇間是否存在沖突終端；式中，i和j為兩個不同簇的序號；(22B)基站選取Clusteri中的第m個簇內(nèi)終端ClusterNodei, m,準備判斷ClusterNodei, m是否是兩個簇Clusteri與Cluster」之間的一個沖突終端；式中，自然數(shù)下標m為簇內(nèi)終端序號，Ni為Clusteri中的簇內(nèi)終端總數(shù)、即m的最大值；(22C)基站計算得到 ClusterNode^m與 ClusterHeadj之間的距離 Di-^j,并判斷DiI,j ( Fj是否成立，式中，匕為簇首終端ClusterHeac^的傳輸范圍；若是，則設(shè)置簇間關(guān)聯(lián)矩陣H中第i行、第j列的元素Hi,」=1，表示Clusteri與Cluster」間至少存在一個沖突終端ClusterNodei^ ;然后返回步驟(22A):選取下一個序號的簇Clusterj+1,準備判斷該Clusteri與Clusterj+1兩簇之間是否存在沖突終端；式中，i和j+1是兩個不同族的序號；若否，即Db j > Fj,則維持Hi, j為0 ;然后返回步驟(22B):選取Clusteri中下一個序號的簇內(nèi)終端ClusterNodeiL1,準備判斷ClusterNodeiL1是否是兩個簇Clusteri與Clusterj之間的一個沖突終端；(22D)基站輪詢Clusteri簇中的每個簇內(nèi)終端,并判斷其是否為兩個簇Clusteri與Clustei^之間的一個沖突終端；直到依次全部選取比較后，若Hi, j仍然維持為0，則返回步驟(22A):選取下一個序號的簇Clusterj+1,準備判斷該Clusteri與Clusterj+1兩簇之間是否存在沖關(guān)終％5 ;(22E)基站完成對Clusteri與所有其他簇之間是否存在沖突終端的判斷后，得到矩陣H中第i行的所有元素的值；然后返回步驟(22A):基站選取下一個序號的簇CluSteri+1，準備判斷CluSteri+1與所有其他各簇之間是否存在沖突終端，以便得到矩陣H中第i+1行的所有元素的值；這樣按照上述方法依次進行比較，直至將所有的簇都選取一遍后，得到表示各簇之間是否存在沖突終端的簇間關(guān)聯(lián)矩陣H。步驟3，基站分配時隙基站基于簇間關(guān)聯(lián)矩陣將相互間存在沖突終端的簇分配在不同時隙傳輸數(shù)據(jù)，以避免簇間沖突；并選擇相互之間沒有沖突終端的多個簇在同一時隙內(nèi)同時進行多播發(fā)送，以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。參見圖5，介紹一個時隙分配方法的實例圖示網(wǎng)絡(luò)有6個簇、且相鄰簇間有沖突終端?；究稍诘贗個時隙選擇簇首終端1、4與6為一組進行多播發(fā)送，因簇1、4與6彼此之間沒有沖突終端，在同一時隙多播不會對沖突終端的接收產(chǎn)生影響。同理，可在第2個時隙選擇簇首終端2與5為一組同時多播；最后第3個時隙由剩余的簇首終端3單獨作為一組占用。這樣6個簇按照該時隙分配法，總共只需3個時隙，即可完成一次所有簇的多播傳輸，比STS傳輸方法節(jié)省了一半。該步驟包括下述操作內(nèi)容(參見圖6)(31)初始化設(shè)置基站設(shè)置一個由自然數(shù)I n組成的集合Sn，該集合Sn中的n個元素是尚未被分配時隙的簇的序號；再設(shè)置一個初始狀態(tài)為空的集合Lp，該集合Lp用于容納能在同一個時隙多播傳輸?shù)拇氐男蛱?，式中，自然?shù)下標P為集合L的序號；(32)基站選取集合Sn中的任一元素X，并將其移出和放入集合Lp中；(33)基站選取集合Sn中的另一元素y，并判斷y與集合Lp中的任一元素z是否都符合下述條件簇間關(guān)聯(lián)矩陣H中第y行、第z列元素Hy, z = 0 ;若是，則將y移出集合Sn，并放入集合Lp中，然后執(zhí)行步驟(34);否則，對元素y不做處理，直接執(zhí)行后續(xù)步驟(34)；
