一种引入社交域信息的多跳D2D通信中的中继选择方法

技术特征：
1.一种引入社交域信息的多跳d2d通信中的中继选择方法，其特征在于该方法应用于蜂窝网络场景，设定所有信道均为瑞利衰落信道，同时考虑自由空间传播路径损耗，设定存在一个源设备和一个目的设备且两者的位置固定不变，设定基站和源设备已知目的设备的位置，设定源设备与目的设备之间进行多跳d2d通信的跳数为m跳，m≥3，设定源设备与目的设备之间的中继工作在频分双工模式；该方法包括以下步骤：步骤1：源设备发送一个d2d多跳通信请求到基站；然后基站确定源设备的位置和目的设备的位置；步骤2：基站利用基于中继簇的候选中继确定方法，根据源设备的位置和目的设备的位置在源设备与目的设备之间确定m-1个中继簇圆形区域，然后根据m-1个中继簇圆形区域确定源设备与目的设备之间的所有候选中继，并确定各个候选中继的位置，再通知各个候选中继告知其已被选中作为候选中继；其中，每个中继簇圆形区域内有2个以上的候选中继；步骤3：计算每个中继簇圆形区域内的每个候选中继在考虑社交关系的情况下的发射功率；然后将每个中继簇圆形区域内的所有候选中继在考虑社交关系的情况下的发射功率按候选中继的序号先后顺序构成一个集合，将第m'个中继簇圆形区域内的所有候选中继在考虑社交关系的情况下的发射功率按候选中继的序号先后顺序构成的集合记为p
m'
；再将源设备与目的设备之间的所有候选中继在考虑社交关系的情况下的发射功率构成的发射功率集记为p，p＝p1∪p2∪
…
∪p
m'
∪
…
∪p
m-1
；其中，1≤m'≤m-1，p1表示第1个中继簇圆形区域内的所有候选中继在考虑社交关系的情况下的发射功率构成的集合，p2表示第2个中继簇圆形区域内的所有候选中继在考虑社交关系的情况下的发射功率构成的集合，p
m-1
表示第m-1个中继簇圆形区域内的所有候选中继在考虑社交关系的情况下的发射功率构成的集合，符号“∪”为集合的并运算符号；步骤4：基站确定源设备与目的设备之间进行多跳d2d通信的每一跳复用的频谱所对应的蜂窝设备，共确定m个蜂窝设备且复用蜂窝设备的上行频谱；然后将确定的m个蜂窝设备的频谱按每跳的先后顺序构成的集合记为f；步骤5：基站将源设备与基站之间的信道增益、每个中继簇圆形区域内的每个候选中继与基站之间的信道增益，连同源设备的位置、目的设备的位置、每个中继簇圆形区域内的每个候选中继的位置，以及p、f发送给目的设备；步骤6：目的设备将从基站处接收到的所有数据发送给第m-1个中继簇圆形区域内的每个候选中继，目的设备并将自身的信号接收频率设为f
m
，f
m
的值等于源设备与目的设备之间进行多跳d2d通信的第m跳复用的频谱所对应的蜂窝设备的信道频率；步骤7：计算第m-1个中继簇圆形区域内的每个候选中继在考虑干扰的情况下的最大发射功率；然后将第m-1个中继簇圆形区域内的所有候选中继在考虑干扰的情况下的最大发射功率按候选中继的序号先后顺序构成一个集合，并记为p'
m-1
；再比较p
m-1
与p'
m-1
中同一个候选中继在考虑社交关系的情况下的发射功率与在考虑干扰的情况下的最大发射功率的大小，将比较得到的最小值作为对应候选中继的发射功率；之后将第m-1个中继簇圆形区域内的所有候选中继的发射功率按候选中继的序号先后顺序构成一个集合，记为p
*m-1
；其中，p
m-1
表示第m-1个中继簇圆形区域内的所有候选中继在考虑社交关系的情况下的发射功率按候选中继的序号先后顺序构成的集合；步骤8：设定第m-1个中继簇圆形区域内的每个候选中继在从目的设备处接收到所有数
据的同时能够获得其自身与目的设备之间的信道增益；然后根据p
*m-1
以及第m-1个中继簇圆形区域内的每个候选中继与目的设备之间的信道增益，计算第m-1个中继簇圆形区域内的每个候选中继向目的设备发送信号时目的设备的接收信号功率；步骤9：第m-1个中继簇圆形区域内的每个候选中继开启一个终止时间与其到目的设备的接收信号功率成反比的计时器；然后将最先结束的计时器对应的候选中继确定为第m-1个中继簇圆形区域内的最佳中继即第m跳的最佳中继，并记为r
