[發(fā)明專利]一種等數(shù)據(jù)塊傳輸速率下利用D2D協(xié)作通信的帶有公平性和節(jié)能效果的數(shù)據(jù)分發(fā)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510020755.2
• 申請日: 2015-01-15
• 公開（公告）號: CN104581868B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳遠(yuǎn);陳佳超;何艷飛;錢麗萍
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/22;H04W52/02
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司33241
• 代理人: 王利強

1.一種等數(shù)據(jù)塊傳輸速率下利用D2D協(xié)作通信的帶有公平性和節(jié)能效果的數(shù)據(jù)分發(fā)方法：所述數(shù)據(jù)分發(fā)方法包括：

(1)在系統(tǒng)內(nèi)有個用戶，N為總用戶數(shù)，個數(shù)據(jù)塊，K為總數(shù)據(jù)塊個數(shù)，其中，數(shù)據(jù)塊k的需求用戶群為Ω^k，數(shù)據(jù)塊k的傳輸時間為x^k，數(shù)據(jù)塊k的大小為L^k，用戶i所需要的數(shù)據(jù)塊集合為U_i，基于D2D的協(xié)作通信方式完成對需求用戶的數(shù)據(jù)傳輸，基站需要在單個時間片T內(nèi)完成對K個數(shù)據(jù)塊的發(fā)送，在數(shù)據(jù)分發(fā)之前將數(shù)據(jù)塊k的傳輸時間x^k均分為S份每份傳輸時間為v^k，滿足有節(jié)能效果條件的中繼用戶按順序判斷是否滿足傳輸v^k的時間，直至用戶可用能量耗盡或者不滿足發(fā)送條件，最終確定被選為中繼的用戶對數(shù)據(jù)塊k的中繼時間為基站開始數(shù)據(jù)發(fā)送之后，被選為中繼的用戶在時間內(nèi)接收來自基站數(shù)據(jù)塊k的同時立即廣播給與該中繼用戶處于同一用戶群Ω^k的其他用戶，最后，若數(shù)據(jù)塊的傳輸時間x^k在經(jīng)過所有可選用戶中繼之后仍有剩余，即則的傳輸時間由基站直接對用戶廣播發(fā)送數(shù)據(jù)完成；所述數(shù)據(jù)塊傳輸時間x^k具體由以下步驟獲得：

步驟1.1：基站在單個時間片T內(nèi)對K個數(shù)據(jù)塊的傳輸速率R^k都相等，因此，對于數(shù)據(jù)塊k的傳輸速率R^k有，其中，k表示數(shù)據(jù)塊集合中的第k個數(shù)據(jù)塊，R^k表示數(shù)據(jù)塊k的傳輸速率，L^k表示數(shù)據(jù)塊k的大小，T表示單個時間片長度；

步驟1.2：對于數(shù)據(jù)塊k，根據(jù)步驟1.1所獲得的傳輸速率R^k，其傳輸時間x^k有，其中，x^k表示數(shù)據(jù)塊k的傳輸時間；

(2)根據(jù)(1)所述的方法，針對所述被選為中繼的用戶在時間中接收來自基站數(shù)據(jù)塊k的同時立即廣播給與該中繼用戶處于同一用戶群Ω^k內(nèi)他用戶的過程，考慮基于D2D協(xié)作通信實現(xiàn)該過程的限制條件，所述限制條件包括以下內(nèi)容：

用戶i作為數(shù)據(jù)塊k的中繼用戶時間不能超過數(shù)據(jù)塊k的傳輸時間x^k，即：

Σi∈Ωkzik≤xk∀k]]>

用戶i在完成對數(shù)據(jù)塊k的中繼轉(zhuǎn)發(fā)和接收所需數(shù)據(jù)過程中的能量不能超過其可用能量其中用戶i為其所需要的數(shù)據(jù)塊k進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)所需功率為對應(yīng)能耗為用戶i為接收數(shù)據(jù)塊k所需接收功率為對應(yīng)能耗為因此即：