(34)基站循環(huán)執(zhí)行步驟(33)，即選取集合Sn中在本輪循環(huán)中尚未被選取的任一元素，再將其與集合Lp中的任一元素進行判斷；直至Sn中的剩余元素都按照上述方法在本輪循環(huán)中被選取并與集合Lp中的任一元素進行一次判斷；
(35)基站設(shè)置另一個初始狀態(tài)為空的集合Lp+1后，循環(huán)執(zhí)行步驟(32)、(33)和(34)，直至使得該Sn變成空集合；此時，基站共設(shè)置的集合1^的總數(shù)量表示分時多播傳輸所需要的時隙總數(shù)，而被移入同一集合Lp中的元素則為能夠在同一個時隙進行多播傳輸?shù)拇氐男蛱?。步驟4，基站執(zhí)行分時多播傳輸基站根據(jù)計算到的總共所需的時隙數(shù)和每個時隙中能夠同時進行多播發(fā)送的簇的標識執(zhí)行分時多播傳輸數(shù)據(jù)包。本發(fā)明已經(jīng)進行了多次仿真實施試驗，分別從網(wǎng)絡(luò)吞吐率及網(wǎng)絡(luò)消耗能量兩個指標檢驗本發(fā)明方法與STS傳輸方法和傳統(tǒng)沖突重傳方法(ConventionalCollision-Retransmission)白勺性倉泛。仿真實施試驗的場景是一個1000X IOOOm2的正方形地理區(qū)域，將數(shù)量為N的終端隨機布撒于該區(qū)域。并在該區(qū)域中心點設(shè)置基站，假設(shè)基站有某個多播業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)要發(fā)送給區(qū)域中的所有終端?；具x擇分簇兩跳多播傳輸方式，并在第2跳中由簇首終端與簇內(nèi)終端之間采用D2D多播方式。該實施例中，基站先用傳統(tǒng)的最大連接度分簇算法HCCA對網(wǎng)絡(luò)進行分簇；分簇后，基站獲知該區(qū)域中簇首終端的總數(shù)與各簇首終端的標識、各簇中的簇內(nèi)終端的總數(shù)和各終端的地理位置信息。然后，基站將自己與各簇首終端，以及各簇首終端與各自簇內(nèi)終端之間的距離進行歸一化處理將其自身與網(wǎng)絡(luò)中最遠終端之間的距離歸一化為I。并且，設(shè)置歸一化后，設(shè)該網(wǎng)絡(luò)中每個終端的最大傳輸范圍為0. 5。為了比較采用本發(fā)明方法和傳統(tǒng)沖突重傳方法兩者的能量消耗，特設(shè)一個能量單元EU(Energy Unit)作為比較基準。每一個EU代表終端向半徑為0. I的圓形覆蓋區(qū)域中多播發(fā)送一個固定字節(jié)長度的數(shù)據(jù)包時所消耗的能量。實施例的仿真參數(shù)預(yù)設(shè)如下表所示。
權(quán)利要求
1.一種在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中采用D2D多播通信避免沖突的分時傳輸方法，其特征在于所述方法采用調(diào)整簇首終端發(fā)射功率來適應(yīng)簇地理范圍、并進行分時傳輸；也就是將相互間有沖突終端的簇分配在不同的時隙傳輸數(shù)據(jù)，以避免簇間沖突；并選擇相互之間沒有沖突終端的多個簇在同一時隙內(nèi)同時進行多播發(fā)送，充分利用每個時隙，以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，故被稱為每時隙多簇傳輸方法；該方法包括下列四個操作步驟 (1)基站執(zhí)行分簇操作基站采用基于位置信息的分簇算法對其傳輸范圍內(nèi)需要多播傳輸?shù)慕K端進行分簇，將其分為兩類簇首終端與簇內(nèi)終端；以便以兩跳多播方式傳輸數(shù)據(jù)第一跳是基站將數(shù)據(jù)包多播給簇首終端，第二跳是簇首終端將接收的數(shù)據(jù)包以D2D多播方式發(fā)送給各自簇中的簇內(nèi)終端； (2)基站計算簇間關(guān)聯(lián)矩陣完成分簇后，基站調(diào)整每個簇首終端的發(fā)射功率，使其傳輸范圍恰好覆蓋到各自簇中距離其最遠的簇內(nèi)終端；并在此基礎(chǔ)上計算簇間關(guān)聯(lián)矩陣，用于表示各簇之間是否存在沖突終端； (3)基站分配時隙基站基于簇間關(guān)聯(lián)矩陣將相互間存在沖突終端的簇分配在不同時 隙傳輸數(shù)據(jù)，以避免簇間沖突；并選擇相互之間沒有沖突終端的多個簇在同一時隙內(nèi)同時進行多播發(fā)送，以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率； (4)基站執(zhí)行分時多播傳輸基站根據(jù)計算到的總時隙數(shù)和每個時隙中能夠同時進行多播發(fā)送的簇的標識執(zhí)行分時多播傳輸數(shù)據(jù)包。