专利名称：集中控制式无线中继网络的用户驻留和中继节点选择方法
技术领域：
本发明属于无线通信领域，具体涉及一种无线中继网络中由基站对用户驻留和协同中继节点的选择进行集中控制的中继节点选择方法，本方法不仅侧重于两跳无线中继网络，而且可以推广到多跳无线中继网络，甚至可以推广到无线Mesh网络和无线传感器网络。
背景技术：
传统的蜂窝移动通信系统采用蜂窝结构，但是具有超高数据速率的第四代(4G)无线通信系统仍采用传统的蜂窝结构会存在很多问题，主要原因在于第一，4G系统的传输速率比第三代(3G)系统要高两个级别。在指定发射功率电平的情况下，符号(比特)能量会随着传输速率的提高呈线性下降，因此，这种需求将会产生严重的功耗问题。第二，为4G系统发放的频谱无疑将位于3G系统所使用的2GHz频段以上。而通常这些频段的无线电传播在非可视距条件下，效果是相当差的，而非可视距条件正是当今城区蜂窝通信的典型运行模式。
要解决以上问题，必须大幅增加基站的密度，这会导致相当高的布网成本，而如果用户数量并没有以同样的速度增加的话，这套解决办法成本太高，经济效益欠缺。此外，为了实现全网覆盖，必须大量的布置基站，这对实际系统的网络设计也是一个挑战。另外，考虑到4G将以正交频分复用(OFDM)技术为基础，为了使下一代无线通信系统的频率复用尽量达到1，提高系统的频谱效率，采用传统的蜂窝结构将面临很多挑战。
如何减少小区间的干扰，提高系统性能，一直是业界研究的热点。目前的无线通信系统一般采用直放站来扩展覆盖范围，而随着无线自组织网络理论的发展，为了便于方便快捷组网，以及增强无线链路的抗毁性等，具有多跳特性的集中式控制网络体系结构也提出来了。无线中继技术将在下一代无线通信系统中占有重要作用。
采用中继站来扩展网络的覆盖范围，是从传统蜂窝移动通信系统的直放站发展过来的。但是中继站不再是传统直放站概念，而是可以看成一个增强的接收机，它不仅具有对中继的数据进行功放的功能，还能通过采用多天线技术以及编码等，提高终端接收信号质量。具体来说，中继站是对直放站的增强，传统的直放站一般只是对信号具有放大和转发的功能，而中继站还具有解码并转发的功能。直放站的放大并转发(AF)功能是指对接收的信号不进行解码等操作，直接在射频端进行功率放大，一般来说，这种操作非常简单，且设备非常便宜。而中继站的解码并转发(DF)先进行数字解码，然后在转发之前重新编码中继的信号，该过程有时称为“再生中继”或者“数字中继”。通过DF，中继站可以和基站一起，进行无线资源管理和调度工作，并可采用先进的技术，例如协调冲突管理和联合传输。
从目前的中继技术来看，根据移动性或部署概念，可将中继站分为三种主要类型固定中继站、临时固定中继站以及移动中继站。固定中继站不能移动，安装于一个固定位置，主要目的是在未获得充分覆盖的接入点小区中扩大覆盖范围、增加容量或每个用户吞吐量，或者将覆盖范围扩展至接入点覆盖范围以外的区域。可将可移动中继站定义为，根据覆盖范围的需要能够从一个位置移动到另一位置的中继站，即中继站可以位于不同的位置，并且随时间变化与各种中继与基站进行通信，但不执行切换过程。而移动中继站的移动性与要覆盖的用户终端人口/目标区域“相关”，需要支持复杂的流程(如切换)，可以看作是一种功能增强的移动终端。
从上面的介绍可知，中继技术具有很多传统组网方式无法比拟的好处，是未来无线通信系统的关键机制之一。为了保证通过中继进行传输的业务传输速率和服务质量能够满足需求，一般需要选择2个或者多个中继节点进行协同中继，所以选择合适的中继节点，以及如何进行中继节点的优化配置，是目前业界的难点和热点问题之一。