m-1
，r
m-1
向第m-1个中继簇圆形区域内的其余候选中继广播一条自己已被选作最佳中继的消息，第m-1个中继簇圆形区域内的其余候选中继在收到广播消息后关闭计时器；步骤10：r
m-1
将从目的设备处接收到的所有数据发送给第m-2个中继簇圆形区域内的每个候选中继，并将自身的信号发送频率设为f
m
，将自身的信号接收频率设为f
m-1
，f
m-1
的值等于源设备与目的设备之间进行多跳d2d通信的第m-1跳复用的频谱所对应的蜂窝设备的信道频率；步骤11：按照步骤7至步骤10的过程，以相同的方式确定第m-1跳的最佳中继，并记为r
m-2
，r
m-2
将从r
m-1
处接收到的所有数据发送给第m-3个中继簇圆形区域内的每个候选中继，并确定r
m-2
的信号发送频率为f
m-1
，r
m-2
的信号接收频率为f
m-2
，f
m-2
的值等于源设备与目的设备之间进行多跳d2d通信的第m-2跳复用的频谱所对应的蜂窝设备的信道频率；步骤12：按照步骤11的过程，依次类推，直至确定第2跳的最佳中继，并记为r1，r1将从r2处接收到的所有数据发送给源设备，并确定r1的信号发送频率为f2，r1的信号接收频率为f1，f1的值等于源设备与目的设备之间进行多跳d2d通信的第1跳复用的频谱所对应的蜂窝设备的信道频率；步骤13：计算源设备在考虑干扰的情况下的最大发射功率，并将源设备的信号发送频率设为f1；然后源设备开始与目的设备进行多跳d2d通信。2.根据权利要求1所述的一种引入社交域信息的多跳d2d通信中的中继选择方法，其特征在于所述的步骤2中，基于中继簇的候选中继确定方法的具体过程为：步骤2_1：在源设备与目的设备之间找出圆心在源设备的位置与目的设备的位置的直线连线上、半径为r的m-1个中继簇圆形区域，第1个中继簇圆形区域的圆心与源设备的位置之间的距离为r，相邻两个中继簇圆形区域的圆心之间的距离为l
adj
，最后一个即第m-1个中继簇圆形区域的圆心与目的设备的位置之间的距离为l
fin
；其中，r∈[10m,30m]，l
adj
∈(2r,100m]，l
fin
∈(0,l
adj
]；步骤2_2：将落于所有中继簇圆形区域内和中继簇圆形区域边界上的空闲设备均作为源设备与目的设备之间的候选中继。3.根据权利要求1或2所述的一种引入社交域信息的多跳d2d通信中的中继选择方法，其特征在于所述的步骤3中，将第m'个中继簇圆形区域内的第n
m'
个候选中继在考虑社交关系的情况下的发射功率记为系的情况下的发射功率记为1≤n
m'
≤n
m'
，n
m'
表示第m'个中继簇圆形区域内的候选中继的个数，n
m'
≥2，max()表示取最大值函数，p
max
表示空闲设备额定的最大发射功率，表示持有源设备的用户与持有第m'个中继簇圆形区域内的第n
m'
个候选中继的用户之间的社交关系强度，
表示持有源设备的用户与持有第m'个中继簇圆形区域内的第n
m'
个候选中继的用户之间的通话总次数，表示持有源设备的用户与持有第m'个中继簇圆形区域内的第n
m'
个候选中继的用户之间的通话总时长，fre
s
表示持有源设备的用户进行过的所有通话的总次数，dur
s
表示持有源设备的用户进行过的所有通话的总时长，表示持有目的设备的用户与持有第m'个中继簇圆形区域内的第n
m'
个候选中继的用户之间的社交关系强度，度，表示持有目的设备的用户与持有第m'个中继簇圆形区域内的第n
m'
个候选中继的用户之间的通话总次数，表示持有目的设备的用户与持有第m'个中继簇圆形区域内的第n
m'
个候选中继的用户之间的通话总时长，fre
d
表示持有目的设备的用户进行过的所有通话的总次数，dur
d
表示持有目的设备的用户进行过的所有通话的总时长。4.根据权利要求3所述的一种引入社交域信息的多跳d2d通信中的中继选择方法，其特征在于所述的步骤4的具体过程为：步骤4_1：对于源设备与目的设备之间进行多跳d2d通信的第m跳，将第m跳的发射设备和接收设备对应记为tx
m
和rx
m