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于為了有效避免D2D多播通信與該小區(qū)中其他終端之間產(chǎn)生通信干擾，所述基站為D2D多播通信終端所分配的時頻資源是獨立的、且與蜂窩通信的時頻資源呈正交關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述基站在對其傳輸范圍內(nèi)的終端進行分簇后，能夠獲知該傳輸區(qū)域中的簇首終端數(shù)量、各簇首終端的位置信息與標識，以及每個簇中的簇內(nèi)終端數(shù)量與其位置信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于因D2D多播通信中的基站和每個終端的發(fā)射功率都是受限的，故基站和每個終端的最大發(fā)射功率及其對應(yīng)的最大傳輸范圍都被設(shè)置為相同數(shù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的方法，其特征在于所述步驟(I)中，基站執(zhí)行的分簇操作只能將位于該基站最大傳輸范圍內(nèi)的終端選為簇首終端，同樣地，只有位于簇首終端最大傳輸范圍內(nèi)的終端才能成為該簇的簇內(nèi)終端；且基站將終端的最大發(fā)射功率作為各簇首終端相同的缺省發(fā)射功率，并將終端的最大傳輸范圍作為各簇首終端相同的缺省傳輸范圍，以便能在每個時隙內(nèi)選擇沒有沖突終端的多簇同時進行多播發(fā)送，以避免簇間沖突和提高傳輸效率。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟(2)包括下述操作內(nèi)容 (21)初始化設(shè)置基于獲知的各終端位置信息，基站計算得到每個簇Clusteri的地理范圍Ri,再設(shè)置變量FiS各個簇首終端ClusterHeadi的傳輸范圍；其中，自然數(shù)下標i為簇或簇首終端的序號，其最大值為η ;然后，設(shè)置Fi = Ri和一個ηΧη的零矩陣H ； (22)基站對所有簇進行任選兩簇的逐一比較后，得到簇間關(guān)聯(lián)矩陣H，用于判斷是否存在沖突終端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述步驟(22)包括下述操作內(nèi)容(22A)基站分別選取兩個不同序號的簇Clusteri和Clusterj,準備判斷該Clusteri與Clusterj兩簇之間是否存在沖突終端，式中，i和j為兩個不同簇的序號； (22B)基站選取Clusteri中的第m個簇內(nèi)終端ClusterNodei,m,準備判斷ClusterNodei,m是否是兩個簇Clusteri與Clusterj之間的一個沖突終端；式中，自然數(shù)下標m為簇內(nèi)終端序號，Ni為Clusteri中的簇內(nèi)終端總數(shù)、即m的最大值； (22C)基站計算得到ClusterNodeim與ClusterHeadj之間的距離D^m,」，并判斷DiIj ( Fj是否成立，式中，匕為簇首終端ClusterHeac^的傳輸范圍； 若是，則設(shè)置簇間關(guān)聯(lián)矩陣H中第i行、第j列的元素Hiij = 1，表示Clusteri與Cluster」間至少存在一個沖突終端ClusterNodei^ ;然后返回步驟(22A):選取下一個序號的簇Clusterj+1,準備判斷該Clusteri與Clusterj+1兩簇之間是否存在沖突終端；式中，i和j+Ι是兩個不同族的序號； 