另外，在多跳无线中继网络中如何实现终端用户的驻留，具体的通信流程和协议架构如何设计，目前还没有一个清楚的解决方案。在用户驻留过程中，如何让网络知道该用户的潜在中继节点，是无线中继网络用户驻留操作过程需要仔细考虑的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效的无线多跳中继节点选择方法，并描述与其相关的通信流程和协议设计，给出具体的中继节点优化选择算法。
本发明主要包括以下几部分的内容(1)无线多跳中继网络节点驻留；(2)基于信号强度的中继节点选择(粗确定)；(3)基于多目标优化的中继节点的选择(细确定)；(4)中继节点的功率配置和资源分配。
一个刚刚开机的用户终端要驻留到无线多跳中继网络，具体的方法包括以下步骤第一步，终端用户开机后，根据搜索到的基站或者邻居中继节点的无线信号，选择信号强度最好的节点，并将其被标识为友好中继节点；第二步，友好中继节点把尚未驻留到无线接入网的终端用户信息发送给基站，由基站进行集中管理和控制，并把成功驻留的信息通过友好中继节点反馈给终端用户；(注如果该友好中继节点就是基站本身，则终端与基站直接进行驻留信令交互)第三步，终端用户收到了来自基站的成功接入确认信息后，表明自己已经成功驻留到无线网络。
待用户终端成功驻留到无线多跳中继网络后，需要对用产是否需要通过中继节点进行多跳通信进行判决，选择协同中继节点所基于的标准是用户终端接收到的相邻中继节点和基站发送的广播信号强度，通过对接收到的超过一定门限值的广播信号强度进行排序得到备选的中继节点集合，以供后续进行多跳通信需求判决和第一次中继节点选择，即中继节点的粗确定。需要注意的是，如果多跳通信判决结果是终端直接与基站进行通信，那么下面选择的中继节点本身就是基站，不需要考虑中继节点和基站间的通信。具体步骤如下第四步，用户终端以某一恒定发射功率向周围的中继节点广播信息，该信息包括用户终端在无线网络中的个体标识(ID)信息以及相关中继节点选择信息，相关中继节点选择信息是包含了用户属性以及相关业务特性等，它们与用户终端的ID信息一起进行广播。对于能正确接收到来自该用户终端信息的中继节点，将根据接收到的终端广播信息内容进行记录判断，如果能够满足用户终端的需求，则把该用户终端网络标识加入到自己的邻居终端识别号列表(RN_UID_List)，否则将对该用户终端广播信息不做进一步处理；
第五步，基站根据已完成网络驻留的用户注册信息向中继节点广播包含有该用户终端识别号(UID)的信息，中继节点如果能正确接收并识别出该UID信息，将检查该UID是否在自己的RN_UID_List中，如果该UID存在于该中继节点的RN_UID_List中，那么该中继节点分别向基站和终端用户返回确认信息，否则将对基站发送的广播信息不做进一步处理；第六步，基站根据中继节点反馈信息，确定不同终端用户的潜在可服务中继节点集合，并且为每个终端用户建立一个潜在可服务中继节点集合储存列表(BS_UID_RN_List)。终端根据中继节点反馈信息，可以确定自己周围的邻居中继节点，并且把质量最好的中继节点更新为友好中继节点；以上步骤完成了中继节点粗确定的功能，接着要执行中继节点的第二次选择，基于要传输的业务特性，当前无线信道状况，采用多目标联合优化策略，进行多中继节点的细确定。需要注意的是，对于终端来说，如果其对应的BS_UID_RN_List中成员只有基站自己，则不需要采用中继节点细确定步骤。否则，执行如下步骤第七步，当基站向终端用户发起下行业务传输时，或者终端用户通过友好中继节点向基站发起上行业务传输请求时，基站将对处于BS_UID_RN_List中的中继节点进行调度，安排中继节点和用户终端的多址接入资源；第八步，中继节点根据基站安排的多址资源，向终端用户发送训练序列，终端用户根据接收到的对应中继节点的训练序列的信号质量，结合自身业务特性，选择合适的中继节点，并向中继节点发送确认信息，中继节点收到来自终端用户的确认信息后转发给基站；第九步，基站收到来自中继节点的确认信息，将再一次进行集中调度，确定最终的承载业务传输的中继节点，并进行功率和发送机会的配置等，并将配置信息通过友好中继节点发送给用户终端，保证多中继节点间的数据传输能协同进行，从而为终端用户提供高效的数据传输。
