一种多跳蜂窝网络的中继传输方法与流程

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种多跳蜂窝网络的中继传输方法。

背景技术：

随着移动通信技术的迅速发展，传统的蜂窝结构，即移动台直接与基站进行通信的方式由于系统容量小，路径损耗大和覆盖范围低等特点，难以满足用户对移动通信日益提高的需求。增加基站的数目可以在一定程度上解决上述问题，但是因为经济和社会问题，难以在实际中广泛应用。多跳蜂窝网络具有延伸覆盖、提高系统容量等特点，近几年得到人们越来越多的关注。

多跳蜂窝网络就是将传统的蜂窝网络和Ad-hoc网络结合起来的一种新型网络。它在传统的蜂窝网络中引入了Ad-hoc网络中的多跳技术，每个移动台既可以直接与基站进行通信也可以通过中继以多跳的形式间接与基站进行通信，保障了用户特别是边缘用户的服务质量。中继可以是固定的中继站，也可以是移动台本身。当移动台采用中继传输方式时，直接传输路径被分为多个短小的路径来传递信息，这种多跳传输与传统的单跳传输相比具有延伸覆盖和提高系统的容量及吞吐量等特点，同时减少了发送功率，相应地降低了干扰。

在多跳蜂窝网络中，如何从潜在的中继中选择最佳中继进行通信，从而有效利用系统资源和优化网络性能，是一个热点问题。现有的中继传输方法中，有学者提出了系统容量最大化的中继传输方法，在中继选择过程中选择容量最大的中继进行通信，可以有效提高系统容量；有学者提出了距离最小化的中继传输方法，在中继选择过程中，选择移动台和中继的距离与中继和基站之间的和最小的中继进行通信，降低了总的路径损耗；有学者提出了基于剩余能量的中继传输方法，在中继选择过程中选择剩余能量最大的中继进行通信，提高了蜂窝网络的周期；有学者分析了移动台的移动性，在此基础上分别提出了一种最大化中继活化时间的中继传输方法和一种最小化中继转换率的中继传输方法，提高了蜂窝网络的性能。

对于多跳蜂窝网络的中继传输方法，现有的方法在不同的角度，提高了蜂窝网络的性能。但是现有的方法大多只考虑了两跳中继传输方式，没有考虑跳数大于二的情况，可以用于基站覆盖范围不大，蜂窝网中的移动台数目不是很多的场景，对于基站覆盖范围很大，蜂窝网中的移动台数目很多的多跳中继传输的场景不再适用。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术中所存在的不足之处，提出一种多跳蜂窝网络的中继传输方法，以期同时适用于移动台数目较少和移动台数目较多的多跳蜂窝网络，提高蜂窝网络的性能，从而改善用户体验。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明一种多跳蜂窝网络的中继传输方法的特点是应用于由基站BS和随机分布的多个移动台构成的多跳蜂窝网络中，以所述多跳蜂窝网络的外接矩形的任意一个顶点作为原点O，与所述原点O相邻的两条边分别作为X轴和Y轴，建立坐标系XOY；所述中继传输方法是按如下步骤进行：

步骤1、定义周期为T，则Tk表示第k个周期；

步骤2、初始化k＝1；

步骤3、任意一个移动台MS首次提出业务请求；

步骤4、根据所述移动台MS在所述坐标系XOY中的坐标位置，计算所述第k个周期Tk下所述移动台MS与所述基站BS的距离d(k)，如果d(k)＜d0，则所述第k个周期Tk下所述移动台MS直接与所述基站BS连接，从而使得所述移动台MS在所述第k个周期Tk下加入所述多跳蜂窝网络；否则转步骤5；d0表示所设定的阈值；

步骤5、所述第k个周期Tk下所述移动台MS搜索附近所有的预选中继，若搜索完毕并得到n个预选中继，则转步骤6，若没有搜索到，则所述第k个周期Tk下所述移动台MS直接与所述基站BS连接；从而使得所述移动台MS在所述第k个周期Tk下加入所述多跳蜂窝网络；

所述预选中继为：在所述多跳蜂窝网络的所有移动台中满足条件1和条件2的移动台；

所述条件1为：与所述基站BS之间的距离小于所述移动台MS与所述基站BS之间的距离的移动台；

所述条件2为：与所述移动台MS之间的距离小于所述移动台MS与所述基站BS之间距离的移动台；

步骤6、利用式(1)计算所述第k个周期Tk下所述n个预选中继内的任意第i个预选中继的中继选择概率∏MS-i(k)，从而获得所述第k个周期Tk下所述n个预选中继的中继选择概率{ΠMS-1(k),ΠMS-2(k),…，ΠMS-3(k),…，ΠMS-n(k)}：

式(1)中，dj(k)表示所述第k个周期Tk下所述n个预选中继内的任意第j个预选中继的度，即连接数；di(k)表示所述第k个周期Tk下所述n个预选中继内的任意第i个预选中继的度；Dj(k)表示所述第k个周期Tk下所述n个预选中继内的任意第j个预选中继与所述移动台MS的距离；Di(k)表示所述第k个周期Tk下所述n个预选中继内的任意第i个预选中继与所述移动台MS的距离；a和b分别表示度和距离的权重，并有a+b＝1；1≤i≤n，1≤j≤n；

