CN103634812B

CN103634812B - 一种基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法

Info

Publication number: CN103634812B
Application number: CN201310625977.8A
Authority: CN
Inventors: 侯蓉晖; 谢亚蓉; 李建东; 杨春刚
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: CN103634812A

Abstract

本发明公开了一种基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法，处于同小区的第一设备和第二设备想要进行通信，ProSe服务器发现通信设备距离较远，不满足构成设备到设备距离条件，向基站发送查找空闲中继设备请求信息；基站收到请求信息后，进行查找并将结果反馈给ProSe服务器；ProSe服务器利用反馈结果挑选合适的中继设备，向基站发送信标资源请求；基站分别给第一设备和中继设备、第二设备和中继设备分配信标资源，中继设备和第二设备告知基站通信质量检测结果；进行设备到设备通信调度；通信设备完成业务传输后，释放设备到设备资源。本发明通过使用设备到设备中继方式进行通信，降低了发送功率，节省了用户设备能量，提高了系统性能。

Description

一种基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及一种基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法。

背景技术

在LTE系统中，引入了一种新的通信方式——设备到设备（Device to DeviceD2D）的直传通信。所谓设备到设备（D2D）通信，就是指两个距离邻近的用户终端利用基站给它们分配的资源，进行直传通信，设备到设备（D2D）通信用户终端之间传输的数据信息无需通过基站（基站（eNB）:evolved Node B）作为中继。设备到设备（D2D）的提出具备的优势有：①、数据不经过基站转发而是直接在用户间进行传输，可以使用户设备之间具有较高的数据速率、较低的传输时延和较低的能耗；②、由于设备到设备（D2D）用户设备之间为短距离通信，因此可以采用资源复用来进一步提高通信网络系统的容量，缓解频谱资源需求的压力。

现有的设备到设备（D2D）通信建立，基本上都是只考虑了需要进行通信的两个用户设备是否满足设备到设备（D2D）通信条件，未考虑中继技术在设备到设备（D2D）通信中的重要作用，因此存在的主要缺陷是：①、小区内两个具备设备到设备（D2D）通信功能的用户间的距离不满足直传通信距离条件时，就采用传统的蜂窝模式进行通信，会造成资源浪费；②、小区内设备终端能够直传通信的终端间距离应该小于一定范围，否则一味提高发射功率，不仅对设备电池消耗较大，对于小区内、邻小区其他用户也将造成一定的干扰，影响系统整体性能。

现有的设备到设备的直传通信，传输和等待时间长，数据传输速率低，网络覆盖率低。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法，旨在解决现有的设备到设备的直传通信存在的传输和等待时间长，数据传输速率低，网络覆盖率低的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法，该基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法需要具有处于同小区至少一对第一用户设备与第二用户设备，以及小区基站和中继用户设备；所有用户设备都在基站覆盖范围内；具体步骤为：

步骤一，第一用户设备与第二用户设备想要进行通信，具体方法为：

第一步，第一用户设备给ProSe（邻近服务（ProSe）：Proximity Services）服务器发送请求通信信息；

第二步，ProSe服务器根据第一用户设备发来的请求通行信息，在响应时间窗T内，进行设备对设备通信认证；

第三步，在响应时间窗T内，若认证成功，则进行用户位置请求，进入步骤三，否则，进入步骤二；

第四步，超出响应时间窗T，则认为认证失败，进入步骤二；

步骤二，第一用户设备与第二用户设备以蜂窝通信模式进行通信，具体方法为：

第一步，第一用户设备将数据发送给基站；

第二步，收到数据的基站发送给第二用户设备；

步骤三，ProSe服务器根据获取到的地理位置坐标判决第一用户设备与第二用户设备间的距离（记为d）是否满足设备对设备通信距离（记为D_D2D）条件，若d大于D_D2D，则不满足条件，进入步骤四，否则，进入步骤五；

步骤四，ProSe服务器向ProSe应用程序服务器发送Map请求，要求告知小区内注册过具有中继功能的用户设备名称标识，并且根据收到的Map应答，发送中继位置请求信息，具体方法为：

