[发明专利]NB-IoT中基于D2D通信的用户设备上行链路能量消耗最小化的方法

说明书

本发明涉及一种基于D2D通信动态规划NB‑IoT中用户设备上行能量消耗最小化的方法，属于窄带物联网能量消耗问题。本发明包括以下内容：由蜂窝内信道条件较好的用户设备组成中继序列，使其能够在完成自身数据传输的情况下辅助远端信道条件较差的用户设备完成数据传输。本发明的目的是有效地均衡蜂窝内用户设备的能量消耗，使得用户设备能够在保证足够高的分组传输率的前提下降低网络能耗从而最大限度延长网络寿命。

技术领域

本发明属于物联网领域，涉及一种NB-IoT中基于D2D通信的用户设备上行链路能量消耗最小化的方法。

背景技术

得益于移动通信技术的发展，当前的网络科技已从人与人的联接，发展到人与物、物与物的连接，迈向万物互联阶段。3GPP提出的窄带物联网(Narrowband Internet ofThings,NB-IoT)技术作为最有发展前景的一种低功率广域网(Low Power Wide Area,LPWA)技术，在智能交通，智能家居，智能医疗，智能电网，智能农业等物联网应用方面发挥着重要作用。超过60％的物联网应用要求低功耗，但由于NB-IoT中的终端数目众多且分布广泛，且用户设备(User Equipment,UE)均采用电池供电方式，在用户能量难以补充的情况下如何利用有限的能量来延长网络寿命是首要面对的问题。一种短距离直接通信辅助NB-IoT上行传输的通信方式为边缘用户提供了更好服务质量(Quality of Service,QoS)，并且从降低能耗和负载平衡方面都有利于整个网络。通过采用设备到设备(Device-to-Device,D2D)通信辅助UE进行数据传输，可以有效地降低能耗，从而达到延长网络寿命的目的。

基于D2D通信的NB-IoT中存在两种功能类型的终端。一种是只用于上传数据的远端设备；另一种是既用于上传数据，又需要在D2D通信模式下作为中继协助远端设备完成数据传输的近端设备。具体地讲，近端设备的工作模式分为蜂窝模式和D2D模式，多个设备在各自的D2D模式下形成中继序列以辅助远端设备完成传输。在传统的NB-IoT系统中，处于远端的设备和处于近端的设备都是与基站(Base Station,BS)建立单跳路由，这并不适合基于D2D通信的NB-IoT系统，且不是能量有效的。因此，结合D2D通信用于数据传输的特性，选择出合适的中继序列，对于NB-IoT系统的能量消耗及效率具有十分重要的现实意义。

目前已有的研究能量消耗的工作主要集中在蜂窝网络(Cellular Network,CN)中，而研究NB-IoT中能耗性能的文献少之又少。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于为了在保证较高的分组传输率的前提下，最小化NB-IoT中上行链路UE的低功耗要求及整个网络的寿命，提供一种基于D2D通信的用户设备上行链路能耗最小化方法，处于较差信道条件下的UE先与邻近且信道条件好的UE建立D2D链路，再由其将接收到的数据上传至BS，每个UE通过最多两跳将数据上传到BS。在保证足够高的分组传输率的前提下，采用基于动态规划的算法在候选中继集(Candidate Relay Set,CRS)中选取中继序列，把CRS中每个候选中继都作为最后一个中继并在特定时隙处向后选择候选中继的子集，并且找出具有最小能耗的中继选择情况。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种NB-IoT中基于D2D通信的用户设备上行链路能量消耗最小化的方法，包括以下步骤：

S1：设置分组传输截止时间，对候选中继按照为D2D通信预留时隙的先后顺序进行排序，得到候选中继集

S2：由已排序的候选中继和分组传输时间得到候选时隙-中继矩阵

S3：将中的每个候选中继当作最后一个中继构造时隙-中继矩阵Δ^(u)；

S4：建立数据传输阶段第一跳D2D通信和第二跳蜂窝通信各自的能耗模型；