；其中，1≤m≤m，m＝1时第1跳的发射设备和接收设备对应为源设备和第1个中继簇圆形区域内确定的最佳中继，m＝m时第m跳的发射设备和接收设备对应为第m-1个中继簇圆形区域内确定的最佳中继和目的设备；步骤4_2：当m≠m时在rx
m
所在的中继簇圆形区域的圆心与基站的位置之间作一直线段并向基站侧延长，当m＝m时在rx
m
即目的设备的位置与基站的位置之间作一直线段并向基站侧延长；然后以延长线上的一点为圆心、半径为作一个与保护区域边界内切的圆形区域作为蜂窝设备选择区域，且蜂窝设备选择区域内至少有一个蜂窝设备；其中，r表示中继簇圆形区域的半径，保护区域边界为以基站的位置为圆心、半径为r
b
的圆形区域，保护区域边界内不允许进行d2d通信，r
b
∈[50m,150m]；步骤4_3：从蜂窝设备选择区域内的所有蜂窝设备中，找出到基站的接收信号功率最大的蜂窝设备，将该蜂窝设备作为源设备与目的设备之间进行多跳d2d通信的第m跳复用的频谱所对应的蜂窝设备。5.根据权利要求4所述的一种引入社交域信息的多跳d2d通信中的中继选择方法，其特征在于所述的步骤7中，将第m-1个中继簇圆形区域内的第n
m-1
个候选中继在考虑干扰的情况下的最大发射功率记为况下的最大发射功率记为其中，1≤n
m-1
≤n
m-1
，n
m-1
表示第m-1个中继簇圆形区域内的候选中继的个数，n
m-1
≥2，表示源设备与目的设备之间进行多跳d2d通信的第m跳复用的频谱所对应的蜂窝设备c
m
的发射功率，表示c
m
与基站之间的距离，表示c
m
与基站之间的信道增益，表示第m-1个中继簇圆形区域内的第n
m-1
个候选中继与基站之间的距离，表示第m-1个中继簇圆形区域内的第
n
m-1
个候选中继与基站之间信道增益，n0表示背景高斯白噪声的功率，α表示路径损耗指数，th
m
表示基站能够正确解码c
m
发送的信号所需要的最小信干噪比。6.根据权利要求5所述的一种引入社交域信息的多跳d2d通信中的中继选择方法，其特征在于所述的步骤8中，将第m-1个中继簇圆形区域内的第n
m-1
个候选中继向目的设备发送信号时目的设备的接收信号功率记为信号时目的设备的接收信号功率记为其中，1≤n
m-1
≤n
m-1
，n
m-1
表示第m-1个中继簇圆形区域内的候选中继的个数，n
m-1
≥2，表示第m-1个中继簇圆形区域内的第n
m-1
个候选中继的发射功率，表示第m-1个中继簇圆形区域内的第n
m-1
个候选中继与目的设备之间的信道增益，表示第m-1个中继簇圆形区域内的第n
m-1
个候选中继与目的设备之间的距离，α表示路径损耗指数。7.根据权利要求5所述的一种引入社交域信息的多跳d2d通信中的中继选择方法，其特征在于所述的步骤13中，将源设备在考虑干扰的情况下的最大发射功率记为p'
s
，其中，表示源设备与目的设备之间进行多跳d2d通信的第1跳复用的频谱所对应的蜂窝设备c1的发射功率，表示c1与基站之间的距离，表示c1与基站之间的信道增益，表示源设备与基站之间的距离，表示源设备与基站之间信道增益，th1表示基站能够正确解码c1发送的信号所需要的最小信干噪比。

技术总结
本发明公开了一种引入社交域信息的多跳D2D通信中的中继选择方法，其利用基于中继簇的方法确定所有候选中继；用基于保护区域的方法确定每一跳复用的频谱所对应的蜂窝设备；用社交关系和干扰限制确定所有候选中继的发射功率，进而计算每个中继簇内的每个候选中继向与其对应的接收设备发送信号时接收设备的接收信号功率；在每一跳使用终止时间与每个候选中继到与其对应的接收设备的接收信号功率成反比的计时器选出最佳中继；中继的选择过程从最后一跳开始反向运行，直至确定第2跳的最佳中继，最终源设备开始进行D2D通信；优点是有效减少了基站负载，且其能够确保吞吐量性能、有效提升能量效率。效提升能量效率。效提升能量效率。


技术研发人员：李良 杨新杰 褚翼飞
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：2022.07.07
技术公布日：2022/11/18