第一步，基站收到请求广播具备中继功能的用户设备位置请求信息后，在第一用户设备和第二用户设备的位置范围内，开启响应时间窗T1，进行广播搜索；

第二步，在响应时间窗T1内，基站发送中继请求信息，则具有中继功能的所有用户设备都会收到此消息，空闲用户设备向基站发送中继应答；

第三步，基站根据中继应答信息，挑选与第一用户设备和第二用户设备具备相同cell ID的用户设备，给MME发送应答；

第四步，MME将获取到的这些中继设备的位置信息记为集合Relay，发送给ProSe服务器，由ProSe服务器在集合Relay进行中继选择，然后进入步骤五；

第五步，超过响应时间窗T1，基站返回无所需中继设备信息，进入步骤二；

步骤五，MME收到由ProSe服务器发送的信标资源请求信息后，转发给基站；基站收到此信息后，分配用于测试的信标资源，具体方法为：

第一步，如果通信客户端为第一用户设备：则基站通知第二用户设备生成信标帧，给第一用户设备和第二用户设备分配资源，进入步骤六；

第二步，如果通信客户端为中继用户设备，则基站通知中继用户设备和第二用户设备生成信标帧，并且给第一用户设备和中继用户设备、中继用户设备和第二用户设备分别分配资源，进入步骤六；

步骤六，第二用户设备启动信标帧的发送过程，进行设备对设备通信状况的测试，具体方法为：

第一步，如果通信客户端为第一用户设备，第一用户设备根据收到的信标，向基站应答通信链路通信质量测试状况，如果通信质量良好，则向ProSe服务器发送信标完成，进入步骤七，否则，ProSe服务器挑选新的中继设备，进入步骤五；

第二步，如果通信客户端为中继用户设备：中继用户设备回应基站通信的状况，如果通信状况良好，则进入（1），否则，ProSe服务器选择新的中继用户设备，进入步骤五；

（1）基站通知中继用户设备给第一用户设备发送信标帧，中继用户设备启动信标帧发送过程；

（2）第一用户设备根据收到的信标，向基站应答通信链路通信质量测试状况，如果通信质量良好，则向ProSe服务器发送信标完成，进入步骤七，否则，ProSe服务器挑选新的中继设备，进入步骤五；

步骤七，基站给第二用户设备和通信客户端分配设备对设备通信资源，具体方法为：

第一步，如果通信客户端为第一用户设备：则基站给第一用户设备和第二用户设备分配资源，并且通知第一用户设备和第二用户设备开始进行设备对设备通信；

第二步，如果通信客户端为中继用户设备：则基站给第一用户设备和中继用户设备、中继用户设备和第二用户设备分别分配资源，对第一用户设备和中继用户设备、中继用户设备和第二用户设备进行调度，通知成功调度的设备对设备通信对开始进行设备对设备通信；

在通信期间，基站不断测试第一用户设备和第二用户设备的距离情况，一旦满足设备对设备通信条件，则直接给第一用户设备和第二用户设备分配资源，第一用户设备和第二用户设备开始设备对设备通信，释放中继用户设备以及设备对设备中继资源；

步骤八，用户设备通信完成，用户设备向基站发送设备对设备释放请求，基站发送设备对设备解除信息进行设备对设备资源的释放。

进一步，在步骤一中的请求通信信息，包含用户设备名称标识，ProSe标识、应用标识、特定应用程序标识以及响应时间窗T。

进一步，用户设备名称标识为第二用户设备，ProSe标识为第一用户设备，应用标识为第一用户设备应用标识，特定应用程序标识为第一用户设备特定应用程序标识。

进一步，在步骤四中的中继位置请求信息，包含中继用户设备名称标识和物理位置信息，中继用户设备名称标识为小区内所有注册过的具备中继功能的设备对设备用户设备，物理位置信息为第一用户设备和第二用户设备的位置信息。

进一步，在步骤五中的信标资源请求信息，包含通信客户端身份标识、通信服务端身份标识和可用的信标资源，通信客户端身份标识为第一用户设备或是中继用户设备、通信服务端身份标识为第二用户设备。

进一步，在步骤六的第一步中的信标完成，包含通信客户端身份标识、通信服务端身份标识和通信设备对设备对设备直传通信的通信状况应答，并且通信客户端身份标识为第一用户设备、通信服务端身份标识为第二用户设备。

