CN107820256A - 一种基于d2d区域分发技术的数据传送方法 - Google Patents

一种基于d2d区域分发技术的数据传送方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于D2D区域分发技术的数据传送方法，基于多播D2D通信场景，通过多接收机构建分簇的D2D网络，完成数据的高效传送。实现了对距离数据源较远的接收机的数据分发，以及通过高效的分簇方法提高网络数据传播效率的良好效果。克服了现有技术只能向可与数据源通信的D2D接收机进行数据传输，且由于并行传输量较大，从而影响传输效率的现状，具有较好的传输效果。

Description

一种基于D2D区域分发技术的数据传送方法
技术领域
本发明涉及设备对设备直接通信技术(D2D)中数据传输方法，尤其涉及通信过程中设备间网络结构建立以及高效的数据发送算法。
背景技术
各种网络优化都单纯以如频谱、功率、时隙等传统物理资源进行的优化调度作为优化手段，很少有对多播分发传输以及多播关系进行研究。更没有从用户同质性角度和协作意愿等方面进行分析。而利用D2D技术进行多播传输更多情况下应该考虑小区中用户数量、用户业务、用户移动性以及用户意愿等因素，这些因素能够在很大程度上影响到网络的传输效率。
发明内容
本发明的目的是为克服上述问题，提出一种基于D2D区域分发技术的数据传送方法，针对人员密集、地域较小、需求集中的场景，建立基于区域分发的D2D通信传播模型，根据此场景研究区域分发簇的构建以及区域分发的传输策略，提高网络效率。
本发明所提出的一种近似图像的压缩编码方法，具体包括如下步骤：
第一步，邻居关系建立，将采用平均连接时间与间隔频率共同决定是否连接的方法来构建网络邻居关系。假设节点i和节点j的连续通信时长为Li,j，观察时间长度为T，节点i和节点j的中断次数为Ni,j，那么Li,j满足
其中δi,j(t)为冲击函数。当节点i与节点j在可通信状态时，δi,j(t)＝1，当两节点不在规定的通信状态时，δi,j(t)＝0。通过高斯相似度函数归一化平均连接时长后，节点i和节点j之间的权重wij满足
其中，μ为连接时间的尺度参数；节点i和节点j之间的中断频率满足
其中，λ为调节系数，则节点i与节点j之间的权重wij满足
基站对所有节点的权重值wij进行降序排位，其数据处理模块选择序列在上的若干节点建立邻居关系，形成网络结构拓扑；而表示了节点i与节点j之间的连接意愿，同等观察时间内，连接时间越长，证明两节点可传输数据的时长就越多。但连接时长无法确定链路的抖动情况，因此增加中断间隔频次权重 表示了单位时间内两节点中断通信的次数在所有邻居中的占比，该指标确定了节点通信的稳定程度。当wij越大时，证明节点i与节点j之间可通信的条件越好。那么我们更倾向于在这两个节点之间建立邻居关系。
第二步，簇头节点选定，当数据源完成第一次多播后，基站下辖用户分为两类，一类是可以完成数据接收的用户，另一类是未能完成数据接收的用户。数据处理模块确定可以完成数据接收的基站下辖M个用户中的作为候选簇头节点，M表示为
M＝{θmm}
其中，当用户可以收到数据时θm＝1，否则θm＝0；并观察M个候选簇头的信噪比条件，选取符合条件的用户m候选簇头，则数据源节点的发射功率PS，源节点到候选簇头节点的信道增益GS,m，噪声N0，蜂窝***对用户的干扰Am，信噪比门限T0满足
并得到簇头节点集合CH＝{CH1,CH2,…,CHM}；其他D2D用户在基站的控制下，接入合适的簇头，完成簇的划分，并从簇头接收数据。
第三步，划分收敛，簇头节点i到它的一个邻居非簇头节点的信噪比满足
其中，Pi为簇头节点i的发射功率，Gi,j为簇头到成员节点j的的信道增益，N0为白噪声；由于数据分发信道采用专用信道，因此不考虑信道复用才产生的蜂窝用户对D2D用户的干扰影响，因此根据信噪比，用户i到用户j的吞吐量可以计算为
Cij＝log2(1+SNRi,j)
由于在多播分发下，吞吐量受限于最差信道状态，因此，簇头的传输速率为
Ci＝min{Ci,1,Ci,2,…,Ci,N}
为了节省网络资源，只需要考察节点属于不同的簇头覆盖范围的情况下，到底最终分配给哪个簇。那么当簇头数为M，非簇头数为N时，在每一个非簇头节点能且只能归属一个簇时，最大数据吞吐量表示为
以该吞吐量分配D2D簇。
进一步的，在为节点间连接完成了权重计算后，我们得到一个网络的权重拓扑。为了避免一些节点的连接数过多影响整体通信质量，需要由两节点中度大的一个做概率性选择，最终确定是否建立连接。因此，邻居关系建立步骤中还包括概率性选择过程，其连接概率Πij，边权重以及节点i所有邻接连边的权重和的关系满足
即连边的权重越高，建立成为邻居关系的概率越大。α是可调参数，它可以调节权重的重要性。
进一步的，然在信道条件上m个用户符合要求，但是如果簇头过多的话，仍然会由于争用有限的D2D信道，而产生降低传输效率的现象。因此，簇头节点选定步骤中还包括用户数量限制过程，当有m个用户符合要求时，数据处理模块预设临界参考值R0≥1，节点i的节点度k＞R0时，节点用户i被选为簇头节点，其中，临界值r满足
进一步的，为了顺利通信，当存在节点无法与基站及簇头节点连接时，数据处理模块选择能与基站及该节点点联系的节点作为簇头，并重新收敛簇结构。
进一步的，当节点用户不与任何一个簇头节点连接，同时无法直接从基站接收数据时，数据处理模块确定能够与其连接且能够接收基站数据的节点作为簇头，以保证通信连接。
附图说明
图1是本发明D2D协作多播数据分发策略的流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述上述技术方案的实施过程。
如图所示的一种基于D2D区域分发技术的数据传送方法，其D2D簇的分配步骤如下：
1、基于网络结构拓扑和簇头选择结果，首先将簇头的所有邻居划分给簇头作为簇成员；
2、簇头计算根据与预分配成员的交互，取得信道和节点参数，统一计算本簇的吞吐量情况，并反馈给预分配簇成员。
3、非簇头节点根据本节点所属的多个簇头反馈的传输速率情况，决定加入传输速率高的簇，并返回决策结果；
4、如存在吞吐量一致的信道，则加入簇头的度较小的簇；
5、如果本节点的网络状态发送变化，则重复以上步骤，完成簇成员的归属调整。
根据以上策略，我们完成簇的划分，并保证在当前时刻网络吞吐量的有条件最大化。
基于邻居关系的D2D用户簇构建完成后，实现了最大化网络吞吐量的区域数据分发。数据分发过程中，基站在第一阶段首先通过结构规划为用户进行资源分配，在第二阶段，基站不再参与数据分发，但处于监听状态。当有些用户远离基站和其他用户时，其既不能从原来的簇头处获得分发数据，也不能发起重新归属簇的网络变动，此时，需要基站为该用户分配专用资源，由基站转发数据源节点的数据。完整的D2D协作多播数据分发策略如图1所示。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种基于D2D区域分发技术的数据传送方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
1)邻居关系建立，假设节点i和节点j的连续通信时长为Li,j，观察时间长度为T，节点i和节点j的中断次数为Ni,j，那么Li,j满足
