一种D2D系统中的QoS保障方法与流程

本发明无线通信技术领域，尤其涉及一种d2d系统中的qos保障方法。

背景技术：

无线蜂窝系统移动设备直连和直接协作增强技术，例如设备到设备(device-to-device，d2d)通信作为未来3gpplte/lte-a系统的重要特征已达成广泛共识。作为增强的长期演进(longtermevolution-advanced，lte-a)系统的组成部分(underlay)，d2d通信集成蜂窝网络能获得更高频谱效率或提供新型服务。利用d2d技术，用户终端(userequipments，ue)在基站(enodeb，enb)控制下可以通过d2d链路直接通信。在某些场景下(比如相邻的几个ue间进行数据共享)，多个ue彼此连接，组成d2d簇通信。

在传统方式中，d2d通信使用蜂窝带宽，d2d链路与蜂窝链路正交使用授权资源。然而，在系统繁忙或网络负载重的时候，授权蜂窝频带可能难以充分支持所有ue通信。在此条件下，将免授权频带作为可选资源支持d2d通信，例如，为避免授权频带流量拥塞，enb命令d2d簇转换到免授权频带进行通信。如图1所示，d2d簇(cluster)内ue通过免授权频带(unlicensedband)进行通信，同时维持授权频带(licensedband)的蜂窝链路，与enb相连。

有文献提出d2d通信使用免授权频带，在免授权频带进行d2d数据传输，由授权频带进行信令控制的方案。然而，该文献只是建议使用免授权频带，却未给出如何在免授权频带上保障d2d通信服务质量的方法。

最直观的方法是enb实时调度，比如簇内通信仍然根据干扰强度和信道质量由enb调度实现。在此方法中，因为enb为每次传输选择正确的调制编码格式，能够调度合适的资源块，进而保障服务质量(qualityofservice，qos)。然而，这种集中控制的qos保障模式要求实时传输干扰强度和信道质量信息，将给蜂窝链路带来大量信令开销。

不同于授权频带，免授权频带无需授权即可实现各种通信应用。因此，免授权通信必须容忍来自其他设备的干扰。为实现此目的，免授权频带通常具有比授权频带更严格的发射功率和带外泄漏要求。此外，由于无法预测周边干扰，免授权频带具有机会使用特征。因此，尽管d2d簇成员间距短，使得在免授权频带上进行d2d通信成为可能，但是免授权频带无法预测的干扰仍然会影响通信服务质量。

再者，随着簇内成员的移动，簇内信道质量也会发生变化，当簇规模恒定时，如果d2d采用免授权资源进行簇通信，一旦簇内成员移动，就可能无法保证qos。

综合来说，一旦簇通信转换到免授权频带，免授权频带的干扰和簇成员移动将破坏d2d通信qos。然而，在簇转换到免授权频带之前，蜂窝控制的d2d通信工作在授权频带上，enb通过调度是能够保障d2d通信qos的。因此，在簇通信转换到免授权频带后，继续由enb保持qos是非常值得研究的。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种d2d系统中的qos保障方法，以在免授权频带上实现d2d通信qos保障。

本发明所述的一种d2d系统中的qos保障方法，其包括以下步骤：

步骤s1：建立d2d簇，并且使其运行在当前免授权频段上；

步骤s2：通过所述d2d簇中的簇头侦听当前免授权频段上d2d簇的qos状态；

步骤s3：通过所述簇头根据本地信道质量和d2d链路的实际速率，确定当前免授权频段的qos满意因子；

步骤s4：当所述当前免授权频段的qos满意因子小于预设的qos满意比特时，通过所述簇头减小d2d簇中成员的规模，并且通过该簇头将包含被移出d2d簇的成员信息以及包含所述当前免授权频段的qos满意因子的qos状态报告一起发送给基站；

