一种基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法，具体如下：获取DT的初始能量E0、等待传输的数据量D0、DT与基站的距离d、D2D链路之间的距离r、能量阈值Eth和距离阈值Dth；当初始能量大于能量阈值，通过D2D链路发送全部数据；否则判断d与距离阈值Dth的大小关系，当d大于等于距离阈值Dth时，由DT从BS收集能量，并利用此能量将全部数据发送给D2D接收机；否则，采用蜂窝模式进行通信，由DT使用初始能量向BS传输少量关键信息，BS根据接收到的关键信息从当前网络中查找拟传输的原始数据，然后将其转发给DR；测试表明与所有D2D用户均采用通过BS供电后进行D2D模式的策略相比，当传输相同数据量时，本发明专利技术所消耗的能量较小，具有提高能量效率，提升整个系统性能的有益效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，更具体地，涉及一种基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法。
技术介绍
面对流量需求的增长和频谱资源的匮乏，节能减排、降低功耗的绿色通信作为新一代通信理念逐渐引起广泛关注。D2D(Device-to-Device，设备与设备)通信可以在近距离的通信设备之间实现低发射功率的直连通信，从而有效降低用户的能耗。与传统的蜂窝通信需要两跳来进行数据转发不同，D2D通信仅需要一跳来完成数据传递，因此可以实现良好的单跳增益，节约信道资源的同时，降低通信时延。在包含D2D通信的蜂窝网络中，D2D用户既可以以D2D模式进行直连通信，也可以采用传统的蜂窝模式，通过基站来进行数据转发；若所有D2D用户均采用通过BS(BaseStation，基站)供电进行D2D模式的进行通信，则用户能耗较高。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法，其目的在于降低蜂窝网络中D2D通信的能耗。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法，包括以下步骤：(1)更新当前网络的基本信息，并根据当前网络信息获取DT(D2DTransmitter，D2D发射机)的初始能量E0，待传输数据的数据量D0和能量阈值Eth；其中，能量阈值是指D2D发射机将全部待传输的数据通过直连链路送给D2D接收机所需要的最小能量；对应具体的通信场景，能量阈值根据拟传输的数据量以及可容忍的最大传输时延设定；(2)由DT向DT所对应的BS和DR发送导频信号；BS根据接收到的导频信号的路径损耗获取BS与DT之间的距离d，DR(D2DReceiver，D2D接收机)根据接收到的导频信号的路径损耗获取DR与DT之间的直连链路距离r；(3)判定DT的初始能量E0是否大于等于能量阈值Eth；若是，则由DT将全部待传输数据直接发送给DR，否则，进入步骤(4)；初始能量E0大于等于能量阈值Eth，表明DT的初始能量足够将全部数据通过D2D直连链路传输给DR；通过D2D直连链路直接将待传输的数据发送给DR，不经过基站；不仅降低了基站的负载，而且有效地避免了蜂窝通信带来的两跳功率损耗，从而大幅度降低系统能量消耗；初始能量E0小于能量阈值Eth，表明DT初始能量不足，不能进行直连通信；(4)DT根据上述直连链路距离r，获取进行通信模式切换的距离阈值Dth；(5)判断BS与DT之间的距离d是否大于等于所述距离阈值Dth，若是，则由DT从BS收集能量，并由DT利用所述能量将全部待传输的数据发送给DR；若否，则采用蜂窝模式进行通信，由DT使用初始能量向BS传输关键信息，BS根据接收到的关键信息从当前网络中获取待传输的数据，并由BS将待传输的数据转发给DR；d≥Dth，表明BS与DT之间的距离d远大于DR与DT之间的距离r，表明BS与DT之间的距离和BS与DR之间的距离近似相等；采用D2D模式进行直连通信，DT先从BS捕获传输全部数据所必须的能量，并利用此能量将全部待发送数据量D0通过D2D直连链路发送到DR；d＜Dth，表明BS与DT之间的距离小于距离阈值；采用蜂窝模式进行通信，DT先向BS传输关键信息，由BS以接收到的关键信息为依据从当前网络中查找拟传输的原始数据，并由BS进行数据转发。优选地，上述基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法，采用文件名或者链接作为关键信息。优选地，上述基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法，其步骤(2)具体如下：由DT向DT所对应的BS和DR分别发送导频信号；BS接收到导频信号后根据路径损耗确定其与DT之间的距离DR接收到导频信号后根据路径损耗确定其与DT之间的距离其中，k是传播系数，α是路径损耗因子，Pt是DT发射的导频信号功率，Pr_BS是BS接收到的信号功率，Pr_DR是DR接收到的信号功率。