本发明专利技术一种D2D通信中基于社交感知的用户发现及资源分配方法，属于移动通信领域。具体为：首先，建立满足社交关系及物理位置限制的D2D通信场景；根据D2D通信用户发现及配对算法，对场景中的D2D通信用户进行配对并优化；进一步计算基站的整个系统吞吐量CTotal；然后，将系统吞吐量CTotal作为目标函数，结合限制条件，采用量子粒子群算法进行求解，得到最佳的粒子位置，从而进行系统子载波及功率分配；最后，对D2D通信中基于社交感知的用户发现及资源分配进行仿真验证；优点在于：考虑了用户节点剩余能量及请求冲突情况下的退避机制；并且联合子载波及功率分配，提出了资源联合分配方法，根据仿真结果可以看出，社交感知的D2D发现及配对算法具有更好的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于移动通信领域，具体涉及一种D2D通信中基于社交感知的用户发现及资源分配方法。
技术介绍
目前，随着移动通信和互联网技术的高速发展，人们对无线移动业务的需求(语音、图像、视频等)急剧增加。各种各样的互联网应用逐渐普及且更具移动性，无线终端的数量以及移动无线数据流量也随之激烈增长。为了不断满足用户的需求，提升系统容量成为关键。Device-to-Device(D2D)通信作为一种重要的近场通信技术，已经进入LTE-A系统的标准化进程，并且成为5G的候选技术。D2D通信技术可以有效提高传输速率，降低时延，减少功耗；同时通过复用等形式可以提升频谱效率。D2D通信常应用于蜂窝网络中实现分流，进而增强网络容量。然而，在D2D通信中，D2D用户发现及配对作为D2D通信建立的基础，目前成为了有待解决的关键问题；另外，应用D2D通信到蜂窝网络中，虽然可以提升资源利用率，但是同样带来了严重的干扰问题，如何进行资源分配从而克服干扰是另一个关键问题。合理有效的资源分配方案可以有效提升系统吞吐量，进而改善系统性能。现有技术，文献1：D2D underlay通信中使用拍卖博弈优化子载波及功率分配，2014年ICC会议页数5526-5531；研究了D2D通信underlay蜂窝网络场景中，子载波和功率的联合优化问题，通过使用联盟博弈获得了最优的分配方案。缺点在于没有考虑D2D用户发现及配对问题，默认在已经确定的D2D场景中完成资源分配；然而D2D发现及配对作为D2D通信的关键因素有待于解决。而在文献2：D2D通信underlaying蜂窝网络通信中基于移动社交网络的能量有效的资源分配2014年ICC会议页数2466-2471；针对D2D通信的中继选择问题，专利技术人结合社交感知，联合社交层及物理层的关系提出了一个中继选择的最优驻停策略。但是，也没有利用社交感知对D2D用户发现及配对问题进行明确的研究。并且二者都没有联合考虑D2D用户发现配对及资源分配问题。在文献3：5G蜂窝网络中D2D通信：挑战，方案及未来方向。IEEE通信杂志，期刊号52.，卷号5，页数86-92，2014年5月提出了一种基于社交感知的D2D用户发现方案，通过社交网络的特点建立ad hoc网络用户发现，通过社交特点将用户分组，进一步利用信标高效 地寻找D2D用户，提升用户的匹配率。虽然涉及到了社交网络的一些度量及特点，但只研究了D2D用户配对，并没有考虑资源分配的问题。综上可知，D2D通信作为未来通信的关键技术之一，极大地拉近了用户与用户的通信距离，可以通过复用蜂窝资源，有效地提升资源利用率，进而提升系统容量。然而，在D2D通信场景下，如何有效地实现D2D用户发现及配对过程，与资源分配问题相结合，成为了研究重点；同时还有联合功率及子载波优化也成为难点。
技术实现思路
本专利技术针对用户的社交特点，利用用户间的社交关系辅助建立D2D用户配对，并考虑节点剩余能量以及请求冲突问题，优化D2D用户发现及配对；并在此基础上解决频谱资源及功率的联合优化分配，进而最大化系统吞吐量；具体是一种D2D通信中基于社交感知的用户发现及资源分配方法。具体步骤如下：步骤一、针对D2D通信中具备社交感知特性的用户，建立满足社交关系及物理位置限制的D2D通信场景；场景中包括一个基站和若干个用户；其中，每个用户都与基站进行蜂窝通信；用户与用户之间在满足物理位置的距离限制范围内进行D2D通信；D2D通信中用户分为两类：其中发送请求的用户作为请求用户，共S个；满足请求的用户作为空闲可服务用户，共M个；步骤二、根据D2D通信用户发现及配对算法，对场景中的D2D通信用户进行配对并优化；具体步骤如下：步骤201、对D2D通信用户发现及配对算法进行初始化；包括：对每个用户的能量初始化为E0；每个空闲可服务用户在空闲的状态下标志位F为0，当空闲可服务用户被占用时标志位F为1；以及设定D2D通信用户发现及配对时间周期为T。