[发明专利]基于位置信息的D2D分簇多播方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于蜂窝网络中基于地理位置信息的终端到终端D2D(Device-to-Device)通信系统的分簇多播方法，属于移动通信技术领域。

背景技术

如今，第三代移动通信技术已经投入商用，第三代合作伙伴计划3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)关于长期演进LTE(Long Term Evolution)和LTE后续演进LTE-A(LTE-Advanced)的研究工作获得了越来越多的投入和关注，D2D(Device-to-Device)通信也应运而生。

D2D通信是一种在蜂窝系统的控制下，各个终端之间通过复用小区频率资源直接通信的新型技术，蜂窝网络中的D2D通信能够增加蜂窝通信系统的频谱效率，降低终端发射功率，提高通信效率，在一定程度上解决无线通信系统的频谱资源匮乏问题。并且，终端之间的通信不需占用基站或核心网的资源，既降低了蜂窝小区基站和核心网的负载，还减少电池消耗，在一定程度上提高了蜂窝网络的服务质量QoS(Quality of Service)。

在某些应用场景下，如剧院、电影院等移动终端数目较多时，D2D可以显著降低基站负载并提高蜂窝系统的频谱效率，但是，如果使用传统的两两终端结合的传输方式会使终端间的干扰问题非常突出，并且传输效率较低。因此为了解决终端数目较多时的D2D通信问题，人们提出了使用多播传输方式实现D2D通信。并且，为了提高传输效率，使距离数据源较远的终端也能够很好地接收数据，人们研制出对终端进行分簇的方法提高数据传输效率和质量。

现有的经典分簇方法包括基于链路、基于最小节点标识ID(Identity)和基于最大连接度的三种分簇方法。前两种分簇方法的计算简单、实现容易，收敛也较快，但是，其簇头数目过多，并且在多播网络这种能量有限的网络中使用时缺乏公平性，不利于D2D的通信。第三种分簇方法虽然降低了簇头数目，但是，其没有考虑簇头负载，使得簇头终端很容易因耗电过多而死亡。因此现在非常需要结合D2D通信特点，寻找一种适合用于D2D通信系统中结合多播传输使用的分簇方法。网络模型图如图1所示。圈内的为D2D通信区域，S为有数据要发送的源终端。

参见图1，介绍本发明应用的网络场景模型架构：所有终端都随机分布在某个D2D区域(即图中的圆圈)内，因该范围内的所有终端都采用D2D通信，故所有终端位置都是确定的，且可通过全球定位系统GPS(Global Positioning System)或其他定位技术确知。其中有数据要发送的终端为源终端S，区域内的其它终端需要从源终端S获得数据。各终端之间均已由基站完成了D2D通信的确认等过程，各终端之间的链路工作可靠，且保持双向连通。D2D区域所使用的时频资源是由基站分配的，为了避免D2D内的终端与其他终端的干扰，基站给D2D区域分配独立的时频资源，各个终端采用正交复用方式进行通信，有效避免了各终端之间的干扰。D2D区域中的终端位置采用坐标(x，y)表示，这样就可以利用下述公式计算任意两个终端之间的距离式中，自然数i和j是两个终端的不同序号。所有终端都能够根据其传输距离的远近自动调整其发送功率。

在网络终端数目较多时，由于传统两两结合的D2D通信方式的传输效率较低，并占用了大量的时频资源，因此如何在满足多播发送数据的条件下，适应D2D通信的发展需求，即提出一种能够适应终端数目较多场景、既提高D2D通信效率，并能节省终端的消耗能量而延长其运行时间的新的分簇多播传输方法就成为业内科技人员关注的新课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种蜂窝网络中基于位置信息的D2D通信系统的分簇多播方法，本发明方法特别适用于有较多终端需要进行D2D通信时，其将各个终端进行分簇而形成分层拓扑结构，实现两跳传输，以提高终端间数据传输速率，并保证距离离源终端S较远的终端也能够可靠地接收数据，并且能够有效节省终端的能量消耗，从而延长D2D通信时间。

为了达到上述目的，本发明提供了一种蜂窝网络中基于地理位置信息的终端到终端D2D(Device-to-Device)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；