至此，为承载基站与终端之间业务的协同中继节点已经选择完毕并完成相关配置，终端已获得网络承载配置信息进入等待业务传输状态。
以上介绍了本方法的具体执行步骤，其原理及优化算法如下为了保证新用户能驻留到无线多跳网络，每个新节点在接入网络时都需要寻找一个网络内的节点作为其友好中继节点以帮助新节点接入并驻留到无线多跳网络。友好中继节点为新节点开放负责信道，帮助其完成节点ID获取，与基站之间的业务QoS协商等一系列的接入过程。当新节点能够接受基站集中的调度并能收发数据，友好节点关闭负责信道，标志着新用户成功驻留到无线网络。具体过程包括1.搜索网络，与网络建立粗同步在初始化或丢失信号之后，新节点应该搜索各中继节点定时发送的系统广播消息，并根据基站或中继节点发送的广播信息的信号强度进行友好中继节点或基站直接接入的选择，并根据选择结果接收相应的同步信息获取与网络的粗同步。通过读取接收到的系统广播消息，节点从消息的时间戳区域得到网络时间。每个新节点中都储存有最近一次接入的网络信息，新节点进行在网络接入时，首先根据所储存的最近的网络信息和相关操作参数尝试与网络的粗同步；如果粗同步失败，则该新节点搜索运营带宽上可能存在的其它信道直到找到一个可用的网络为止。当新节点的物理层获得与可用网络的同步后，新节点的MAC层将尝试通过读取网络的广播信道上的信息获得相关的网络参数，同时新节点根据能够正确接收到的相邻网络节点的广播信息开始建立物理邻点列表。
2.获得网络参数新节点接收的系统广播消息使它能和网络保持同步。新节点将定期搜集并更新这些周期性广播的系统消息，直到它从同一个节点中收到两次系统广播消息；新节点从存储的物理邻节点列表中选择一个信号强度最好的中继节点作为友好节点，同时完成与友好节点的同步；然后新节点向其友好节点发送包括它的友好节点ID的接入请求消息。通过友好节点的信息中继，新节点可以进行网络接入鉴权和协商基础容量。为了确保新节点与基站之间的消息交换更高效更可靠，新节点应首先请求友好节点开放负责信道。
3.开放负责信道当新节点选择了友好节点后，将进一步完成网络接入的初始化过程，包括为实现新节点信息更新的相关信道定义和信道分配等，以便新节点能够和网络进行基本容量协商和新节点的鉴权等。
4.新节点需要经过鉴权才能进入网络。在鉴权过程中，新节点将发送鉴权信息并请求鉴权；收到鉴权信息和鉴权请求的友好中继节点将该消息管道化后发送给基站，基站将接收到新节点的友好节点转发的鉴权请求信息和鉴权信息送入相关鉴权模块进行处理，鉴权模块将根据接收到的鉴权信息对新节点进行验证并判断新节点是否能加入到网络中。
5.当新节点鉴权通过后，新节点将通过友好节点实现网络注册，注册是给新节点分配UE ID的过程。友好节点在收到新用户的注册请求消息后，将它传给基站，基站将接收到新节点的友好节点转发的注册请求信息送入相关注册模块进行注册，注册模块的反馈确认信息将通过友好中继节点把确认消息发送给新节点。
6.建立网络连接节点通过动态主机分配协议(DHCP)获得IP地址，此过程在负责信道上发生，同时完成与IP网络相关的功能。
当完成了新节点的网络驻留后，网络与新用户将共同进行第一次中继节点选择。新用户/目标用户(SS)为了能够实现和基站(BS)的协同通信，将执行以下5个步骤，以初步确定合适的协同中继节点(RS)SS通过广播选择协同RS、BS进行广播选择协同RS、已确定协同的RS把信息反馈给BS和SS、BS调度RS和SS的多址干扰、BS和SS实现协同通信。