优选地，上述基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法，其步骤(4)所述距离阈值其中，λ是BS进行功率传输时选用的能量信号波长。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法，在DT初始能量足够的情况下，不经过基站，通过D2D直连链路直接将数据发送给DR；一方面降低基站的负载，另一方面，由于是DT与DR之间的直连通信，有效地避免了蜂窝通信带来的两跳功率损耗，从而大幅度降低系统能量消耗；(2)本专利技术提供的基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法，在DT初始能量不够的情况下，DT只能向外传输少量的数据，因此根据DT与BS之间的距离d与距离阈值Dth的大小关系，进行通信模式的选择；在BS与DT之间的距离小于距离阈值时，即d＜Dth时，采用蜂窝模式进行通信，DT以极低的能量向基站传输少量的关键信息；由基站以关键信息为线索从当前网络中找到DT拟传输的原始数据并转发给DR，这种通信模式的能量消耗主要发生在BS转发数据阶段；虽然BS与DR之间的距离可能大于BS与DT之间的距离，但是这种通信模式只有一跳功率损耗，有效避免了DT由于能量不足需要通过基站进行功率传输而带来的巨大能量损耗；在BS与DT之间的距离和BS与DR之间的距离近似相等，BS与DT之间的距离d大于距离阈值，DT与BS相距很远的情况下，即d≥Dth时，采用D2D模式进行直连通信，由DT从BS收集能量，并利用该能量将全部数据量D0发送给DR；这种通信模式虽然会产生两跳功率损耗，但是由于直连链路距离相对很近并且远距离通信时功率衰减量远大于同等距离下射频功率传输产生的功率衰减量，相较于由BS转发全部数据的通信策略，传输相同数据量时，此方案所消耗的能量相对较低，进一步体现了D2D直连通信的近场优势；总体来说，本专利技术提出的以上技术方案与现有技术中所有D2D用户均选择通过基站供电进行D2D模式通信的方法相比，其在近场具有优化系统的能量效率的有益效果，可提升整个网络的性能。附图说明图1是实施例中包含D2D用户的蜂窝网络系统模型示意图；图2为本专利技术实施例供的基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法的流程图；图3为实施例的方法与所有D2D用户全部选择通过BS供电后进行D2D模式的方法的能量消耗仿真对比图；图4为实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)根据当前网络信息获取DT的初始能量E0，待传输数据的数据量D0和能量阈值Eth；(2)由DT向BS和DR发送导频信号；BS根据接收到的导频信号的路径损耗获取BS与DT之间的距离d，DR根据接收到的导频信号的路径损耗获取DR与DT之间的直连链路距离r；(3)判定DT的初始能量E0是否大于等于能量阈值Eth，若是，则由DT将待传输的数据直接发送给DR；若否，则进入步骤(4)；(4)根据所述直连链路距离r获取进行通信模式切换的距离阈值Dth；(5)判断BS与DT之间的距离d是否大于等于所述距离阈值Dth，若是，则由DT从BS收集能量，并由DT利用所述能量将待传输的数据发送给DR；若否，则由DT利用初始能量向BS发送关键信息，并由BS根据所述关键信息从当前网络中获取待传输的数据，并将所述待传输的数据转发给DR。

【技术特征摘要】
1.一种基于蜂窝网络能量交易的D2D模式选择方法，其特征在于，
包括下述步骤：
(1)根据当前网络信息获取DT的初始能量E0，待传输数据的数据量D0和能量阈值Eth；
(2)由DT向BS和DR发送导频信号；BS根据接收到的导频信号的
路径损耗获取BS与DT之间的距离d，DR根据接收到的导频信号的路径
损耗获取DR与DT之间的直连链路距离r；
(3)判定DT的初始能量E0是否大于等于能量阈值Eth，若是，则由
DT将待传输的数据直接发送给DR；若否，则进入步骤(4)；
(4)根据所述直连链路距离r获取进行通信模式切换的距离阈值Dth；
(5)判断BS与DT之间的距离d是否大于等于所述距离阈值Dth，若
是，则由DT从BS收集能量，并由DT利用所述能量将待传输的数据发送
给DR；
若否，则由DT利用初始能量向BS发送关键信息，并由BS根据所述

【专利技术属性】
技术研发人员：张靖，郑加强，张艳霞，廖宴，刘国亨，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42