若否，即Db, j > Fj,則維持Hi, j為O ;然后返回步驟(22B):選取Clusteri中下一個序號的簇內(nèi)終端ClusterNodeiL1,準備判斷ClusterNodeiL1是否是兩個簇Clusteri與Clusterj之間的一個沖突終端； (22D)基站輪詢Clusteri簇中的每個簇內(nèi)終端，并判斷其是否為兩個簇Clusteri與Clusterj之間的一個沖突終端；直到依次全部選取比較后，若Hi,」仍然維持為0，則返回步驟(22A):選取下一個序號的簇Clusterj+1,準備判斷該Clusteri與Clusterj+1兩簇之間是否存在沖關(guān)終; (22E)基站完成對Clusteri與所有其他簇之間是否存在沖突終端的判斷后，得到矩陣H中第i行的所有元素的值；然后返回步驟(22A):基站選取下一個序號的簇CluSteri+1，準備判斷CluSteri+1與所有其他各簇之間是否存在沖突終端，以便得到矩陣H中第i+Ι行的所有元素的值；這樣按照上述方法依次進行比較，直至將所有的簇都選取一遍后，得到表示各簇之間是否存在沖突終端的簇間關(guān)聯(lián)矩陣H ;該矩陣H對角線上所有元素的值都為O。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟(3)包括下述操作內(nèi)容 (31)初始化設(shè)置基站設(shè)置一個由自然數(shù)I η組成的集合Sn，該集合Sn中的η個元素是尚未被分配時隙的簇的序號；再設(shè)置一個初始狀態(tài)為空的集合Lp，該集合Lp用于容納能在同一個時隙多播傳輸?shù)拇氐男蛱枺街?，自然?shù)下標P為集合L的序號； (32)基站選取集合Sn中的任一元素X，并將其移出和放入集合Lp中； (33)基站選取集合Sn中的另一元素y，并判斷y與集合Lp中的任一元素z是否都符合下述條件簇間關(guān)聯(lián)矩陣H中第y行、第z列元素Hy, z = O ;若是，則將y移出集合Sn，并放入集合Lp中，然后執(zhí)行步驟(34);否則，對元素y不做處理，直接執(zhí)行后續(xù)步驟(34)； (34)基站循環(huán)執(zhí)行步驟(33)，即選取集合Sn中在本輪循環(huán)中尚未被選取的任一元素，再將其與集合Lp中的任一元素進行判斷；直至Sn中的剩余元素都按照上述方法在本輪循環(huán)中被選取并與集合Lp中的任一元素進行一次判斷； (35)基站設(shè)置另一個初始狀態(tài)為空的集合Lp+1后，循環(huán)執(zhí)行步驟(32)、(33)和(34)，直至使得該Sn變成空集合；此時，基站共設(shè)置的集合Lp的總數(shù)量表示分時多播傳輸所需要的時隙總數(shù)，而被移入同一集合Lp中的兀素則為能夠在同一個時隙進行多播傳輸?shù)拇氐男蛱枴?br> 全文摘要
一種在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中采用D2D多播通信避免沖突的分時傳輸方法，該方法采用調(diào)整簇首終端發(fā)射功率來適應(yīng)簇地理范圍、并進行分時傳輸；也就是將相互間有沖突終端的簇分配在不同的時隙傳輸數(shù)據(jù)，以避免簇間沖突；并選擇相互之間沒有沖突終端的多個簇在同一時隙內(nèi)同時進行多播發(fā)送，充分利用每個時隙，以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，故被稱為每時隙多簇傳輸方法。本發(fā)明不僅避免了簇間沖突，而且大大地減少了所需的時隙數(shù)，提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。
文檔編號H04W4/06GK102625252SQ201210070840
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者張鴻濤, 李兆寧, 李松, 王曉湘, 王玉龍, 趙淵 申請人:北京郵電大學(xué)