1.SS给RS广播协同信息RS与SS之间的信道状况是时变和未知的，因此SS有必要周期性的广播自己的信息，让RS中存储的与SS相关的信息能够定期及时更新，同时通过接收周围中继节点的广播信息以更新备选中继结合中的RS信息。SS在广播自己的ID信息之外，还可以广播一定的业务和用户属性，以便让RS判决自己是否属于SS的可能协同中继节点。
除了可以由SS主动广播自己的信息，让RS选择是否可以作为该SS的中继节点外，还可以通过让中继节点周期性地以某一功率广播中继节点信息，由SS与RS通过相互的广播信息确定有协同传输需求的终端和可以用于为该终端进行协同传输的中继节点集合，这样提高了中继节点的选择速度和节省系统的信令开销，从而达到提高中继节点选择性能的目的。具体的操作步骤是经过终端用户的周期性广播，临近的终端用户的中继节点可以确知其周围存在需要中继传输的终端用户，所以在特定时间内这些附近存在有中继传输需求的用户终端的中继节点根据自己节点的通信状态，决定是否可以为此终端进行协同通信。如果可以，则这些RS会以某一特定的发射功率在特定时间内进行训练序列的广播发送(RS之间的多址传输方式由物理层采用的技术决定)，目标SS根据接收到的RS发送的训练序列的信号强度大小进行排序，根据一定信号强度门限值要求确定潜在的可提供协同传输服务的K(K≥1)个RS。终端用户再把选择的这K个可能RS再反馈给RS，RS收到这些信息后，更新自己的邻居终端识别号列表(RN_UID_List)。
2.BS的广播通信BS通过广播模式与RS进行通信，即BS以固定功率将消息广播至多个协同工作RS。需要注意的是广播给RS的信息也能被临近BS的SS接收到，由于BS的这些广播信息是安排专门下行传输时隙发送给RS的，SS在这段时间段并不需要进行信息接收，所以不会产生干扰及消耗额外的能量。
3.确定协同RS由于BS是通过广播模式发送控制信息的，所以RS间不存在信号干扰。每个RS确定自己接收信号的信噪比，只有当信噪比大于一定门限值时，RS才能正确解码其信息并把解码成功确认信息连带其能中继的目标用户信息都反馈给基站。
此时所有能正确解码信号的M(M≥1)个RS初步确定为针对目标用户而能协同工作的RS，并在BS处进行相关中继信息的记录和定时更新。
中继节点能识别出BS的广播信息后，将读取其中的广播信息。BS广播信息中会包含相关SS的中继节点选择信息，假设对某用户(用UID标识)来说，中继节点如果能正确接收该广播信息并识别出该UID信息，将检查该UID是否在自己的RN_UID_List中，如果该UID存在于该中继节点的RN_UID_List中，那么该中继节点分别向基站和终端用户返回确认信息，否则将对基站发送的广播信息不做进一步处理。
4.BS调度RS和SS的多址干扰BS根据RS反馈的信息，对选定的RS如何和目标用户(SS)通信进行资源的合理分配和调度，以减少RS和SS间的多址干扰。
5.BS和SS的协同通信当SS与BS要通过多个RS协同进行通信时，BS要根据与SS已进行的业务协商结果进行资源的调度以支持SS业务传输的需求。BS将采用集中控制和调度机制，在尽量提高整个系统频谱效率的同时，满足业务的QoS，同时减少整个系统的能量消耗。
有了以上的通信机制，协同中继节点的核心问题包括如果SS需要通过RS接入BS，如何选择合适的协同中继节点，这是协同中继节点关心的核心问题，下面详细阐述。
中继节点的选择采用多目标联合优化方案，联合考虑整个通信链路的能量总消耗，通信链路的总体传输速率，传输的服务质量，消耗的无线资源，提出一个优化后的中继节点选择调度算法。