Σk∈Ui(nmini∈Ωk{gij}(2Rk-1)+qi)zik+Σk∈Uihikxk≤Eimax∀i]]>

用戶i在作為數(shù)據(jù)塊k的中繼用戶時發(fā)送功率不能超過其最大發(fā)送功率否則用戶i不能被選作中繼，即：

zik≤xk·I(nmini∈Ωk{gij}(2Rk-1)+qi≤Pimax)∀i,k]]>

其中，函數(shù)

在上述限制條件中，各參數(shù)定義如下：

i：用戶i；

q_i：用戶i正在發(fā)送數(shù)據(jù)塊時的電路功耗；

R^k：數(shù)據(jù)塊k的傳輸速率；

x^k：數(shù)據(jù)塊k的傳輸時間；

n：信道背景噪聲；

g_ij：用戶i與用戶j之間的信道增益；

用戶i接收數(shù)據(jù)塊k過程中的接收功率；

用戶i被選為中繼后對于數(shù)據(jù)塊k的發(fā)送時間；

用戶i最大可用能量；

用戶i最大發(fā)送功率；

Ω^k：對于數(shù)據(jù)塊k有需求的用戶集合；

U_i：用戶i需求的數(shù)據(jù)塊集合；

根據(jù)所述限制條件，在(1)中所述方法給定數(shù)據(jù)塊傳輸時間下，選擇用戶作為中繼的同時還要兼顧到對數(shù)據(jù)塊k需求的用戶群中的每個用戶的公平性，使得能耗盡可能的均分到滿足中繼條件的用戶中去，即在達(dá)到節(jié)能效果的前提下，盡可能多的選擇用戶作為中繼對屬于集合Ω^k的其他用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)塊k的分發(fā)，步驟包括：

步驟2.1：令tR^k＝x^k，w＝0，其中，tR^k表示完成數(shù)據(jù)塊k完成傳輸?shù)氖Ｓ鄠鬏敃r間，ER_i表示用戶i的剩余可用能量，w表示θ個中的i,k對應(yīng)ER_i＝0、tR^k＝0或用戶i不滿足發(fā)送功率的個數(shù)；

步驟2.2：在考慮數(shù)據(jù)塊傳輸速率以及包括基站到用戶、用戶到用戶在內(nèi)信道環(huán)境因素下，定義變量計算對于所有數(shù)據(jù)塊k對應(yīng)屬于集合Ω^k內(nèi)所有用戶下的

步驟2.3：將步驟2.2中計算的所有從小到大進(jìn)行排序，具體如下：

其中，表示從小到大排列第個，其中，θ表示的個數(shù)；

步驟2.4：將數(shù)據(jù)塊k傳輸時間x^k均分成S份，即令其中，v^k表示數(shù)據(jù)塊k的單位傳輸時間片，S表示數(shù)據(jù)塊傳輸時間x^k的均分份數(shù)；

步驟2.5：若θ＝0，則跳至步驟2.8；否則令l＝1，其中，l表示當(dāng)前序號；

步驟2.6：對于步驟2.3得到的根據(jù)中的i,k得到對應(yīng)的ER_i和tR^k，判斷若ER_i＝0，tR^k＝0，則w＝w+1跳至步驟2.7；否則判斷同時若是，則tR^k＝tR^k-v^k，若否，則w＝w+1跳至步驟2.7；

步驟2.7：若w＝θ，則跳至步驟2.8，否則令l＝l+1，若l>θ，則令l＝1,w＝0并跳至步驟2.6，否則直接跳至步驟2.6；

步驟2.8：對于數(shù)據(jù)塊k，若仍有的傳輸時間剩余，則剩余傳輸時間由基站直接進(jìn)行廣播；

步驟2.9：輸出：用戶i對數(shù)據(jù)塊k的傳輸時間