[发明专利]基于分簇多播的集群系统切换方法

说明书

本发明公开了一种基于分簇多播的集群系统切换方法，采用分簇和D2D多播的方式为集群用户集体切换提供中继，保障了集群用户在切换过程中业务的连续性，并提高了传输速率。本发明采用基于层次分析法的簇头选择和分簇算法，将集群用户的移动性和剩余电量纳入决策相关因素，综合衡量D2D覆盖、相对速率值和剩余电量，求得综合评价指标最高的终端作为簇头，可有效减少簇头的数量，并延长D2D通信的时间，使网络分簇结构更加稳定，更加有利于集群用户在切换过程中业务的连续性和高传输率。

技术领域

本发明属于无线通讯技术领域，具体涉及一种基于分簇多播的集群系统切换方法的设计。

背景技术

集群通信系统是为了满足行业用户的指挥调度与特定行业应用的需求而设计开发的专用无线通信系统。在集群通信系统中，大量的用户共享少量的无线信道用于指挥与调度，是一种多功能高性能的无线通信系统。

新一代的数字集群通信系统开始依托于成熟的公网通信系统，既继承了公网优秀的传输速度与质量，又充分发挥了集群系统本身的特点，因而得到了更加长足的发展。随着公众通信网向着LTE(Long Term Evolution，长期演进)发展，在其上架构集群通信系统是完全可行且有重大意义的，主要体现在以下几点：集群通信系统在各行各业的优势已经在实际中得到验证，而LTE下的集群通信系统，不仅能够满足普通的调度职能，它还能在图像、视频等生活领域发挥重要的作用。

然而，集群通信系统由于其自身的特征，对于越区切换的速度、时延、成功率以及切换过程中业务的连续性，都有高于LTE系统的要求。传统的LTE切换采用硬切换技术，切换判决大多采用事件A3触发，从切换判决、小区选择、切换执行到切换完成都需要经过繁琐的过程，存在较长的时延，并且小区边缘用户切换掉话率较高。对于快速移动的集群用户来说，在此切换完成之前信道质量已急剧下降，要求的传输速率已无法达到，导致丢包或者掉话发生。这对于有高QoS(Quality of Service，服务质量)需求的集群业务是不允许的。国内外学术界对快速移动集群应用场景的研究较少，集群用户的切换依托于现有的LTE系统切换技术，现有的硬切换技术无法满足集群业务在切换时的连续性和高传输速率。

D2D(Device to Device，设备到设备)通信是一种在系统的控制下，允许终端之间通过复用小区资源直接进行通信的新型技术，它能够增加蜂窝通信系统频谱效率，降低终端发射功率，提供更高的数据率和系统容量。现如今，学术界和工业界研究并提出了一些D2D技术与其他前沿创新技术的结合方案，譬如，基于中继的D2D通信连接网络模式，实现了网络覆盖外的用户通过D2D链路完成与基站的通信；又如，基于中继的D2D多播(多播：一种一对多的传输模式)组播合作重传，为D2D簇(簇：临近用户组成的一个子组)内重传提供了一种新策略。D2D技术作为IMT-Advanced(International Mobile Telecommunications-Advanced，高级国际移动通信)系统的关键技术，其自身的技术特点和优势，决定了其可以与多种前沿技术相结合，以达到提升通信系统性能的目的。

通过对已有蜂窝网络中基于D2D中继的辅助切换的研究，可以知道，基于D2D中继的辅助切换可以提高用户在切换过程中的传输速率、信噪比和能量效率，但是D2D连接的建立也带来了额外的时延和信令开销；且过多的建立D2D对(D2D对：通过D2D中继的一对用户)也会造成更大的能量消耗。代表性研究主要有以下两种：

(1)基于D2D通信的辅助切换(参见文献：Orsino A,Gapeyenko M,Militano L,etal.Assisted Handover Based on Device-to-Device Communications in 3GPP LTESystems[C]//IEEE GLOBECOM Workshops.IEEE,2015.)：该算法通过让切换用户与临近用户建立D2D连接进行辅助传输，有效地提升了切换用户的传输速率、能量效率和信噪比，并有效降低了丢包率；但是，该算法没有考虑大量用户集体移动的场景，当有大量用户集体切换时需建立许多D2D对，造成较大的能量消耗并引入额外的信令开销和时延。