中继节点的优化目标为 具体限制条件包括Σi=1LEi+EBS+ESS≤Cmax,Σi=1LRi≥Rtarget,Σi=1LTi≤ΔTmax.]]>其中L表示所有选定的中继的个数，Ei表示选定中继节点i消耗的总能量，EBS为基站的能耗，ESS为SS的能耗，SNRi是指中继节点i和用户终端之间的信噪比，Ti是指中继节点i和用户终端通信的传输时延，Cmax是指最大允许的功耗，Rtarget是指低传输速率要求，ΔTmax是指总时延最低要求。根据以上优化模型可知，在选择中继节点的时候，需要选择合适的中继节点，保证此时能够获得最佳的频谱效率，但是不能大于最大允许的总功耗Cmax，同时总传输速率和总时延要求要满足业务的QoS要求。以上优化目标实际上是一个多目标联合优化模型，是一个非线性(NP)问题，这里给出了一个次优解示例，即将所有中继的 进行降序排列，即各中继节点的选择次序按照 进行选择，选定参与转发的中继节点，直到刚好满足条件Σi=1LEi+EBS+ESS≤Cmax]]>为止。
本发明的有益效果是本发明的中继节点选择方法不仅侧重于两跳无线中继网络，而且可以推广到多跳无线中继网络，甚至可以推广到无线Mesh网络和无线传感器网络。由于无线中继网络中的用户驻留和协同中继节点的选择均由基站来集中控制，因此在资源调度、功率控制以及端到端的服务质量(QoS)保障等方面均优于现有的中继节点选择方法。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1网络基本结构示意2终端驻留无线多跳网络流程3终端经过中继节点进行网络驻留信令流程4终端经过基站直接进行网络驻留信令流程5中继节点粗选择流程6中继节点粗选择信令流程7中继节点细选择流程8集中控制式无线协同中继节点选择流程图具体实施方式
图1是网络基本结构示意图，图1中目标用户SS1和SS2在基站覆盖区以外，通过中继节点与基站连接，它们的可服务中继节点集合分别是RS1、RS2、RS3、RS4和RS4、RS5，根据信号强度确定RS2为SS1的友好中继节点，RS5为SS2的友好中继节点。由于目标用户SS3和SS4在基站覆盖区以内，其直接与基站进行连接。
图2是终端驻留无线多跳网络的流程图，用户终端开机后搜索基站和相邻中继节点的广播信号，并依据信号强度选择出友好中继节点，如果该友好中继节点是基站，则基站在接收到终端的接入请求后根据接入信息进行鉴权并发送鉴权结果信息，终端根据接收到的鉴权结果信息判断是否成功驻留网络，若成功驻留网络则等待发起或接收业务；如果该友好中继节点不是基站，则终端向友好中继节点发送接入请求信息，友好中继节点再向基站转发终端的接入请求，再由基站发送鉴权结果信息，还是要经过中继节点进行转发。如果最后终端没有成功驻留网络则需要重新对基站和相邻中继节点的广播信号进行搜索。
图3是终端经过中继节点进行网络驻留的信令流程图，首先终端向友好中继节点发送接入请求信息；其次友好中继节点向基站转发终端的接入请求信息；再次基站根据终端接入请求信息进行终端鉴权，并向友好中继节点发送鉴权结果信息，由友好中继节点向终端转发鉴权结果信息；最后终端根据接收到的鉴权结果信息判断是否完成网络驻留，若未成功接入则重复以上步骤。
图4是终端经过基站直接进行网络驻留的信令流程图，首先终端向基站发送接入请求信息；其次基站根据终端接入请求信息进行终端鉴权，并向终端发送鉴权结果信息；最后终端根据接收到的鉴权结果信息判断是否完成网络驻留，若未成功接入则重复以上步骤。
图5是中继节点粗选择流程图，终端根据中继站和基站周期发送的广播信号强度进行排序，并根据排序结果判决是否需要通过中继节点通信，如果需要的话，则终端以某一恒定功率广播信息，中继节点接收终端的广播信息并读取广播信息内容，判断其中是否含有该中继节点网络标识，若没有则对终端广播信息不做进一步处理，若有中继节点将该终端的网络标识加入到邻居终端识别号列表RN_UID_List中，中继节点向基站和用户终端发送确认信息，基站根据中继节点的反馈信息为用户终端建立潜在可服务中继集合列表BS_UID_RN_List，用户终端根据中继节点反馈信息确定周围可服务的中继节点并完成最佳友好中继节点的更新。对于基站广播已驻留但中继节点列表空或者中继节点列表不再优异的用户终端的UID信息，中继节点检查接收到的UID信息是否在RN_UID_List中，若没有则对接收到的基站广播信息不做进一步处理，若有则向基站和用户终端发送确认信息，基站根据中继节点的反馈信息为用户终端建立潜在可服务中继集合列表BS_UID_RN_List，用户终端根据中继节点反馈信息确定周围可服务的中继节点并完成最佳友好中继节点的更新。
