CN105704825A - D2d中基于自适应随机接入的动态发现资源分配系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明请求保护一种D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配系统及方法，其系统包括动态发现资源分配模块和自适应随机接入模块；所述动态发现资源分配模块：用于根据小区中发送ERM信息的高优先级的D2D用户PUs和可用的发现资源块的DRBs个数，构建下一周期的发现资源消息帧，并将包含可用的发现资源块DRB分配的信息块广播发送；所述自适应随机接入模块：用于D2D用户根据计数器数值与预设门限值的大小关系，进行随机接入模式的选择，完成动态发现资源的分配。本发明针对高优先级用户进行动态资源分配，针对低优先级用户的碰撞问题，用户自适应改变随机接入方式。能够满足高优先级用户业务需求，还能增加被发现的用户数以及用户发现范围。
Description
技术领域
本发明属于移动无线通信技术领域，尤其是一种应用于D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配机制。
背景技术
基于蜂窝网络的设备到设备(Device-to-Device，D2D)通信，或称为邻近服务(ProximityService，ProSe)，是指用户数据可不经过网络中转而直接在终端之间传输。如图1所示，基于网络控制的D2D通信，主要包括以下步骤：若移动管理实体(MME)中存在需要通信的两个设备且处在同一个基站覆盖的小区中，则MME通知基站进一步检查两个终端是否处于同一个或者相邻的基站内；若基站发现两个设备处于同一个基站内，则基站向两个设备发送直接建立D2D通信的消息。
针对D2D的研究成果中，已经有针对D2D用户通信的资源分配机制，其主要思想是根据用户的通信需求，以及用户的业务类型特点和该用户是否为D2D用户类型进行资源调度，利用时域/频域干扰协调、功率控制、多点协调传输以及认知无线电等技术来降低D2D用户与蜂窝用户之间的互干扰，从而实现网络中用于传输的无线资源分配给用户用以数据传输。
D2D发现是网络中的设备发现所有跟他相邻的用户的机制，而D2D发现资源分配是指在网络中如何对用户分配用于D2D发现的资源块(DiscoveryResourceBlockDRB)。目前发现资源分配机制主要有两种：基于用户以竞争的机制(类型1发现资源分配，Type1)和基站(EvolvedNodeB,eNB)分配(类型2发现资源分配，Type2)。
类型1发现资源分配中，基站读取可用的DRB，对所有的用户随机等概率的构建可用DRB信息，并且将该信息广播发送给全部用户。用户接收到可用DRB信息以后，以随机竞争方式从资源池中选择一个或者多个DRB用于D2D发现。也有技术提出利用跳时、跳频技术、功率最小，以及基于着色理论实现相同频率用户距离最远的方法降低碰撞。
在类型2发现资源分配中，基站读取可用的DRB以及需要资源的用户，进行对应分配，形成DRB分配信息，并向用户广播该信息。用户收到信息后根据其中的DRB分配来使用DRB。但是该机制会给网络带来较大的系统开销和复杂度。
上述的相关技术可以看出，针对D2D用户通信的资源分配是指的对用户用于数据传输的无线资源进行分配的机制，该机制不能完成对用户D2D用户发现资源进行分配；而类型1发现资源分配和类型2发现资源分配发现机制虽然能够完成对发现资源的分配，但是在D2D通信中，不同的用户具有的不同的优先级，而上述技术缺乏对不同用户的区分服务，不能自适应的进行发现资源分配。
发明内容
针对以上现有技术的不足，提出了一种能够提高发现效率、自适应进行发现资源分配的应用于D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配系统及方法。本发明的技术方案如下：一种D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配系统，其包括动态发现资源分配模块和自适应随机接入模块；
所述动态发现资源分配模块：用于根据小区中发送ERM信息的高优先级的D2D用户PUs和可用的发现资源块的DRBs个数，构建下一发现周期的发现资源消息帧，并将包含可用发现资源块的DRB分配信息块广播发送；
所述自适应随机接入模块：用于D2D用户根据计数器数值与预设门限值的大小关系，进行随机接入模式的选择，完成动态发现资源的分配。
进一步的，所述动态发现资源分配模块中，根据小区中发送ERM信息的高优先级的D2D用户PUs和可用的发现资源块的DRBs个数，构建下一周期的发现资源消息帧步骤具体为：A1、高优先级的D2D用户PUs向基站发送ERM信息来请求紧急发现资源块的分配；
A2、基站接收ERM信息，进行统计，并读取整个网络中发现资源块DRB的个数以及可用的发现资源块DRBs个数，其中PUs∈{1,2...M}、NPUs∈{1,2...N}、DRBs∈{1,2...P}，NPUs表示不是高优先级的用户，其中M、N、P分别表示PUs、NPUs和DRBs的总数；
