移動蜂窩網絡多跳D2D通信中繼選擇算法研究.pdf

1、隨著移動互聯(lián)網的發(fā)展以及大數(shù)據、云計算和虛擬現(xiàn)實技術的出現(xiàn)，人們對數(shù)據的需求急劇增長，接入蜂窩網絡的移動設備越來越多。然而，移動通信的無線頻譜資源有限，如何為更多的設備提供速率更快、時延更低的通信服務是移動通信技術研究的重要問題。近年來，蜂窩網絡中視頻直播和位置感知等新業(yè)務不斷出現(xiàn)，比如視頻分享、游戲直播、近距離服務等。為此，3GPP在LTE Release12引入了移動蜂窩網絡設備與設備通信(device to device，D2D)

2、通信。與此同時，建立在D2D通信基礎上的多跳D2D通信也開始受到大量關注。
　　中繼選擇問題是多跳通信研究的一個重要內容，在移動自組織網絡、無線傳感器網絡、計算機網絡中均有大量研究。但是移動蜂窩通信具有自身的特點，如移動用戶受到基站控制、用戶移動性多樣和業(yè)務需求多變等。因此，針對移動蜂窩網絡通信的特點，研究中繼選擇問題是多跳D2D通信研究中的一個重要內容。
　　本碩士論文研究移動蜂窩網絡中的多跳D2D通信中繼選擇算法。針對不

3、同的網絡場景，考慮用戶移動性、用戶活躍度和用戶需求內容等因素，提出三種不同的多跳D2D通信中繼選擇算法，即移動性和活躍度感知的中繼選擇算法、內容和能量感知的中繼選擇算法和基于相同內容請求概率和活躍度的中繼選擇算法。
　　首先，論文提出了一種移動性和活躍度感知的中繼選擇(Mobility and Activeness aware Relay Selection algorithm，MARS)算法。該算法針對蜂窩系統(tǒng)中存在大量的候選中

4、繼用戶、不同候選用戶具有不同移動性和不同通信活躍度的場景，在多跳D2D通信中繼節(jié)點選擇中，考慮用戶移動性對多跳D2D通信的影響，并引入移動性貼現(xiàn)因子量化候選用戶移動性對多跳D2D通信的影響。同時，考慮用戶活躍度，計算候選中繼用戶給多跳D2D通信帶來的有效信息傳輸速率，并選取使得多跳D2D通信有效信息傳輸速率最大的候選用戶作為多跳D2D通信的中繼節(jié)點。仿真結果表明，與傳統(tǒng)的隨機中繼選擇算法相比，MARS算法可以為系統(tǒng)帶來更大的信息傳輸速率

5、。通過與隨機游走模型和高斯馬爾科夫模型的對比，表明MARS算法更適用于當前速率與歷史速率相關的移動性模型。
　　然后，論文提出了一種內容和能量感知的中繼選擇(Content and Energy aware Relay Selection，CERS)算法。該算法針對大量用戶同時請求相同內容的蜂窩網絡場景，在多跳D2D通信中繼選擇中，同時考慮用戶請求內容和用戶設備剩余能量對于多跳D2D通信的影響，優(yōu)先選擇請求相同內容和具有較高能量的

6、候選用戶作為中繼節(jié)點。仿真結果表明，CERS算法能夠比最大信道增益中繼選擇算法帶來更大的系統(tǒng)有效信息傳輸速率，并且在用戶能量相關性更大的業(yè)務場景，比如傳輸體積很大的文件下，具有更大的優(yōu)勢。
　　最后，論文提出了一種基于相同內容請求概率和活躍度的中繼選擇(Common Content Request Probability and Activeness based Relay Selection，PARS)算法。該算法對將大量用戶同