步骤202、在时间周期T内，S个请求用户同时向有社交关系的用户分别发送内容请求，具有社交关系的用户分别进行单跳转发，满足内容请求的空闲可服务用户进行响应并返回能量信息；社交关系的用户包括在物理位置限制范围内的请求用户和空闲可服务用户；步骤203、每个请求用户分别获取响应的各空闲可服务用户的剩余能量信息；某个响应的空闲可服务用户的剩余能量信息表示为Em；m＝1,2,..M；步骤204、针对某个请求用户u，分别计算响应的各空闲可服务用户的剩余能量与请求用 户u请求内容需要消耗的能量之差Em-Gu；Gu表示请求用户u的请求内容需要消耗的能量，u＝1,2,...,S；步骤205、根据能量差值将响应的各空闲可服务用户降序排列，生成候选配对用户列表；并选择最大差值对应的空闲可服务用户m发送请求；m＝argmax(Em-Gu)Em＞Gu，m∈M；步骤206、对于某个空闲可服务用户m，判断是否有两个以上用户发送请求，如果有进入步骤207，否则，进入步骤208；步骤207、两个以上用户请求冲突，空闲可服务用户m拒绝所有请求用户并返回请求冲突信息，并进入步骤209；步骤208、请求用户与空闲可服务用户m配对，建立D2D连接并进行通信；步骤209、各请求用户收到冲突响应后，依据请求用户退避原则重新请求，启动每个请求用户的定时器，定时器时间最早归零的请求用户重新发送请求，与空闲可服务用户m配对并建立D2D通信，并且空闲可服务用户m的标志位置F为1；每个请求用户都具有一个定时器，请求用户u的定时器为Tu，Tu＝β/Δuβ是毫秒级常量，k表示请求用户的权值系数，f(Eu)为关于用户剩余能量的符号函数，其表达式为剩余能量多的空闲可服务用户对应的Δu大，相应的定时器时间短。步骤210、针对定时器时间不是最早归零的其余各请求用户，根据各自的候选配对用户列表，判断是否存在其他空余的候选空闲可服务用户，如果存在，则进入步骤211，否则进入步骤212；步骤211、根据候选配对用户列表选择次优的空闲可服务用户请求配对，并设置对应的空闲可服务用户标志位F为1；步骤212、候选配对用户列表中没有空间可服务用户存在，向宏基站请求数据；步骤213、所有的空闲可服务用户的标志位F为1或者用户配对周期T结束，输出D2D通信用户发现及配对结果，没有配对的请求用户则通过蜂窝基站请求内容。步骤三、针对优化后的D2D通信配对用户以及与基站进行通信的蜂窝用户，计算基站的 整个系统吞吐量CTotal；蜂窝用户集合为ΩC＝{1,...,i,...MC本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种D2D通信中基于社交感知的用户发现及资源分配方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、针对D2D通信中具备社交感知特性的用户，建立满足社交关系及物理位置限制的D2D通信场景；步骤二、根据D2D通信用户发现及配对算法，对场景中的D2D通信用户进行配对并优化；具体步骤如下：步骤201、对D2D通信用户发现及配对算法进行初始化；包括：对每个用户的能量初始化为E0；每个空闲可服务用户在空闲的状态下标志位F为0，当空闲可服务用户被占用时标志位F为1；以及设定D2D通信用户发现及配对时间周期为T；步骤202、在时间周期T内，S个请求用户同时向有社交关系的用户分别发送内容请求，具有社交关系的用户分别进行单跳转发，满足内容请求的空闲可服务用户进行响应并返回能量信息；步骤203、每个请求用户分别获取响应的各空闲可服务用户的剩余能量信息；某个响应的空闲可服务用户的剩余能量信息表示为Em；m＝1,2,..M；步骤204、针对某个请求用户u，分别计算响应的各空闲可服务用户的剩余能量与请求用户u请求内容需要消耗的能量之差Em‑Gu；Gu表示请求用户u的请求内容需要消耗的能量，u＝1,2,...,S；步骤205、根据能量差值将响应的各空闲可服务用户降序排列，生成候选配对用户列表；并选择最大差值对应的空闲可服务用户m发送请求；m＝arg