<mrow> <mi>A</mi> <mi>V</mi> <mi>E</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>T</mi> </msubsup> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中δi,j(t)为冲击函数，当节点i与节点j在可通信状态时，δi,j(t)＝1，当两节点不在规定的通信状态时，δi,j(t)＝0；通过高斯相似度函数归一化平均连接时长后，节点i和节点j之间的权重wij满足
<mrow> <msubsup> <mi>w</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mi>exp</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>A</mi> <mi>V</mi> <mi>E</mi> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mrow> <mn>2</mn> <msup> <mi>&amp;mu;</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow>
其中，μ为连接时间的尺度参数；节点i和节点j之间的中断频率满足
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其中λ为调节系数，则节点i与节点j之间的权重wij满足
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基站对所有节点的权重值wij进行降序排位，其数据处理模块选择序列在上的若干节点建立邻居关系，形成网络结构拓扑；
2)簇头节点选定，数据处理模块确定可以完成数据接收的基站下辖M个用户中的作为候选簇头节点，M表示为
M＝{θmm}
其中，当用户可以收到数据时θm＝1，否则θm＝0；并观察M个候选簇头的信噪比条件，选取符合条件的用户m候选簇头，则数据源节点的发射功率PS，源节点到候选簇头节点的信道增益GS,m，噪声N0，蜂窝***对用户的干扰Am，信噪比门限T0满足
<mrow> <msub> <mi>SNR</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>S</mi> </msub> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>N</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>m</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>,</mo> </mrow>
并得到簇头节点集合CH＝{CH1,CH2,···,CHM}；其他D2D用户在基站的控制下，接入合适的簇头，完成簇的划分，并从簇头接收数据；
3)划分收敛，簇头节点i到它的一个邻居非簇头节点的信噪比满足
<mrow> <msub> <mi>SNR</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> </mrow>
其中，Pi为簇头节点i的发射功率，Gi,j为簇头到成员节点j的的信道增益，N0为白噪声；则用户i到用户j的吞吐量为
Cij＝log2(1+SNRi,j)
簇头的传输速率为
Ci＝min{Ci,1,Ci,2,···,Ci,N}
当簇头数为M，非簇头数为N时，则在确定每一个非簇头节点能且只能归属一个簇的情况下，最大数据吞吐量表示为
<mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>M</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>N</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>&amp;pi;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>
并以该吞吐量分配D2D簇。
2.根据权利要求1所述的一种基于D2D区域分发技术的数据传送方法，其特征在于，邻居关系建立步骤中还包括概率性选择过程，所述连接概率Πij，边权重以及节点i所有邻接连边的权重和的关系满足
<mrow> <msub> <mi>&amp;Pi;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msubsup> <mi>w</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> </msubsup> <mrow> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>c</mi> <mi>a</mi> <mi>l</mi> <mo>-</mo> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>a</mi> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>j</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msubsup> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，α是可调参数。
3.根据权利要求1所述的一种基于D2D区域分发技术的数据传送方法，其特征在于，簇头节点选定步骤中还包括用户数量限制过程，当有m个用户符合要求时，数据处理模块预设临界参考值R0≥1，节点i的节点度k＞R0时，节点用户i被选为簇头节点，其中，临界值r满足
<mrow> <msub> <mi>r</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi> </munderover> <msub> <mi>k</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>/</mo> <mi>M</mi> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>.</mo> </mrow>
4.根据权利要求1所述的一种基于D2D区域分发技术的数据传送方法，其特征在于，当存在节点无法与基站及簇头节点连接时，数据处理模块选择能与基站及该节点点联系的节点作为簇头，并重新收敛簇结构。
5.根据权利要求1所述的一种基于D2D区域分发技术的数据传送方法，其特征在于，当节点用户不与任何一个簇头节点连接，同时无法直接从基站接收数据时，数据处理模块确定能够与其连接且能够接收基站数据的节点作为簇头。
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