图6是中继节点粗选择信令流程图，首先用户终端根据接收到的广播信号强度排序结果选择友好中继节点和备选中继集合，向中继节点广播终端信息和备选中继集合中的中继信息；其次中继节点根据接收到的终端广播的备选中继集合中包含的中继节点标识，将该终端标识加入RN_UID_List，基站向中继节点广播终端UID信息；再次由于中继节点接收到基站广播终端UID信息，且中继RN_UID_List中包含该终端UID，中继节点分别向用户终端和基站广播发送确认信息；最后用户终端根据接收到的中继反馈信息确定可服务中继集合和友好中继节点更新，基站根据接收到的中继节点的反馈信息为终端建立BS_UID_RN_List。
图7是中继节点细选择流程图，基站向用户终端发起下行业务，同时用户终端通过中继节点向基站发起上行业务请求，基站对处于BS_UID_RN_List中的中继节点进行调度，为中继节点用户终端安排多址接入资源，中继节点根据基站安排多址资源向终端用户发送训练序列信息，用户终端根据接收到的中继节点的信号质量结合自身业务特性选择合适的中继节点，并通过友好中继节点向基站发送中继节点选择信息，基站接收到来自友好中继节点转发的信息后再次进行集中调度，确定业务承载的中继节点，并进行相关配置，通过友好中继节点向用户终端发送配置信息。
图8是集中控制式无线协同中继节点选择流程图，主要由网络驻留过程、中继节点粗选择过程、中继节点细选择过程三大部分组成。在网络驻留过程中终端开机后搜索网络节点广播信息，根据信号强度进行排序，根据搜索结果判断是否采用中继，若不采用中继则直接与基站进行通信，若采用则确定友好中继节点，通过友好中继向基站发送接入和驻留请求信息，基站根据接收的请求信息对终端进行鉴权等操作，并通过中继发送鉴权结果，终端根据反馈的确认信息判决是否驻留成功，若不成功则重新根据搜索结果进行判断，若成功则转入中继节点粗选择过程。
在中继节点粗选择过程中，基站和终端分别周期的发送广播信息，附近的中继节点将在不同时间分别接收这些广播信息，根据读取的广播信息内容进行存储。只有基站和终端的广播信息都包含了同一终端的信息，执行下面操作。
判决该终端ID是否在自己的中继列表中，如果没有在中继列表中则中继节点将该终端加入到服务列表，同时向基站和终端发送确认信息，根据接收到来自中继节点的确认信息，基站为终端建立服务中继列表，终端从可服务中继节点中选择最佳的节点作为友好中继节点，完成友好中继更新，并进入中继节点细选择过程。
在中继节点细选择过程中，基站发起下行业务或终端通过友好中继发起业务请求，或者在通信过程中由于触发了中继节点粗选择过程，则触发中继节点细选择过程，基站对该终端对应列表中的中继节点进行调度，安排中继节点和终端的多址资源，并通过中继节点把这些调度资源信息发送给终端，终端根据接收到的中继节点发送的信息，选择中继节点，并通过选择的友好中继节点向基站发送相关信息(包括各中继节点和用户的有用信息)，基站根据终端反馈的信息，再次进行调度，确定最终的中继节点，并完成各中继信道的传输配置，并通过友好中继节点发送必要的信道配置信息给终端，至此节点选择完毕。
尽管本发明已参照具体实施方式
进行描述和举例说明，但是并不意味着本发明限于这些描述的实施方式。同时要说明的是本发明中的技术方案并不专门针对哪一种特定的无线通信系统。
权利要求
