一种终端直通系统中采用激励机制的终端发现方法与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种终端直通系统中采用激励机制的终端发现方法。

背景技术：

随着移动智能终端的迅速普及和无线多媒体业务的不断涌现，移动数据流量预计将呈指数级增长，而无线频谱资源的短缺以及基站的严重过载将使得传统蜂窝网络面临严峻的挑战。为了缓解网络压力，3gpp提出了在蜂窝网络控制下的终端通信，该通信技术可实现两个邻近终端在不经过基站的情况下直接进行数据传输。

终端直通技术具有提高频带资源利用率、增强网络覆盖范围、降低基站负载等优点，被认为是下一代蜂窝网络(nextgenerationnetwork)及物联网中(internetofthing，iot)的关键技术之一。

虽具有上述优点，终端直通技术也面临着诸如终端发现、模式选择、资源分配以及干扰管理几大挑战。其中终端发现作为终端通信的第一步是首先需要解决的问题。

目前，已有一些研究致力于满足新一代蜂窝网络中的终端发现要求，但仍存在急需解决的问题。具体地，不同终端中所包含的服务存在差异，发现的终端可能无法满足请求终端的服务需求，尤其是在终端分布较为密集的地方。这种情况将导致终端发现过程重新进行，这意味着将消耗更多的终端能量。

终端发现中的另一个关键问题是终端的自私性问题，考虑到帮助他人要消耗自身终端能量，终端的协作意愿不高甚至拒绝合作，这将直接影响到终端发现的效率。传统的终端发现方法没有充分考虑终端的社会属性，无法达到节能而高效发现邻近终端的目的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：终端直通系统中的终端发现问题，尤其是在考虑终端服务差异的情况下结合激励机制实现节能而高效的发现终端。

本发明解决其技术问题采用一种一种终端直通系统中采用激励机制的终端发现方法；

所采用的技术方案包括：本发明首先让小区中所有终端先上传自身终端中所具有的服务信息至基站，基站将为当前小区终端创建一个服务信息列表用于存储终端的服务及终端id信息便于终端之间的服务信息共享，之后构建了一个终端发现模型，紧接着提出了一个终端发现流程，用于高效而节能地发现邻近终端。

具体的，一种终端直通系统中采用激励机制的终端发现方法，所述终端发现方法包括以下步骤：

基站将小区划分出多个移动服务共享社区，移动服务共享社区中的移动终端将其id以及可提供的服务信息发送给基站；

基站为每个移动服务共享社区创建一个服务信息列表，并基于移动终端的状态变换进行实时更新；

基站接收从移动服务共享社区中请求终端发来的服务请求信息，按照所述服务信息列表确定出候选终端；

基站根据候选终端的类型所能提供的功率以及获得的奖励制定出合同表示；

基站将合同发送给候选终端，候选终端接收相应合同并按照合同要求参与终端发现或者拒绝所有合同，更新所述服务信息列表；

基站将候选终端确认后的合同发送给请求终端，请求终端将选择出使得其能够获得最大收益的候选终端的合同；

基站选择使自身收益最大的候选终端参与终端发现；

基站将请求终端的服务请求信息与选择出的候选终端所属移动服务共享社区中的服务信息列表进行比对，如果所述服务信息列表中存在该服务请求信息所对应的服务，则认定终端发现成功，否则认定为不成功。

进一步的，移动服务共享社区的划分方式包括基站根据小区中的关键位置所在区域以及该区域中的移动终端将该区域划分出多个不重叠的移动服务共享社区。

进一步的，基站接收到请求终端的服务请求信息后，确定当前服务共享社区中满足条件的候选终端数，若没有满足条件的候选终端，则请求终端通过基站从核心网获取所述服务请求信息中的所需服务；若存在满足条件的候选终端，则划分出候选终端的类型。

进一步的，基站根据候选终端的可剩余运行时间划分出多种类型，通过候选终端的电量和候选终端的传输功率计算出候选终端的可剩余运行时间；将候选终端所能提供的功率pi以及奖励ti制定出合同表示(pi,ti)。