进一步，在第八步中的解除信息，包含通信客户端身份标识、通信服务端身份标识和设备对设备通信资源的释放信息，并且通信客户端身份标识为第一用户设备或是中继用户设备、通信服务端身份标识为第二用户设备。

本发明提供的基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法，通过使用设备到设备中继方式进行通信，降低了发送功率，节省了用户设备能量，改善了系统性能；在设备到设备中继通信模式成功建立后，设备到设备用户第一用户设备（UE2）和第二用户设备（UE3）之间通过中继用户设备（Relay_UE1）进行中继通信，而不是通过基站（eNB）进行转发，减少了传输时间和等待时间，从而减少了传输时延，同时也缓解了基站（eNB）的业务压力；引入设备到设备中继并且采用良好通信质量的信道时，可以提高数据传输速率，从而提高网络吞吐量，采用设备到设备中继方式进行通信，可以使得小区边缘的用户具备良好的通信能力，提高了网络覆盖率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法具体实现流程图；

图3是本发明实施例提供的ProSe架构示意图；

图4是本发明实施例提供的应用场景示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法包括以下步骤：

S101：处于同小区的第一设备和第二设备想要进行通信，ProSe服务器发现通信设备距离较远，不满足构成设备到设备距离条件，向基站（eNB）发送查找空闲中继设备请求信息；

S102：基站（eNB）收到请求信息后，进行查找并将结果反馈给ProSe服务器；

S103：ProSe服务器利用反馈结果挑选合适的中继设备，向基站（eNB）发送信标资源请求；

S104：基站（eNB）分别给第一设备和中继设备、第二设备和中继设备分配信标资源，用于检测信道通信质量，中继设备和第二设备告知基站（eNB）通信质量检测结果；

S105：如果通信链路通信质量良好，则基站（eNB）分别给第一设备和中继设备、第二设备和中继设备分配设备到设备通信资源，并且进行设备到设备通信调度；

S106：通信设备完成业务传输后，释放设备到设备资源。

结合图2-图4和实施例对本发明做进一步的说明：

如图2所示，属于设备对设备通信方式，在具有一个基站（eNB）和三个用户设备的蜂窝网中，用户设备第一用户设备（UE2）正在和第二用户设备（UE3）想要进行通信，中继用户设备（Relay_UE1）为辅助第一用户设备（UE2）和第二用户设备（UE3）进行设备对设备通信的中继设备。

本发明实施例的具体步骤为：

具有处于同小区的至少一对第一用户设备与第二用户设备，以及小区基站和中继用户设备；所有用户设备都在基站覆盖范围内，移动速度足够慢，具体方法为：

步骤一，第一用户设备与第二用户设备想要进行通信；其中

第一步，第一用户设备给ProSe服务器发送请求通信信息；请求通信信息中，包含用户设备名称标识，ProSe标识、应用标识、特定应用程序标识以及响应时间窗T，其中，用户设备名称标识为第二用户设备，ProSe标识为第一用户设备，应用标识为第一用户设备应用标识，特定应用程序标识为第一用户设备特定应用程序标识；

第二步，ProSe服务器根据第一用户设备发来的请求通行信息，在响应时间窗T内，进行设备到设备通信认证；

第四步，超出响应时间窗T，则认为认证失败，进入步骤二；

步骤二，第一用户设备与第二用户设备以蜂窝通信模式进行通信；

步骤三，ProSe服务器根据获取到的地理位置坐标判决第一用户设备与第二用户设备间的距离（记为d）是否满足设备到设备通信距离（记为D_D2D）条件，若d大于D_D2D，则不满足条件，进入步骤四，否则，进入步骤五；

步骤四，ProSe服务器向ProSe应用程序服务器发送Map请求，要求告知小区内注册过具有中继功能的用户设备名称标识，并且根据收到的Map应答，发送中继位置请求信息，包含中继用户设备名称标识和物理位置信息，其中，中继用户设备名称标识为小区内所有注册过的具备中继功能的设备到设备用户设备，物理位置信息为第一用户设备和第二用户设备的位置信息；具体方法为：

步骤五，MME收到由ProSe服务器发送的信标资源请求信息后，信标资源请求信息中，包含通信客户端身份标识、通信服务端身份标识和可用的信标资源，其中，通信客户端身份标识为第一用户设备或是中继用户设备、通信服务端身份标识为第二用户设备；转发给基站；基站收到此信息后，分配用于测试的信标资源；具体方法为：