1.一种集中控制式无线中继网络的用户驻留和中继节点选择方法，其中中继节点的选择分为中继节点粗选择和中继节点细选择两个步骤，其特征在于●用户终端通过友好中继节点完成网络驻留；●在中继节点粗选择过程中确定中继节点备选集合；●在中继节点细选择过程中确定最终承载业务的中继节点子集。
2.根据权利要求1所述的集中控制式无线中继网络的用户驻留和中继节点选择方法，其特征在于第一步，终端用户开机后，将根据搜索到的邻居节点定时广播的包含节点信息的无线信号的强度，进行友好中继节点的选择，将信号强度超过一定门限值且信号强度最强的中继节点标识为友好中继节点，并根据满足该中继节点能够接收到并正确解调出用户终端信息的发射功率发送接入请求；如果该友好中继节点为基站本身，则转到第三步，否则转到第二步；第二步，友好中继节点把尚未驻留到无线接入网的终端用户接收到的接入请求信息转发给基站，基站根据友好中继节点转发的终端用户接入请求信息进行鉴权认证等操作，并依据鉴权认证等操作结果决定是否将用户终端纳入基站的集中管理和控制，同时向用户终端的友好中继节点发送操作结果信息，友好节点将接收到的操作结果信息反馈给终端用户；第三步，如果用户终端通过鉴权等操作，则用户终端会收到来自基站的成功接入确认信息，表明用户终端已经成功驻留到无线网络；否则失败，终端将重复以上三步骤。
3.根据权利要求2所述的集中控制式无线中继网络的用户驻留和中继节点选择方法，其特征在于终端经过中继节点进行网络驻留的信令流程是，首先终端向友好中继节点发送接入请求信息；其次友好中继节点向基站转发终端的接入请求信息；再次基站根据终端接入请求信息进行终端鉴权，并向友好中继节点发送鉴权结果信息，由友好中继节点向终端转发鉴权结果；最后终端根据接收到的鉴权结果信息判断是否完成网络驻留，若未成功接入则重复以上步骤。
4.根据权利要求2所述的集中控制式无线中继网络的用户驻留方法，进行中继节点选择，其特征在于当用户终端成功驻留到无线中继网络后，用户要周期性地广播自己的信息，以便让周围的中继节点确知用户的存在和用户的配置信息，同时用户终端通过接收相邻中继节点的广播信息完成友好中继节点的更新，从而通过友好中继节点或者基站保持驻留无线网络；用户终端根据中继站和基站周期发送的广播信号强度进行排序，并根据排序结果判决是否需要通过中继节点通信，如果需要通过中继节点进行通信，则继续执行本方法中的余下步骤，即中继节点粗选择过程第四步，用户终端以某一恒定发射功率向周围的中继节点广播信息，对于能正确接收到来自该用户终端信息的中继节点，将根据接收到的终端广播信息内容进行记录判断，如果能够满足用户终端的需求，则把该用户终端网络标识加入到自己的邻居终端识别号列表，否则将对该用户终端广播信息不做进一步处理；第五步，基站根据已完成网络驻留的用户注册信息向中继节点广播包含有该用户终端识别号的信息，中继节点如果能正确接收并识别出该信息，将检查该信息是否在自己的邻居终端识别号列表中，如果该信息存在于该中继节点的邻居终端识别号列表中，那么该中继节点分别向基站和终端用户返回确认信息，否则将对基站发送的广播信息不做进一步处理；第六步，基站根据中继节点反馈信息，确定不同终端用户的潜在可服务中继节点集合，并且为每个终端用户建立一个潜在可服务中继节点集合储存列表，终端根据中继节点反馈信息，可以确定自己周围的邻居中继节点，并且把广播信号强度最高的中继节点更新为友好中继节点。
5.根据权利要求4所述的集中控制式无线中继网络的中继节点选择方法，其特征在于用户终端向周围的中继节点广播的信息包括，用户终端在无线网络中的个体标识信息以及包含了用户属性以及相关业务特性等的相关中继节点选择信息。