进一步的，所述基站选择使自身收益最大的候选终端参与终端发现包括按照以下的约束条件选择出候选终端i，表示为：

c1:θiti-pi≥0；

c2:θiti-pi≥θktk-pk；

其中，约束条件c1表示候选终端的效益为非负数，θi表示候选终端i的类型；约束条件c2表示选择候选终端i能够获得最大收益，θk表示其他候选终端k的类型，tk表示其他候选终端k的奖励，pk表示其他候选终端k的功率。

进一步的，所述基站选择使自身效益最大的候选终端参与终端发现包括移动终端使用蜂窝网络资源时，基站将会获得相应的增益，扣除基站支付给候选终端的奖励后获得收益，采用拉格朗日数乘法计算出属于每个候选终端的最优合同，即使得基站获得收益最大的候选终端。

进一步的，当终端发现认定不成功时，且候选终端的能量耗尽时仍未被请求终端发现，基站则会从剩余候选终端中选择继续参与终端发现，直至终端发现成功或者基站中没有候选终端，终端发现过程结束。

本发明的有益效果是：

本发明基于集中式网络结构，可以高效地处理移动终端的服务及请求信息；在发现前，根据请求终端所需的服务确定满足条件的候选终端，可有效避免发现失败的概率。采用基于合同理论的终端发现方法，基站为候选终端奖励，让候选终端能够主动积极的参与终端发现，可显著提高终端参与积极性，进而提高终端发现效率。

附图说明

图1为本发明具体实施例提供的终端发现的两层架构模型；

图2为本发明具体实施例提供的一种终端直通系统中采用激励机制的终端发现方法流程图；

图3为本发明具体实施例提供的一种移动服务共享社区模型。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了分析终端中存在的服务差异性，需要获知终端中所具有的服务。考虑到终端中的服务属于用户的隐私，其他终端及基站无法获知，因此考虑采用移动服务共享社区模型来采集终端中的服务信息。同时为了促使终端参与终端发现，需要设计了一种激励机制。

由于基站与终端之间存在信息不对称，基站无法确切地获知终端类型及发现功率等信息，一些方法例如拍卖、博弈论等无法达到预期效果。合同理论是微观经济学中的概念，可以用来解决双方信息不对称情况下的激励问题。在合同理论中，雇主制定并提供相应的合同来雇佣提供服务的人，而雇员所具备的技能事先是不知道的，合同中包含了雇员所需提供的服务以及他将获得的报酬。

在终端直通领域，合同理论可用于研究作为雇主的基站和终端类型对基站不透明的终端之间的相互作用，在终端发现领域引入合同理论还处于初始阶段，终端发现的框架还需要进一步分析。

图1为本发明的具体实施提供的一种终端发现模型，该终端发现模型专注于节省终端能量和提高终端参与积极性并最终提高终端发现效率。

如图1所示，该终端发现模型至少由多个通信终端及一个基站组成，也就是说本发明的终端发现过程是在一个小区里面进行的；每个移动通信终端包含多种服务，终端上的字母代表终端中所包含的服务，终端发出请求服务消息时每次只能请求一种服务。其中移动通信终端负责发送和接收信息，基站则负责资源的调度。

具体地，请求终端发送服务请求信息至基站，基站收到服务请求信息后确定可提供请求服务的候选终端，之后基站根据候选终端类型向这些终端发送信息招募终端参与终端发现过程，并规定了不同终端所需提供的功率及其获得的奖励，奖励及功率信息将通过合同的形式进行发放，收到信息后的候选终端根据自身终端情况做出相应的决策(接收相应合同并按合同要求参与终端发现或拒绝所有合同)，基站将从收到的合同中选择出使其收益最大的候选终端参与终端发现。

基于上述分析，本发明提供了一种终端直通系统中采用激励机制的终端发现方法，如图2所示，所述方法包括以下步骤：

s1、基站将小区划分出多个移动服务共享社区，移动服务共享社区中的移动终端将其id以及可提供的服务信息发送给基站；

其中，本发明提供了一种移动服务共享社区模型，如图3所示，其中基站被视为该模型的基础设施，以支持终端发现及通信等功能。移动服务共享社区是一种为促进终端服务资源共享而构建的社区，由关键地点、关键地点所在区域及该区域中的移动终端组成，其中，关键地点可以是校园里的某栋建筑，博物馆中的展览以及市场中的柜台等人流密集的位置，移动终端可以在关键地点之间移动，也可以停留在特定的关键地点，它们可以同时是服务请求者和提供者。他们在通信期间可随意移动，当终端离开彼此的通信范围时，通信中断。