步骤s5，通过所述基站通过蜂窝信令链路通知被移出d2d簇的成员。

在上述的d2d系统中的qos保障方法中，所述预设的qos满意比特为1比特。

在上述的d2d系统中的qos保障方法中，在所述步骤s4中，所述簇头基于d2d簇内本地信道质量确定被移出d2d簇的成员信息。

在上述的d2d系统中的qos保障方法中，所述qos状态报告还包括：简化的qos类标识、保障比特率的细节参数集合、最大比特率、最大分组误差率以及数据优先级。

在上述的d2d系统中的qos保障方法中，所述步骤s5还包括：选择以下任意一种方式处理被移出d2d簇的成员：

1)基站将被移出d2d簇的成员转换回授权的蜂窝信令链路，从而使被移出d2d簇的成员根据基站调度执行带内d2d通信；

2)基站要求被移出d2d簇的成员侦听其他免授权频带，并使用其他免授权频带组成新的免授权频带d2d簇。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过簇头侦听免授权频带d2d簇qos状态，如果发现当前免授权频带无法保证qos，将有意识地调整当前免授权频带的簇规模来保证qos。本发明可以用于各种免授权簇操作中，同时也适用于230频段无线电力通信系统，并且即使基于竞争的媒体介入控制(mediaaccesscontrol，mac)协议，也能采用本发明实现qos保障。具体来说，本发明的优点如下：

1、借助enb控制可实现免授权频带簇内qos保障，该信令开销可忽略。qos保障可通过将部分ue转换回蜂窝频带或要求某些簇ue使用新免授权资源来实现。

2、简化了免授权频带簇通信qos保证的信令设计。

3、增加了应用范围。本发明建议的qos保证机制可用于所有免授权簇操作，即使基于竞争的mac协议的免授权簇也可使用。

4、当enb配置的免授权频带不能满足qos要求时，几乎不影响剩余簇成员，剩余的簇成员ue继续保持原操作模式，无需改变中心频率，频带滤波器和发射功率等。

附图说明

图1是工作在免授权频带的蜂窝控制的簇通信示意图；

图2是本发明一种d2d系统中的qos保障方法的流程图；

图3a-c分别是本发明中qos状态报告的不同格式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图2所示，本发明，即一种d2d系统中的qos保障方法，包括以下步骤：

步骤s1：建立d2d簇，并且使其运行在当前免授权频段上；

步骤s2：通过d2d簇中的簇头侦听当前免授权频段上d2d簇的qos状态(即，簇头执行本地qos监听)；

步骤s3：通过簇头根据本地信道质量和d2d链路的实际速率，确定当前免授权频段的qos满意因子；

步骤s4：当步骤s3中确定的当前免授权频段的qos满意因子小于预设的qos满意比特时(即，若当前免授权频段的qos不能得到保障)，通过簇头减小d2d簇中成员(ue)的规模以保证d2d通信的qos，并且通过簇头将包含被移出d2d簇的成员信息以及包含当前免授权频段的qos满意因子的qos状态报告一起发送给基站，其中，

簇头基于d2d簇内本地信道质量确定被移出d2d簇的成员信息，即决定“从d2d簇内移出多少个成员以及移出哪些成员”；

由于上述qos状态报告是事件触发的rrc消息，因此在当前lte系统中易于实现，qos状态报告还可以包括以下信息(这些内容可以提前发送给基站)：

1)简化的qos类标识(qosclassidentifier，qci)；

2)最大比特率；

3)最大分组误差率；

4)数据优先级；

另外，在本实施例中，实际实现时qos满意比特可以为1比特；

步骤s5：通过基站对d2d簇中成员的规模进行重新调整，即，基站通过蜂窝信令链路通知被移出d2d簇的成员，其中，

对d2d簇中成员的离开，可以有以下两种处理方法：

1)如果蜂窝频带有足够资源，基站可将移出d2d簇的成员转换回授权蜂窝链路，从而根据基站调度执行带内d2d通信；

2)基站要求离开d2d簇的成员侦听其他免授权频带，并使用其他免授权频带组成新的免授权频带d2d簇。

下面结合具体实例对本发明进行详细说明。

假设d2d簇已经建立，enb控制d2d通信运行在免授权频带上，从而避免了蜂窝频带拥塞。由于在d2d簇转换到免授权频带前，d2d通信在enb控制下运行在授权蜂窝频带上。因此，d2d簇通信qos能够得到保障。然而，当采用免授权频带时，d2d簇内qos将由于免授权频带无法预测的干扰和簇内成员移动而无法保障。因此，需要qos保障机制维持簇转换到免授权频带的qos。