6.根据权利要求4所述的集中控制式无线中继网络的中继节点选择方法，其特征在于中继节点粗选择的信令流程是，首先用户终端根据接收到的广播信号强度排序结果选择友好中继节点和备选中继集合，向中继节点广播终端信息和备选中继集合中的中继信息；其次中继节点根据接收到的终端广播的备选中继集合中包含的中继节点标识，将该终端标识加入邻居终端识别号列表，基站向中继节点广播终端用户终端识别号信息；再次由于中继节点接收到基站广播终端用户终端识别号信息，且中继邻居终端识别号列表中包含该终端识别号，中继节点分别向用户终端和基站广播发送确认信息；最后用户终端根据接收到的中继反馈信息确定可服务中继集合和友好中继节点更新，基站根据接收到的中继节点的反馈信息为终端建立集合储存列表。
7.根据权利要求4所述的集中控制式无线中继网络的中继节点选择方法，其特征在于在完成中继节点粗确定后，接着要执行中继节点的第二次选择，基于要传输的业务特性，当前无线信道状况，采用多目标联合优化策略，进行多中继节点的细选择，对于终端来说，如果其对应的集合储存列表中成员只有基站自己，则不需要采用中继节点细确定步骤，否则，继续执行本方法中的余下步骤，即中继节点细选择过程第七步，当基站向终端用户发起下行业务传输时，或者终端用户通过友好中继节点向基站发起上行业务传输请求时，基站将对处于集合储存列表中的中继节点进行调度，安排中继节点和用户终端的多址接入资源；第八步，中继节点根据基站安排的多址资源，向终端用户发送训练序列，终端用户根据接收到的对应中继节点的训练序列的信号质量，结合自身业务特性，选择合适的中继节点，并向中继节点发送确认信息，中继节点收到来自终端用户的确认信息后转发给基站；第九步，基站收到来自中继节点的确认信息，将再一次进行集中调度，确定最终的承载业务传输的中继节点，并进行功率和发送机会的配置等，并将配置信息通过友好中继节点发送给用户终端，保证多中继节点间的数据传输能协同进行，从而为终端用户提供高效的数据传输；至此，节点选择完毕。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的集中控制式无线中继网络的用户驻留和中继节点选择方法，其特征在于进行中继节点细选择的优化算法如下中继节点的优化目标为 具体限制条件包括Σi=1LEi+EBS+ESS≤Cmax,Σi=1LRi≥Rtarget,Σi=1LTi≤ΔTmax]]>其中L表示所有选定的中继的个数，Ei表示选定中继节点i消耗的总能量，EBS为基站的能耗，ESS为SS的能耗，SNRi是指中继节点i和用户终端之间的信噪比，Ti是指中继节点i和用户终端通信的传输时延，Cmac是指最大允许的功耗，Rtarget是指低传输速率要求，ΔTmax是指总时延最低要求，在选择中继节点的时候，需要选择合适的中继节点，保证此时能够获得最佳的频谱效率，但是不能大于最大允许的总功耗Cmax，同时总传输速率和总时延要求要满足业务的服务质量要求。
全文摘要
本发明涉及无线多跳中继网络中用户驻留机制和由基站集中控制的协同中继节点的选择方法。本发明提出了用户驻留机制，采用友好中继节点中继控制信令传输完成；同时提出一种由基站对整个中继节点的选择过程进行集中控制和管理，同时通过潜在的中继节点和目标终端协同进行的中继节点选择方法。中继节点的确定和选择分两步第一步确定哪些是合适的中继节点，构成备选集合；第二步根据多优化目标选择算法从备选集合中选出将承载业务传输的中继节点子集，同时根据业务属性，以及空中接口特性完成对子集中的中继节点的业务承载配置。本方法不仅侧重于两跳无线中继网络，而且可以推广到多跳无线中继网络，甚至可以推广到无线Mesh网络和无线传感器网络。
文档编号H04W88/08GK101039526SQ20071009871
公开日2007年9月19日 申请日期2007年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者彭木根, 袁广翔, 王文博 申请人:北京邮电大学