步骤7、从所述第k个周期Tk下所述n个预选中继的中继选择概率{ΠMS-1(k),ΠMS-2(k),…，ΠMS-3(k),…，ΠMS-n(k)}中选择出最大中继选择概率，并将所述移动台MS与选择出的最大中继选择概率所对应的预选中继进行连接；从而使得所述移动台MS在所述第k个周期Tk下加入所述多跳蜂窝网络；

步骤8、在所述第k个周期Tk下，若所述移动台MS有业务请求，则与所述第k个周期Tk下所连接的预选中继或者所述基站BS进行通信；

步骤9、判断k＝1是否成立，若成立，则将k+1赋值给k后，返回步骤4执行；否则，则将第k-1个周期Tk-1下所述移动台MS所建立的连接断开后，再将k+1赋值给k，并返回步骤4执行。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明引入BA模型中度的概念，结合多跳蜂窝网络特性，提出一种新的中继传输方法，BA模型用于分析规模比较大的网络，本发明提出的中继传输方法适用于基站覆盖范围大，移动台数目很多的场景，同时也适用于移动台数目不是很多的场景，具有普适性。

2、本发明给出的多跳蜂窝网络的中继传输不固定为两跳中继，可以是多跳中继，更加灵活且符合实际。

3、本发明给出的中继选择公式考虑了距离因素，中继和移动台之间的距离越小，被选择的概率越大，减少了路径损耗和发射功率，相应降低干扰。

4、本发明每隔固定时间重新进行中继选择过程，建立的连接不是一成不变的，避免了因为移动台位置改变或者失效造成的影响。

附图说明

图1是本发明的中继传输方法流程图。

具体实施方式

本实施例中，一种多跳蜂窝网络的中继传输方法，应用于由基站BS和随机分布的多个移动台构成的多跳蜂窝网络中，以多跳蜂窝网络的外接矩形的任意一个顶点作为原点O，与原点O相邻的两条边分别作为X轴和Y轴，建立坐标系XOY；如图1所示，对于任意一个移动台，中继传输方法是按如下步骤进行：

步骤1、定义周期为T，则Tk表示第k个周期；

步骤2、初始化k＝1；

步骤3、任意一个移动台MS首次提出业务请求；

步骤4、根据移动台MS在坐标系XOY中的坐标位置，利用GPS定位技术，计算第k个周期Tk下移动台MS与基站BS的距离d(k)，如果d(k)＜d0，则第k个周期Tk下移动台MS直接与基站BS连接，从而使得移动台MS在第k个周期Tk下加入多跳蜂窝网络；否则转步骤5；d0表示所设定的阈值；

步骤5、第k个周期Tk下移动台MS搜索附近所有的预选中继，搜索方法为移动台MS发送一个微小的信号，信号包含自身的坐标位置以及自身与基站BS的距离，接收到信号的已经加入多跳蜂窝网络的移动台通过信号包含的信息判断自身是否可以成为预选中继，若可以成为预选中继，则将坐标位置信息通过反馈信号返回给移动台MS，若搜索完毕并得到n个预选中继，则根据反馈信号中的信息计算自身与预选中继的距离，并按照距离从大到小的顺序对n个预选中继排序，转步骤6，若没有搜索到，则第k个周期Tk下移动台MS直接与基站BS连接；从而使得移动台MS在第k个周期Tk下加入多跳蜂窝网络；

其中，预选中继为：在多跳蜂窝网络的所有移动台中满足条件1和条件2的移动台；

条件1为：与基站BS之间的距离小于移动台MS与基站BS之间的距离的移动台；

条件2为：与移动台MS之间的距离小于移动台MS与所述基站BS之间距离的移动台；

步骤6、利用式(1)计算第k个周期Tk下n个预选中继内的任意第i个预选中继的中继选择概率ΠMS-i(k)，从而获得第k个周期Tk下n个预选中继的中继选择概率{ΠMS-1(k),ΠMS-2(k),…，ΠMS-3(k),…，ПMS-n(k)}：

式(1)中，dj(k)表示第k个周期Tk下n个预选中继内的任意第j个预选中继的度，即连接数；di(k)表示第k个周期Tk下n个预选中继内的任意第i个预选中继的度；Dj(k)表示第k个周期Tk下n个预选中继内的任意第j个预选中继与移动台MS的距离；Di(k)表示第k个周期Tk下n个预选中继内的任意第i个预选中继与移动台MS的距离；a和b分别表示度和距离的权重，并有a+b＝1；1≤i≤n，1≤j≤n；

步骤7、从第k个周期Tk下n个预选中继的中继选择概率{ΠMS-1(k),ΠMS-2(k),…，ΠMS-3(k),…，ΠMS-n(k)}中选择出最大中继选择概率，并将移动台MS与选择出的最大中继选择概率所对应的预选中继进行连接；从而使得移动台MS在第k个周期Tk下加入多跳蜂窝网络；

步骤8、在第k个周期Tk下，若移动台MS有业务请求，则与第k个周期Tk下所连接的预选中继或者基站BS进行通信；

步骤9、判断k＝1是否成立，若成立，则将k+1赋值给k后，返回步骤4执行；否则，则将第k-1个周期Tk-1下移动台MS所建立的连接断开后，再将k+1赋值给k，并返回步骤4执行。