[发明专利]基于位置信息的D2D分簇多播方法

权利要求书

1.一种蜂窝网络中基于位置信息的终端到终端D2D通信系统的分簇多播方法，其特征在于：所述方法包括下列操作步骤：

(1)终端给基站上传信息：位于D2D区域中的所有终端与基站交互信令，包括源终端的每个终端将其所在地理位置、传输距离和各自剩余能量信息都上传给基站；

(2)基站执行分簇操作：基站根据获得的D2D区域中的所有终端信息，使用基于地理位置的分簇方法对这些终端进行分簇操作；

(3)基站给终端下发分簇信息：基站完成分簇操作后，给D2D区域中的全部终端下发分簇信息；

(4)完成数据传送：所有终端接收到分簇信息后，开始传送数据：先由源终端S将数据多播传送到簇头终端，然后簇头终端将该数据广播到簇内各终端，保证D2D区域中的所有终端都能可靠接收到源终端数据。

2.根据权利要求1所述的分簇多播传输方法，其特征在于：所述传输距离包括源终端的直传距离和每个终端的广播传输距离；源终端的直传输距离用于划分区域，其余终端的广播传输距离用于分簇和成簇。

3.根据权利要求1所述的分簇多播传输方法，其特征在于：所述步骤(2)包括下列操作内容：

(21)初始化网络阶段：基站根据源终端S所在地理位置和传输距离信息将D2D区域划分为三个区域：先以源终端S为圆心和以其数据直传距离为半径的圆划分为区域1；再在以源终端S为圆心和以其广播距离为半径的圆中删除区域1的圆后所形成的圆环划分为区域2；最后将该D2D区域中删除区域1和区域2所剩余的部分划分为区域3；

(22)簇头选择阶段：因区域1内的所有终端与源终端S的距离很近，处于源终端的直传距离内，故其作为源终端S的簇内终端而都不参与簇头的选择；因区域3内的所有终端与源终端S的距离较远，超出源终端S的广播范围，故其只能作为簇内终端，不能成为直接从源终端S获得数据的簇头，也都不参与簇头的选择；因此，基站只能从区域2中的终端选择簇头：即对区域2中的每个终端计算竞争值，以便选择竞争值最大的终端作为簇头终端；

(23)成簇阶段：建立簇并在D2D区域形成分层拓扑，即在完成簇头选择后，先以第一个簇头与其广播范围内的所有终端建成第一个新簇，此时已经成为簇头或簇内终端的各个终端就不再参与后续分簇过程；然后重新从区域2中的剩余终端中选择第二个簇头、即返回执行步骤(22)选出新的簇头后，再执行步骤(23)建成第二个新簇：如此循环操作，每次经过一轮的簇头选择，都选取其中竞争值最大的终端作为簇头，并形成一个新簇，直到区域2中的所有终端都成为簇头或簇内终端后，结束成簇阶段操作。

4.根据权利要求3所述的分簇多播传输方法，其特征在于：所述步骤(22)计算竞争值的方法有下述三种：

第一种是最大连接度准则：基站计算每个终端在其自身广播范围内的其他终端的数量D_n，即该终端的连接度D_n或簇头竞争值C，且C＝D_n，式中，自然数n是终端序号；最大连接度准则是选择连接度最大值的终端作为簇头终端；

第二种是最大剩余能量准则：基站根据每个终端的剩余能量值E_n，计算其簇头竞争值C，且C＝E_n；最大剩余能量准则是选择剩余能量最大值的终端作为簇头终端；

第三种是连接度和剩余能量混合准则：基站计算每个终端的连接度D_n后，再综合该终端的连接度D_n及其剩余能量E_n计算其簇头竞争值C＝p×D_n+q×E_n；其中，p和q分别为连接度和剩余能量的权重，其默认值都为0.5；因此，连接度和剩余能量混合准则是综合考虑连接度和剩余能量来选择簇头：连接度和/或剩余能量数值越大，该终端的簇头竞争值越大。

5.根据权利要求3或4所述的分簇多播传输方法，其特征在于：所述步骤(22)包括下列操作内容：

(22a)基站根据每个终端所在地理位置判断该终端所属区域，即该终端是否位于区域2；若是，则顺序执行步骤(22b)，否则，该终端不能竞争成为簇头，跳转执行步骤(22c)

(22b)基站计算该终端的簇头竞争值，并判断该终端的簇头竞争值是否在本轮竞争中属于最大值，若是，则将该终端选为簇头并结束该选择簇头流程；否则，顺序执行步骤(22c)

(22c)该终端参与下轮簇头竞争，即返回执行步骤(22a)。

6.根据权利要求3所述的分簇多播传输方法，其特征在于：所述步骤(23)包括下列操作内容：

(23a)基站确定首个簇头终端的广播范围，再以首个簇头终端的地理位置确定其广播范围内的所有终端，并将这些终端全部作为其簇内终端；

(23b)基站将上述首个簇头终端与其簇内终端构成首簇；然后，将所有剩余终端都参与执行后续操作步骤(23c)；

(23c)在完成新的簇头选择后，以该新簇头广播范围内的所有剩余终端成为该新簇头的簇内终端而构成新簇；

(23d)将区域2和区域3中的所有未成为簇头或簇内终端的剩余终端都返回参与后续分簇操作，即返回执行步骤(23c)，直到区域2和区域3中的所有终端都成为簇头或簇内终端时，结束该成簇操作流程。