[發明專利]無線D2D網絡中基于角度和干擾控制建立多播路由的方法

有效

• 申請號: 201410649964.9
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104394569B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 任品毅;許茜;杜清河
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04W40/04
• 分類號: H04W40/04;H04W40/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，尤其是無線D2D網絡中一種基于角度和干擾控制的建立多播路由的方法。

背景技術

隨著社交網絡、本地廣播等應用的興起，終端設備間的信息交互技術引起了學術界的廣泛關注。D2D(設備到設備)是一種允許設備通過共享蜂窩網頻譜資源來進行通信的直連通信技術，它不僅滿足了設備間直接通信的需求，還可以提高蜂窩網絡的頻譜效率和系統容量?，F有的許多研究都是針對D2D網絡中單跳單播通信展開的，這極大地限制了D2D網絡的功能和應用場景，主要原因有以下兩點：首先，由于D2D設備共享了蜂窩網絡的頻譜，D2D節點必須控制其發射功率以保證蜂窩通信的質量。發射功率的受限直接導致其傳播距離受限，單跳往往不能提供源節點和目的節點間的可靠通信。因此，D2D網絡內常常需要通過建立多跳路由來滿足可靠通信的需求。其次，在諸如軟件下載、視頻播放等多個用戶有相同數據需求的場景中，單播這種點對點的通信模式會造成頻譜資源的浪費。相反，利用多播這種一點對多點的通信技術，讓源節點同時發送數據包至多個目的節點，可以提高頻譜的利用效率?；谝陨显颍芯緿2D網絡下的多跳多播通信技術具有重要的理論與應用價值。在針對D2D網絡的研究中，一個至關重要的因素就是干擾。通常，在D2D多跳多播通信網絡中存在兩種干擾，一種是網絡間干擾，即D2D節點和蜂窩用戶之間的干擾；一種是網絡內干擾，即使用同一頻率同時進行數據傳輸的D2D節點間的干擾。在這種復雜的干擾環境下，設計高效合理的路由建立機制，可以在進行干擾控制的同時盡可能減小端到端延時，提高通信的服務質量(QoS)。因此，針對D2D網絡下的多跳多播通信，研究高效合理的路由選擇算法具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供無線D2D網絡中基于角度和干擾控制建立多播路由的方法，針對共享蜂窩網上行頻譜的D2D多跳多播通信系統，設計一種高效合理的路由算法，以在保證蜂窩通信質量和D2D鏈路最低傳輸速率的前提下，使源節點到各目的節點的平均跳數最小化，從而減小源節點到各目的節點的平均端到端延時。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

包括以下步驟：

1)根據D2D節點和蜂窩用戶之間的干擾以及D2D節點之間的干擾，構建最小化平均跳數的路由優化模型；

2)設計距離比最小準則和角度閾值準則，以指導路由的建立；

3)根據距離比最小準則和角度閾值準則，逐跳建立從源節點M_sr到各目的節點的路由。

所述步驟1)的具體步驟包括：

1-1)、計算基站端的路徑增益，其計算公式為：

其中，P₀為蜂窩用戶的發射功率，d₀為蜂窩用戶和基站之間的距離，η是路徑損耗指數，α是天線的固定功率增益；

1-2)、計算第x跳內，蜂窩鏈路的信干比并要求信干比值大于等于門限值ρ_th：

其中，P_i為節點i的發射功率，D_i為節點i和基站之間的距離；

1-3)、由式(2)計算出發射節點集合T_x中各節點發射功率的上界為：

1-4)、計算集合T_x中任一節點i到節點j的最高傳輸速率其計算公式為：

其中，B為蜂窩用戶的帶寬，Δ_j為節點j和蜂窩用戶之間的距離，d_i,j為節點i和節點j之間的距離；

1-5)、根據式(4)計算第y條SL路徑上的第x跳，即H_xy的最高傳輸速率

其中，t＝T_xy，r＝R_xy

1-6)對于有一個源節點和m個目的節點的多播通信組，使用L_v代表從源節點成功傳輸數據包到第v個目的節點所需跳數，在滿足D2D鏈路最小傳輸速率R_th的前提下，將最小化平均路徑跳數的問題歸結為下式：

s.t：T₁＝{M_sr}；

其中，κ代表所生成的多播樹，P代表所有D2D節點的發射功率向量。

所述步驟2)的具體步驟包括：

2-1)、距離比最小準則：