移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)多跳D2D通信中繼選擇算法研究.pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，人們對(duì)數(shù)據(jù)的需求急劇增長，接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)設(shè)備越來越多。然而，移動(dòng)通信的無線頻譜資源有限，如何為更多的設(shè)備提供速率更快、時(shí)延更低的通信服務(wù)是移動(dòng)通信技術(shù)研究的重要問題。近年來，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中視頻直播和位置感知等新業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)，比如視頻分享、游戲直播、近距離服務(wù)等。為此，3GPP在LTE Release12引入了移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與設(shè)備通信(device to device，D2D)

2、通信。與此同時(shí)，建立在D2D通信基礎(chǔ)上的多跳D2D通信也開始受到大量關(guān)注。
　　中繼選擇問題是多跳通信研究的一個(gè)重要內(nèi)容，在移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中均有大量研究。但是移動(dòng)蜂窩通信具有自身的特點(diǎn)，如移動(dòng)用戶受到基站控制、用戶移動(dòng)性多樣和業(yè)務(wù)需求多變等。因此，針對(duì)移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信的特點(diǎn)，研究中繼選擇問題是多跳D2D通信研究中的一個(gè)重要內(nèi)容。
　　本碩士論文研究移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的多跳D2D通信中繼選擇算法。針對(duì)不

3、同的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，考慮用戶移動(dòng)性、用戶活躍度和用戶需求內(nèi)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(dòng)性和活躍度感知的中繼選擇算法、內(nèi)容和能量感知的中繼選擇算法和基于相同內(nèi)容請(qǐng)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(dòng)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(duì)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(dòng)性和不同通信活躍度的場(chǎng)景，在多跳D2D通信中繼節(jié)點(diǎn)選擇中，考慮用戶移動(dòng)性對(duì)多跳D2D通信的影響，并引入移動(dòng)性貼現(xiàn)因子量化候選用戶移動(dòng)性對(duì)多跳D2D通信的影響。同時(shí)，考慮用戶活躍度，計(jì)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(diǎn)。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的隨機(jī)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(jī)游走模型和高斯馬爾科夫模型的對(duì)比，表明MARS算法更適用于當(dāng)前速率與歷史速率相關(guān)的移動(dòng)性模型。
　　然后，論文提出了一種內(nèi)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(duì)大量用戶同時(shí)請(qǐng)求相同內(nèi)容的蜂窩網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，在多跳D2D通信中繼選擇中，同時(shí)考慮用戶請(qǐng)求內(nèi)容和用戶設(shè)備剩余能量對(duì)于多跳D2D通信的影響，優(yōu)先選擇請(qǐng)求相同內(nèi)容和具有較高能量的

6、候選用戶作為中繼節(jié)點(diǎn)。仿真結(jié)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(guān)性更大的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，比如傳輸體積很大的文件下，具有更大的優(yōu)勢(shì)。
　　最后，論文提出了一種基于相同內(nèi)容請(qǐng)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(duì)將大量用戶同