可以理解的是，本发明中的终端也即为终端直通系统中的移动终端，也可以被称作移动通信终端或者通信终端，从服务关系而言，其至少包括请求终端和候选终端，请求终端和候选终端是可逆的，请求终端可以作为候选终端，候选终端也可以作为请求终端；而本发明中所提到的终端均属于直通系统中的移动终端。

s2、基站为每个移动服务共享社区创建一个服务信息列表，并基于移动终端的状态变换进行实时更新；

根据关键位置及其所在的区域将小区划分为多个不重叠的移动服务共享社区后，每个社区中的终端需将自身可与其他终端共享的服务信息及终端id上传至基站，基站将为每个社区创建一个服务列表用于提高社区中终端间的资源共享，同时服务列表将根据终端的状态变化(终端离开或进入社区、终端电量耗尽等)进行更新。

社区中的操作可分为两组，第一组包括描述移动终端活动的操作，而第二组包括描述与服务交互相关的活动的操作。

关于移动终端的操作有三种类型：1)移动；2)暂停；3)离开。

在移动中，移动终端可以从一个关键地点移动到另一个关键地点。为简单起见，假设它们在两个关键地点之间的移动路径是直线。

当移动终端到达一个关键地点时，它们会停留一段特定的时间，然后再进入下一站。例如，如果汤姆在教学楼有一个班级，他所携带的终端在到达这栋楼后至少停留45分钟。

当他们离开当前社区时，社区内的其他人无法发现他们终端中的服务。

关于移动服务的操作有三种类型：1)发布；2)发现；3)调用。

在发布中，移动用户可以从他们的移动终端上选择一些服务，并将可提供的服务信息及终端id发送给基站，基站会为每一个服务社区生成一个相对应的服务列表，以便于社区中终端进行服务发现。只有用户选定的服务才能与其他终端共享，而未被选择的服务基站及终端无法获知。用户离开当前社区后，他所携带的终端已无法再向社区中其他终端提供服务，此时，基站将更新该社区的服务列表。

在发现中，移动终端向基站请求自身所需服务，bs将请求服务信息与终端所属社区的服务列表比对，如果列表中存在该服务则服务发现成功，否则服务发现失败。

在调用时，请求终端向具有所需服务的终端发送请求消息。通过移动服务共享社区，可以有效促进终端服务资源共享及互动，有效缓解基站的负担，为终端通信创造良好的环境。

s3、基站接收从移动服务共享社区中请求终端发来的服务请求信息，按照所述服务信息列表确定出候选终端；

当某个移动服务共享社区中的终端具有通信需求时，由于无法确定周围终端是否具有其所需的服务随机探测过于耗能且发现的终端不能保证满足服务需求，故其先将自身所要请求的服务信息及终端id发送至基站，之后根据基站确定是否存在满足条件的终端，再决定是从周围终端中还是核心网获取所需服务。若没有满足条件的候选终端，则请求终端通过基站从核心网获取所述服务请求信息中的所需服务；若存在满足条件的候选终端，则划分出候选终端的类型。

基站收到请求终端的请求信息后会将其与该社区的服务信息列表进行比对，以确定当前社区中满足服务要求的终端数(候选终端)k及其id。若k＝0，则不进行终端发现过程，服务请求终端将通过基站从核心网获取所需服务。考虑到每个终端的电量ei及发射功率pi不同，将导致不同终端的运行时长ti不同。在终端通信过程中，稳定性是非常重要的因素，为了保证通信过程中的稳定性，具有更长剩余运行时间的终端更加受欢迎。因此若k≠0，基站将根据终端的可剩余运行时间ti来对终端类型进行划分。

s4、基站根据候选终端的类型所能提供的功率以及获得的奖励制定出合同表示；

为保证能准确发现所需终端，在终端发现前对终端中的服务进行分析，确定可为请求终端提供服务的候选终端。合同包含终端所需提供的功率pi以及获得的奖励ti，奖励大小与终端类型及功率大小有关，接下来介绍终端类型。

