[发明专利]一种基于带外D2D多跳中继的蜂窝下行吞吐量优化方法

摘要

本发明公开了一种基于带外D2D多跳中继的蜂窝下行吞吐量优化方法，基站通过预选第一中继、预选第二中继和验证预选中继链路吞吐量三个阶段确定每个获得蜂窝信道的UE从基站接收数据的方式，包括直接从基站接收数据、通过选择一个中继中转接收数据和通过选择两个中继进行接力中转接收数据；预选第一中继阶段通过综合考虑吞吐量提升与中继的剩余能量水平来选择第一中继；预选第二中继阶段通过设置能量约束阈值来确保第二中继的剩余能量水平不低于第一中继的相应值来选择第二中继；验证预选中继链路吞吐量阶段，根据吞吐量是否提升决定放弃或保留预选的中继。本发明能有效改善数据接收质量、提高吞吐量、延长网络寿命、减小计算和通信代价。

主权项

1.一种基于带外D2D多跳中继的蜂窝下行吞吐量优化方法，其特征在于，基站通过预选第一中继、预选第二中继和验证预选中继链路吞吐量三个阶段确定每个获得蜂窝信道的用户设备，即UE从基站接收数据的方式；UE从基站接收数据的方式包括直接从基站接收数据、通过选择一个中继中转接收数据和通过选择两个中继进行接力中转接收数据；所述预选第一中继阶段，通过综合考虑吞吐量提升与中继的剩余能量水平来选择第一中继；所述预选第二中继阶段，通过设置能量约束阈值来确保第二中继的剩余能量水平不低于第一中继的相应值来选择第二中继；所述验证预选中继链路吞吐量阶段，通过比较从基站到接收端的直接通信链路吞吐量与从基站经中继节点转发数据至接收端的吞吐量大小，决定放弃或保留预选的中继；所述三个阶段的具体步骤如下：阶段1：预选第一中继步骤1.0：针对获得蜂窝信道的每一个节点UE i，将其选择的第一潜在中继，即对吞吐量的提升最大的UE设为UE o；将其选择的第二潜在中继，即对吞吐量的提升仅次于第一潜在中继的UE记为UE s；将标记变量o和s初始化为0；步骤1.1：针对获得蜂窝信道的每一个节点UE i，计算其直接从基站接收数据的吞吐量阈值从基站到UE i的直接通信链路吞吐量若比小，则进行步骤1.2；否则运行结束，UE i直接从基站接收数据；步骤1.2：针对UE i邻居集合V_i内的每一个节点UE j，计算中继选择度量值ΔT_ji，进入步骤1.3；ΔT_ji表示从基站到UE i所选中继之间的链路吞吐量相比于从基站到UE i的直接通信链路吞吐量的提升幅度；步骤1.3：针对获得蜂窝信道的每一个节点UE i，分别找出其数值最大的ΔT_ji，若ΔT_ji大于0，则进入步骤1.4；否则运行结束，UE i直接从基站接收数据；步骤1.4：计算并比较从基站经过中继UE j到达接收端UE i的传输延时t^ji和延时约束阈值t_th，若t^ji小于或者等于t_th，则进入步骤1.5，否则ΔT_ji赋值为0，重新回到步骤1.3；步骤1.5：若第一潜在中继的标记变量o等于0，则将j赋给o，ΔT_ji赋值为0，重新回到步骤1.3；否则将j赋给第二潜在中继的标记变量s，进入步骤1.6；步骤1.6：根据中继的剩余能量值度量第一潜在中继o对第二潜在中继s的优势程度，若度量值比预设的度量值阈值，即RIE阈值小，则将α_si赋值为1,表示UE i选择第二潜在中继UE s作为第一中继为它中继数据；将c_si赋值为1到9之间的随机数，表示接收节点UE i与第一中继UE s之间数据通信所分配的WiFi信道的子信道号为c_si；并且将节点对(s,i)作为一个元素加入集合D，进入阶段2；否则将α_oi赋值为1,c_oi赋值为1到9之间的随机数，并且将节点对(o,i)作为一个元素加入集合D；其中集合D初始化为空，随后添加的每个元素为一个节点对，记录第一中继与其选择者之间的对应关系；进入阶段2；阶段2：预选第二中继步骤2.1：针对集合D内所有节点对中的中继节点UE j，计算其直接从基站接收数据得到的吞吐量阈值若从基站到UE