max(Em‑Gu)Em＞Gu，m∈M；步骤206、对于某个空闲可服务用户m，判断是否有两个以上用户发送请求，如果有进入步骤207，否则，进入步骤208；步骤207、两个以上用户请求冲突，空闲可服务用户m拒绝所有请求用户并返回请求冲突信息，并进入步骤209；步骤208、请求用户与空闲可服务用户m配对，建立D2D连接并进行通信；步骤209、各请求用户收到冲突响应后，依据请求用户退避原则重新请求，启动每个请求用户的定时器，定时器时间最早归零的请求用户重新发送请求，与空闲可服务用户m配对并建立D2D通信，并且空闲可服务用户m的标志位置F为1；步骤210、针对定时器时间不是最早归零的其余各请求用户，根据各自的候选配对用户列表，判断是否存在其他空余的候选空闲可服务用户，如果存在，则进入步骤211，否则进入步骤212；步骤211、根据候选配对用户列表选择次优的空闲可服务用户请求配对，并设置对应的空闲可服务用户标志位F为1；步骤212、候选配对用户列表中没有空间可服务用户存在，向宏基站请求数据；步骤213、所有的空闲可服务用户的标志位F为1或者用户配对周期T结束，输出D2D通信用户发现及配对结果，没有配对的请求用户则通过蜂窝基站请求内容；步骤三、针对优化后的D2D通信配对用户以及与基站进行通信的蜂窝用户，计算基站的整个系统吞吐量CTotal；步骤四、将系统吞吐量CTotal作为目标函数，结合限制条件，采用量子粒子群算法进行求解，得到最佳的粒子位置，从而进行系统子载波及功率分配，保证系统吞吐量CTotal的值最大；步骤五、对D2D通信中基于社交感知的用户发现及资源分配进行仿真验证。...
【技术特征摘要】
1.一种D2D通信中基于社交感知的用户发现及资源分配方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、针对D2D通信中具备社交感知特性的用户，建立满足社交关系及物理位置限制的D2D通信场景；步骤二、根据D2D通信用户发现及配对算法，对场景中的D2D通信用户进行配对并优化；具体步骤如下：步骤201、对D2D通信用户发现及配对算法进行初始化；包括：对每个用户的能量初始化为E0；每个空闲可服务用户在空闲的状态下标志位F为0，当空闲可服务用户被占用时标志位F为1；以及设定D2D通信用户发现及配对时间周期为T；步骤202、在时间周期T内，S个请求用户同时向有社交关系的用户分别发送内容请求，具有社交关系的用户分别进行单跳转发，满足内容请求的空闲可服务用户进行响应并返回能量信息；步骤203、每个请求用户分别获取响应的各空闲可服务用户的剩余能量信息；某个响应的空闲可服务用户的剩余能量信息表示为Em；m＝1,2,..M；步骤204、针对某个请求用户u，分别计算响应的各空闲可服务用户的剩余能量与请求用户u请求内容需要消耗的能量之差Em-Gu；Gu表示请求用户u的请求内容需要消耗的能量，u＝1,2,...,S；步骤205、根据能量差值将响应的各空闲可服务用户降序排列，生成候选配对用户列表；并选择最大差值对应的空闲可服务用户m发送请求；m＝arg max(Em-Gu)Em＞Gu，m∈M；步骤206、对于某个空闲可服务用户m，判断是否有两个以上用户发送请求，如果有进入步骤207，否则，进入步骤208；步骤207、两个以上用户请求冲突，空闲可服务用户m拒绝所有请求用户并返回请求冲突信息，并进入步骤209；步骤208、请求用户与空闲可服务用户m配对，建立D2D连接并进行通信；步骤209、各请求用户收到冲突响应后，依据请求用户退避原则重新请求，启动每个请求用户的定时器，定时器时间最早归零的请求用户重新发送请求，与空闲可服务用户m配对并建立D2D通信，并且空闲可服务用户m的标志位置F为1；步骤210、针对定时器时间不是最早归零的其余各请求用户，根据各自的候选配对用户列表，判断是否存在其他空余的候选空闲可服务用户，如果存在，则进入步骤211，否则进入步骤212；步骤211、根据候选配对用户列表选择次优的空闲可服务用户请求配对，并设置对应的空闲可服务用户标志位F为1；步骤212、候选配对用户列表中没有空间可服务用户存在，向宏基站请求数据；步骤213、所有的空闲可服务用户的标志位F为1或者用户配对周期T结束，输出D2D通信用户发现及配对结果，没有配对的请求用户则通过蜂窝基站请求内容；步骤三、针对优化后的D2D通信配对用户以及与基站进行通信的蜂窝用户，计算基站的整个系统吞吐量CTotal；步骤四、将系统吞吐量CTotal作为目标函数，结合限制条件，采用量子粒子群算法进行求解，得到最佳的粒子位置，从而进行系统子载波及功率分配，保证系统吞...
【专利技术属性】
技术研发人员：李曦，谭志远，纪红，王珂，张鹤立，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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