第二步，如果通信客户端为中继用户设备：则基站通知中继用户设备和第二用户设备生成信标帧，并且给第一用户设备和中继用户设备、中继用户设备和第二用户设备分别分配资源，进入步骤六；

步骤六，第二用户设备启动信标帧的发送过程，进行设备到设备通信状况的测试；具体方法为：

第一步，如果通信客户端为第一用户设备：第一用户设备根据收到的信标，向基站应答通信链路通信质量测试状况，如果通信质量良好，则向ProSe服务器发送信标完成，进入步骤七，否则，ProSe服务器挑选新的中继设备，进入步骤五；

（2）第一用户设备根据收到的信标，向基站应答通信链路通信质量测试状况，如果通信质量良好，则向ProSe服务器发送信标完成，信标完成中，包含通信客户端身份标识、通信服务端身份标识和通信设备对设备对设备直传通信的通信状况应答，并且通信客户端身份标识为第一用户设备、通信服务端身份标识为第二用户设备，进入步骤七，否则，ProSe服务器挑选新的中继设备，进入步骤五；

步骤七，基站给第二用户设备和通信客户端分配设备到设备通信资源，具体方法为：

第一步，如果通信客户端为第一用户设备：则基站给第一用户设备和第二用户设备分配资源，并且通知第一用户设备和第二用户设备开始进行设备到设备通信；

第二步，如果通信客户端为中继用户设备：则基站给第一用户设备和中继用户设备、中继用户设备和第二用户设备分别分配资源，对第一用户设备和中继用户设备、中继用户设备和第二用户设备进行调度，通知成功调度的设备到设备通信对开始进行设备到设备通信；

在通信期间，基站不断测试第一用户设备和第二用户设备的距离情况，一旦满足设备到设备通信条件，则直接给第一用户设备和第二用户设备分配资源，第一用户设备和第二用户设备开始设备到设备通信，释放中继用户设备以及设备到设备中继资源；

步骤八，用户设备通信完成，用户设备向基站发送设备到设备释放请求，基站发送设备到设备解除信息进行设备到设备资源的释放，解除信息中，包含通信客户端身份标识、通信服务端身份标识和设备对设备通信资源的释放信息，并且通信客户端身份标识为第一用户设备或是中继用户设备、通信服务端身份标识为第二用户设备。

步骤二，按以下步骤进行：

第一步，第一用户设备将数据发送给基站；

第二步，收到数据的基站发送给第二用户设备。

本发明有益效果在于：

1、通过使用设备对设备中继方式进行通信，可以降低发送功率，节省了用户设备能量，改善了系统性能；

2、在设备对设备中继通信模式成功建立后，设备对第一设备用户（UE2）和第二设备用户（UE3）之间通过中继用户设备（Relay_UE1）进行中继通信，而不是通过基站（eNB）进行转发，这减少了传输时间和等待时间，从而减少了传输时延，同时也缓解了基站（eNB）的业务压力；

3、当引入设备对设备中继并且采用良好通信质量的信道时，可以提高数据传输速率，从而提高网络吞吐量。

4、采用设备对设备中继方式进行通信，可以使得小区边缘的用户具备良好的通信能力，提高网络覆盖率。

为了简便说明，本发明中所采用的LTE标准提供的ProSe架构原理如下：

用户设备的ProSe（邻近服务（ProSe）：Proximity Services）应用程序（应用程序（APP）：Application）和LTE核心网中的ProSe应用程序服务器通过接口PC1相连，进行信令交互。

用户设备和LTE核心网中的ProSe服务器通过接口PC3相连，进行信令交互。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法，其特征在于，该基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法需要具有处于同小区至少一对第一用户设备与第二用户设备，以及小区基站和中继用户设备；所有用户设备都在基站覆盖范围内；具体步骤为：