j的直接通信链路吞吐量小于则进入步骤2.2；否则运行结束，接收节点UE i通过第一中继UE j从基站接收数据，不再进行第二中继的选择；步骤2.2：针对UE j邻居集合V_j内的所有节点UE k，计算中继选择度量值ΔT_kj，进入步骤2.3；步骤2.3：针对集合D内所有节点对中的中继节点UE j，分别查找出最大数值的ΔT_kj，若ΔT_kj大于0，则进入步骤2.4；否则运行结束，接收节点UE i通过第一中继UE j从基站接收数据，不再进行第二中继的选择；步骤2.4：计算从基站依次经过中继UE k和UE j到达接收端UE i的传输延时t^kji，若t^kji小于或者等于延时约束阈值t_th并且节点k的剩余能量值e^k大于或者等于能量约束阈值e_th，则将α_kji赋值为1，表示UE i选择中继UE k和UE j帮它依次转发数据，并且将c_kj赋值为c_ji的值加上5，进入阶段3，其中能量约束阈值e_th不低于第一中继的剩余能量值；否则将ΔT_kj赋值为0，并且重新回到步骤2.3；阶段3：验证预选中继链路吞吐量步骤3.1：针对获得蜂窝信道每一个节点UE i，判断α_kji的值是否为1，若是，则进入步骤3.2，否则若α_ji的值为1，则进入步骤3.4；步骤3.2：将UE i在从UE j到自身的WiFi信道上感知到的干扰功率F_i,wifi、UE j在从UE k到自身的WiFi信道上感知到的干扰功率F_j,wifi均赋初始值为0；针对UE i干扰集合I_i内除UE j以外的每一个节点UE m，UE m邻居集合V_m内的每一个节点UE d，若c_md等于c_ji，说明在UE i通过中继UE j接收数据时，存在与其使用的信道同频的WiFi信道，则计算同频的WiFi信道对UE i造成的干扰，I_i范围内的干扰值之和存储在F_i,wifi中；否则若c_md不等于c_ji，则说明UE m与UE d之间的数据传输不会对UE j与UE i之间的数据传输造成干扰，即说明没有同频的WiFi信道对UE j与UE i之间的数据传输产生干扰；针对UE j干扰集合I_j内除UE k的每一个节点UE m，UE m邻居集合V_m内的每一个节点UE d，若c_md等于c_kj，说明在UE j通过中继UE k接收数据时，存在与其使用的信道同频的WiFi信道，则计算同频的WiFi信道对UE j造成的干扰，I_j范围内的干扰值之和存储在F_j,wifi中，否则若c_md不等于c_kj，则说明UE m与UE d之间的数据传输不对UE k与UE j之间的数据传输造成干扰，即说明没有同频的WiFi信道对UE k与UE j之间的数据传输造成干扰；进入步骤3.3；步骤3.3：计算通过中继UE k和UE j依次转发数据时，UE i从基站获得的吞吐量若则将α_kji赋值为0，c_kj赋值为0，c_ji赋值为0，即UE i放弃预选的第二中继UE k和第一中继UE j，以及所分配的WiFi信道，否则保留预选的中继UE k和UE j，阶段3运行结束；步骤3.4：将F_i,wifi赋值为0，针对UE i干扰集合I_i内除UE j以外的每一个节点UE m，UE m邻居集合V_m内的每一个节点UE d，若c_md等于c_ji，说明在UE i通过中继UE j接收数据时，存在与其使用的信道同频的WiFi信道，则计算同频的WiFi信道对UE i造成的干扰，I_i范围内的干扰值之和存储在F_i,wifi中，否则若c_md不等于c_ji，则说明UE m与UE d之间的数据传输不会对UE j与UE i之间的数据传输造成干扰，即说明没有同频的WiFi信道对UE j与UE i之间的数据传输产生干扰；进入步骤3.5；步骤3.5：计算通过中继UE j转发时，UE i从基站获得的吞吐量若则将α_ji赋值为0，c_ji赋值为0，即UE i放弃预选的中继UE j，以及所分配的WiFi信道，否则保留预选的中继UE j，阶段3运行结束。