本发明提出由簇头侦听运行在免授权频带上的d2d簇的qos状态。如果发现当前免授权频带无法保证qos，那么将有意识地调整当前免授权频带的簇规模来保证qos。

为了实现本地化qos状态侦听，簇头可以提前将qos信息通知给enb；该信息可以包括以下内容：简化的qos类标识；保障比特率的细节参数集合；最大比特率；最大分组误差率；数据优先级。

然后，依靠簇内侦听数据传输，簇头很容易得出本地信道质量以及簇内d2d链路的实际速率。经过簇头初步分析，qos状态报告就可以周期性地发送至enb，通知enb当前免授权频带的qos满意因子。可以注意到这种事件触发的qos状态报告易于通过当前lte系统rrc信令实现信息传输。

实际实现时，可采用1比特(作为qos满意比特)指示qos满意因子。因此，不同情况可以采用不同方式指示：

情况1：如果簇ueqos能够精确保证，且不允许新ue加入，则不向enb发送qos状态报告；

情况2：如果簇ueqos能够精确保证，且允许新ue加入，则簇头通过将qos满意因子确定为1，周期性地向enb发送qos状态报告；

情况3：如果簇ueqos无法保证，簇成员不得不从当前免授权频带移出(以便簇内其它ue恢复原qos)，则簇头通过将qos满意因子确定为0，向enb发送qos状态报告。

在情况3中，包括qos满意因子在内，基于簇头初步完成的qos分析，qos状态报告的格式可以包括以下方式：1、如图3a所示，簇头从当前簇移出ue标识列表；2、如图3b所示，采用ue比特图指示哪些ue将从当前簇移出，其中1表示移出而0表示继续存在；比特图可以根据每个ue的c-rnti值的大小顺序来表征，或者根据其他ue特定特征表征簇内ue。为了说明表达方式，另用额外比特表示“列表格式”。

此外，在情况2中，如图3c所示，如果免授权频带上存在可用带宽的额外信息(完成簇内通信后仍有冗余带宽)，则可上报给enb，该信息是情况2的qos状态报告信息中的可选项。

至此，基于enb选择，可以选择以下任意一种方法来处理被移出的簇成员：

选项1：如果蜂窝频带有足够资源，那么enb可将离开d2d簇的簇成员转换回授权蜂窝链路，执行带内d2d通信。

选项2：enb要求离开d2d簇的簇成员侦听其他免授权频带，从而组成新的免授权频带d2d簇。

enb基于本地状态和切换回授权频带的ue的qos需求进行选择。对qos要求高的数据，选项1首先被选择来维护业务连续性。与此同时，免授权频带侦听仍在进行。另一方面，尽最大努力传输的业务可以接受免授权频带侦听带来的时延，因此这类业务可以直接选择选项2。

可选地，enb的选择可以首先通知簇头，然后在免授权簇内通信中转发该选择，通知每个簇成员。在这种情况下，只有簇头需要同时维护蜂窝链路和免授权链路，其它簇成员仅需要维护一种链路(要么是蜂窝链路，要么是免授权链路)，这可以大量减少簇成员的硬件需求。

此外，对于没有簇头的簇，enb可用提前规定一个簇成员像簇头一样执行本地qos侦听过程。

综上所述，本发明通过采用簇头侦听免授权频带d2d簇qos状态，如果发现当前免授权频带无法保证qos，将有意识地调整当前免授权频带的簇规模来保证qos。通过本发明，enb无需通过实时调度免授权d2d簇的qos，只需要在事件触发模式下调整簇规模维护qos，因此简化了enb控制免授权簇操作的控制信令。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。