第一步，第一用户设备给ProSe邻近服务服务器发送请求通信信息；

第二步，ProSe邻近服务服务器根据第一用户设备发来的请求通行信息，在响应时间窗T内，进行设备对设备通信认证；

第三步，在响应时间窗T内，若认证成功，则进行用户位置请求，进入步骤三，否则，进入第四步；

第四步，超出响应时间窗T，则认为认证失败，进入步骤二；

第一步，第一用户设备将数据发送给基站；

第二步，收到数据的基站发送给第二用户设备；

步骤三，ProSe邻近服务服务器根据获取到的地理位置坐标判决第一用户设备与第二用户设备间的距离是否满足设备对设备通信距离条件，若d大于D_D2D，则不满足条件，进入步骤四，否则，进入步骤五；

步骤四，ProSe邻近服务服务器向ProSe邻近服务应用程序服务器发送Map请求，要求告知小区内注册过具有中继功能的用户设备名称标识，并且根据收到的Map应答，发送中继位置请求信息，具体方法为：

第三步，基站根据中继应答信息，挑选与第一用户设备和第二用户设备具备相同cellID的用户设备，给MME发送应答；

第四步，MME将获取到的这些中继设备的位置信息记为集合Relay，发送给ProSe邻近服务服务器，由ProSe邻近服务服务器在集合Relay进行中继选择，然后进入步骤五；

步骤五，MME收到由ProSe邻近服务服务器ProSe Server发送的信标资源请求信息后，转发给基站；基站收到此信息后，分配用于测试的信标资源，具体方法为：

第一步，如果通信客户端为第一用户设备，第一用户设备根据收到的信标，向基站应答通信链路通信质量测试状况，如果通信质量良好，则向ProSe邻近服务服务器发送信标完成，进入步骤七，否则，ProSe邻近服务服务器挑选新的中继设备，进入步骤五；

第二步，如果通信客户端为中继用户设备：中继用户设备回应基站通信的状况，如果通信状况良好，则进入(1)，否则，ProSe邻近服务服务器选择新的中继用户设备，进入步骤五；

(1)基站通知中继用户设备给第一用户设备发送信标帧，中继用户设备启动信标帧发送过程；

(2)第一用户设备根据收到的信标，向基站应答通信链路通信质量测试状况，如果通信质量良好，则向ProSe邻近服务服务器发送信标完成，进入步骤七，否则，ProSe服务器挑选新的中继设备，进入步骤五；

2.根据权利要求1所述的基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法，其特征在于，在步骤一中的请求通信信息，包含用户设备名称标识，ProSe邻近服务标识、应用标识、特定应用程序标识以及响应时间窗T。

3.根据权利要求2所述的基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法，其特征在于，用户设备名称标识为第二用户设备，ProSe邻近服务标识为第一用户设备，应用标识为第一用户设备应用标识，特定应用程序标识为第一用户设备特定应用程序标识。

4.根据权利要求1所述的基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法，其特征在于，在步骤四中的中继位置请求信息，包含中继用户设备名称标识和物理位置信息，中继用户设备名称标识为小区内所有注册过的具备中继功能的设备对设备用户设备，物理位置信息为第一用户设备和第二用户设备的位置信息。

5.根据权利要求1所述的基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法，其特征在于，在步骤五中的信标资源请求信息，包含通信客户端身份标识、通信服务端身份标识和可用的信标资源，通信客户端身份标识为第一用户设备或是中继用户设备、通信服务端身份标识为第二用户设备。

6.根据权利要求1所述的基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法，其特征在于，在步骤六的第一步中的信标完成，包含通信客户端身份标识、通信服务端身份标识和通信设备对设备对设备直传通信的通信状况应答，并且通信客户端身份标识为第一用户设备、通信服务端身份标识为第二用户设备。

7.根据权利要求1所述的基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法，其特征在于，在第八步中的解除信息，包含通信客户端身份标识、通信服务端身份标识和设备对设备通信资源的释放信息，并且通信客户端身份标识为第一用户设备或是中继用户设备、通信服务端身份标识为第二用户设备。

8.根据权利要求1所述的基于用户设备中继同小区设备到设备直传通信的方法，其特征在于，采用的LTE标准提供的ProSe邻近服务架构原理如下：

用户设备的ProSe邻近服务应用程序和LTE核心网中的ProSe邻近服务应用程序服务器通过接口PC1相连，进行信令交互；

用户设备和LTE核心网中的ProSe邻近服务服务器通过接口PC3相连，进行信令交互。