为保证通信的稳定，请求终端希望找到剩余运行时间长的终端为其提供帮助，因此我们用终端的剩余运行时间来定义终端类型。每个终端的预期剩余运行时间与其剩余电量(rbc)及传输功率pi有关。设e1,e2,…,ei,…en分别表示n部终端的rbc。终端电池的功耗与终端传输功率和电路中的转换损耗有关。假设uei的功率为pi，则转换损耗为p0＝η×pi，其中η(0<η<1)为表示能量转换效率的因子，ue的剩余运行时间与发射功率之间的关系(表示放电电流，ii＝(pi+p0)/v0＝pi(1+η)/v0；是表示非线性效应的常数)。若已知终端的rbc及发射功率，便可以估计其剩余运行时间，进而可以得知每个终端的类型。

按照所述剩余运行时间可以划分出多种终端类型，例如将0-10分钟的叫做第一类型，10-20分钟叫做第二类型。将同属于第一类型或者同属于第二类型的终端分配一个相等的奖励，这样不需要对每个候选终端进行单独处理；当然在具体实施时，应当按照实际情况来确定。

终端使用蜂窝网络资源时，基站将会获得相应的增益gi，增益大小可以表示为与终端的功率相关的线性二次函数gi＝w(spi-tpi²)。同时为了激励终端参与终端发现，基站会支付给终端i一定的奖励，大小为θiti，其中ti为基站设定的基础奖励值，其以流量的形式向终端发放。单位时间内基站支付给参与发现的终端i奖励的成本开销为cθiti，其中c为支付奖励的功率开销，一般而言c＝1。最终基站的预期效用ub与参与终端发现的终端类型及其所使用的功率成正相关，表示为ub＝λi[w(spi-tpi²)-θiti]；λi表示终端属于某一类型的概率；由于基站和终端之间的信息不对称，基站不知道终端设备确切的类型，但基站可以统计终端设备的总数以及设备类型的概率分布。本发明用λi表示小区中用户设备属于θi类型的概率满足其中n表示服务共享社区中终端数量。

假设参与发现的终端只产生能量消耗除此之外不产生其他消耗，故当参与终端的发现功率为pi时，单位时间内终端的效益ui可以表示为ui＝θiti-pi。本发明的目标是在降低发现过程中终端能耗的情况下，提高终端发现的效率。

因此，在上述分析下，按照以下的约束条件采用拉格朗日数乘法选择出候选终端i，表示为：

c1:θiti-pi≥0；

c2:θiti-pi≥θktk-pk；

其中，约束条件c1表示候选终端的效益为非负数，θi表示候选终端i的类型；约束条件c2表示选择候选终端i能够获得最大收益，θk表示其他候选终端k的类型，tk表示其他候选终端k的奖励，pk表示其他候选终端k的功率。

s5、基站将合同发送给候选终端，候选终端接收相应合同并按照合同要求参与终端发现或者拒绝所有合同，更新所述服务信息列表；

基站将所有合同发送至候选终端供候选终端进行签署，出于个体理性所有候选终端都会选择相应的合同。

s6、基站将候选终端确认后的合同发送给请求终端，请求终端将选择出使得其能够获得最大收益的候选终端的合同；

候选终端选择完相应合同后，将向基站发送合同选择信息。

s7、基站选择使自身收益最大的候选终端参与终端发现；

为节省终端能量同时处于自身利益最大化考虑，基站将选择使自身获得效益最大的候选终端参与终端发现过程。

s8、基站将请求终端的服务请求信息与选择出的候选终端所属移动服务共享社区中的服务信息列表进行比对，如果所述服务信息列表中存在该服务请求信息所对应的服务，则认定终端发现成功，否则认定为不成功。

在一个优选实施例中，所述步骤s8后还包括步骤s9：当终端发现认定不成功时，且候选终端的能量耗尽时仍未被请求终端发现，基站则会从剩余候选终端中选择继续参与终端发现，直至终端发现成功或者基站中没有候选终端，终端发现过程结束。通过遍历的方式，进行终端发现。

本发明通过构建了一种移动服务共享社区，以促进终端间的资源共享，缓解网络压力，在发现过程中考虑了终端所包含的服务信息以及剩余可运行时长等因素，同时设置有激励机制用于对参与终端发现的终端给与激励，增强其参与终端发现的动机。本发明解决了现有技术下d2d终端的发现方式中，由于d2d终端中的服务差异性以及用户参与积极性不高，导致d2d终端的高能量消耗问题。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。