无线d2d网络中基于干扰感知的最小跳数的路由选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种无线D2D网络中基于干扰感知的最 小跳数的路由选择方法。
【背景技术】
[0002] 近几年来，随着无线技术的飞速发展和仪器设备的日益智能化，D2D(设备到设 备）作为一种可以提供高质量设备间通信的局域无线通信技术而受到广泛关注，在传统的 蜂窝通信系统中引入D2D技术更是可以提高蜂窝网络的频谱效率和系统容量。当D2D节 点以underlay的方式共享蜂窝网络资源时，D2D节点和蜂窝用户间存在交叉干扰。在共享 蜂窝上行频谱的场景中，D2D通信影响基站对蜂窝信号的接收，降低了基站端的SIR(信干 比）；蜂窝用户影响D2D链路的通信质量，限制了 D2D每一跳的最高传输速率。为避免对蜂 窝用户造成过度干扰，保证蜂窝通信的质量，D2D节点的发射功率受到限制，常常需要建立 多跳路由来实现源节点和目的节点间的通信。在这种干扰环境下，多跳路由的设计需要联 合考虑地理位置信息、干扰控制、D2D通信速率需求和算法复杂度等因素。同时，所选择的 路由应具有尽可能少的跳数以减小端到端通信延时。针对以上问题，研宄高效合理的路由 选择算法具有重要意义。
【发明内容】
[0003] 针对上述缺陷或不足，本发明提供了无线D2D网络中基于干扰感知的最小跳数的 路由选择方法。
[0004] 为达到以上目的，本发明的技术方案为：
[0005] 一种无线D2D网络中基于干扰感知的最小跳数的路由选择方法，用于一蜂窝网络 和D2D网络并存的小区，其中D2D网络由N个设备节点构成，所述设备节点通过共享蜂窝网 上行频谱资源进行通信，包括以下步骤：
[0006] 1)限制D2D网络中设备节点的发射功率；
[0007] 2)在设备节点的发射功率受限的条件下，计算D2D网络中每一跳的最高传输速 率，从而构建最小化路径跳数的路由优化模型；
[0008] 3)根据MR-DA算法，对路由优化模型逐跳建立从源节点Mot到目的节点M dest的路 由，得到路由的选择方法。
[0009] 所述步骤1)的具体方法如下：
[0010] 1-1)计算基站端的路径增益，其计算公式如下：
[0011] G0 = APnClJ1 (1)
[0012] 其中，Ptl为蜂窝用户的发射功率，Cltl为蜂窝用户和基站之间的距离，Tl为路径损耗 指数，A是天线的固定功率增益；
[0013] 1-2)计算蜂窝链路的信干比SIR，并且设置其值不低于门限值P th，其计算公式如 下：
[0014]
【主权项】
1. 一种无线D2D网络中基于干扰感知的最小跳数的路由选择方法，用于一蜂窝网络和 D2D网络并存的小区，其中D2D网络由N个设备节点构成，所述设备节点通过共享蜂窝网上 行频谱资源进行通信，其特征在于，包括以下步骤： 1) 限制D2D网络中设备节点的发射功率； 2) 在设备节点的发射功率受限的条件下，计算D2D网络中每一跳的最高传输速率，从 而构建最小化路径跳数的路由优化模型； 3) 根据MR-DA算法，对路由优化模型逐跳建立从源节点M#到目的节点Mdest的路由，得 到路由的选择方法。
2. 根据权利要求1所述的无线D2D网络中基于干扰感知的最小跳数的路由选择方法， 其特征在于，所述步骤1)的具体方法如下： 1-1)计算基站端的路径增益，其计算公式如下：
其中，匕为蜂窝用户的发射功率，L为蜂窝用户和基站之间的距离，n为路径损耗指 数，A是天线的固定功率增益； 1-2)计算蜂窝链路的信干比SIR，并且设置其值不低于门限值Pth，其计算公式如下：
其中，Pi为节点i的发射功率，Di为节点i和基站之间的距离； 1- 3)由式（2)计算出节点i发射功率？,的上界，其计算公式如下：
3. 根据权利要求2所述的无线D2D网络中基于干扰感知的最小跳数的路由选择方法， 其特征在于，所述步骤2)的具体步骤如下： 2- 1)计算节点i到节点j的最高传输速率Ru，其计算公式如下：
其中，B为蜂窝用户的带宽，A^为节点j和蜂窝用户之间的距离，d。为节点i和节点j之间的距离； 2-2)使用（31 (k)，31 (k+1))代表路径中的第k跳，计算第k跳的最高传输速率，其计算 公式如下：
2-3)将最小化路径跳数的路由问题归纳为一个数学模型，其模型的具体表达式如下： S ? t ? ? R u (k)，u (k+1)多R th ' --
31(1) = Msr 31(K+l) = Mdest 其中，9?代表源节点M#到目的节点Mdest的路径节点对，是沢的势；式（6)中第 一个限制条件代表D2D通信每一跳的传输速率不低于门限值Rth。
4.根据权利要求3所述的无线D2D网络中基于干扰感知的最小跳数路由算法，其特征 在于，所述步骤3)的具体方法如下： 3-1)对于当前节点31 (k)，计算作为其接收节点31 (k+l)的候选节点集合Nk，其计算公 式如下：
其中，Rth为D2D通信每一跳的最低传输速率； 3-2)根据集合Nk中各节点与当前节点(k)和目的节点的位置关系，将Nk划分为两 个集合? 2,（^的计算公式如下：
〇2的计算公式如下：
3-3)优先从集合中根据到目的节点最高传输速率最大化准则选取节点Jr(k+l)， 若叫=0则，从〇2中按到目的节点最高传输速率最大化准则选取节点31 (k+1)，该准则下 节点选取的计算公式为：
3-4)令k=k+1，重复步骤3-1)至步骤3-3)，直到建立起从M#到Md6St的路由。
【专利摘要】本发明提供一种无线D2D网络中基于干扰感知的最小跳数的路由选择方法，包括：1)限制D2D节点的发射功率；2)计算每一跳最高传输速率，构建最小化路径跳数的路由优化模型；3)根据MR-DA算法逐跳建立从源节点到目的节点的路由。本发明可以在保证蜂窝用户通信质量和D2D传输速率的前提下，建立跳数尽可能少的路由。通过考察候选节点到目的节点的最高传输速率以及候选节点与当前节点和目的节点的位置关系，本发明综合考虑了地理位置信息和干扰控制，使生成的路径在靠近目的节点的同时远离基站，减小对蜂窝通信的干扰，增大每一跳的传播能力。理论分析和仿真结果表明，本发明方法具有复杂度低、平均跳数少、中断概率低的优点。
【IPC分类】H04W40-16, H04W40-08
【公开号】CN104581864
【申请号】CN201510014530
【发明人】杜清河, 许茜, 任品毅, 孙黎
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月12日