A3、如果可用的发现资源块DRBs个数大于高优先级的用户PUs个数，基站随机产生M个1到P之间的随机数值，并且将发现资源消息帧中与生成的随机数值对应的DRB标记为a，其余的DRB标记为b。将构建的发现资源消息帧广播发送；
如果可用的发现资源块DRBs个数小于等于PUs个数，在下一个发现时间间隔DTP内，基站将发现资源消息帧所有的DRB标记为a。将构建的发现资源消息帧广播发送。
进一步的，所述自适应随机接入模块进行随机接入模式的选择具体为：B1、用户接收发现资源消息帧，根据自身优先级别判断是否是PUs，如果是则读取发现资源消息帧中标记为a的资源块；
B2、如果是NPUs，则读取计数器次数NPU_C，并判断其是否大于预先设定的门限值W，如果NPU_C大于等于W，则NPU选择标记为b的DRB，如果NPU_C小于W，则选择标记为b的DRB；
B3、D2D用户判断发现临近目标用户是否成功，如果成功并与之建立D2D通信，则置CUE_C＝0，如果不成功用户将重新请求发现资源，并且计数器值加1，等待下一个周期。
一种D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配方法，其包括以下步骤：
401、PUs向基站发送ERM信息来请求紧急发现资源块的分配。
402、基站接收ERM信息，进行统计，并读取整个网络中发现资源块DRB的个数，判断接收ERM信息个数M和发现资源块DRB的个数P的大小；
403、将构建的发现资源消息帧以广播的形式进行发送。
404、用户接收到发现资源消息帧后，根据自身优先级别判断是否是Pus，
405、如果接收到成功并与之建立D2D信息，则置CUE_C＝0。如果没有接收到成功建立D2D的信息，用户将重新请求发现资源，并且计数器值加1，等待下一个周期。
进一步的，步骤402具体为：4.2.1如果P大于M，基站随机产生M个1到P之间的随机数值，并且将发现资源消息帧中与生成的随机数值对应的DRB标记为a，构建发现资源消息帧；
4.2.2如果P小于等于M，在下一个DTP内，基站将发现资源消息帧所有的DRB标记为a，构建发现资源消息帧。
进一步的，步骤404根据自身优先级别判断是否是PUs，具体为：
4.4.1如果是，则读取发现资源消息帧中标记为a的资源块，并且利用该资源块发起D2D发现；
4.4.2如果不是，则读取计数器次数NPU_C，并判断其是否大于预先设定的门限值W；
4.4.2.1如果NPU_C大于等于W，对应的NPU选择MCALOHA-ES机制选择标记为b的DRB；
4.4.2.2如果NPU_C小于W，则选择MCALOHA机制选择标记为b的DRB；
4.4.3.利用选出的DRB发起D2D发现，并等待是否成功消息。
本发明的优点及有益效果如下：
步骤A1-A3中，基站通过读取系统中发送ERMs的高优先级用户数，动态分配发现资源，即高优先级用户使用Ty2发现资源分配，因此没有信令之间的碰撞。该动态资源分配机制，不仅可以满足高优先级用户业务需求，还能增加被发现的用户数以及增加用户发现范围。
步骤B1-B3中，低优先级用户初始化利用MCALOHA机制进行随机资源选择，当其计数器次数大于预设门限值时，即由MCALOHA机制切换至MCALOHA-ES机制，由于MCALOHA-ES机制拥有发现信令碰撞低的特性，因此该自适应随机接入机制，同样可以增加被发现的用户数以及增加用户发现范围。
综上所述，本文提出的提出的一种应用于D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配机制，针对高优先级用户的业务需求，进行动态资源分配，针对低优先级用户的碰撞问题，用户可以自适应改变随机接入方式。因此不仅能够满足高优先级用户业务需求，还能增加被发现的用户数以及用户发现范围。
附图说明
图1是本发明提供优选实施D2D通信网络架构示意图；
图2是本发明中动态发现资源分配模块的结构示意图；
图3是本发明中自适应随机接入模块的结构示意图；
图4是本发明中D2D发现资源帧结构组成示意图
具体实施方式
以下结合附图，对本发明作进一步说明：
根据D2D发现资源分配类型1和类型2的特性，本发明提出了一种基于动态帧结构和自适应随机接入的D2D发现资源分配的机制。D2D用户根据优先级不同分为两类：具有高优先级的D2D用户PUs(PriorityUsers)和低优先级的D2D用户NPUs(Non-PriorityUsers)，PUs使用类型2发现资源分配，其所使用的DRB由基站统一调度；NPUs使用的DRB通过多信道随机接入(MCALOHA)或者基于能量感知的多信道随机接入(MCALOHA-ES)机制来获得；并且在NPUs用户端有资源块使用计数器的存在，如果在一个发现时间间隔(DiscoveryTimePeriod，DTP)内，NPUs没有得到发现资源块，则计数器值加1。在下一个DTP内如果此计数器数值大于预设的门限制，则NPUs用户的随机接入机制变为MCALOHA-ES，以此来减少功耗并提高发现概率，如果计数器值小于预设门限值，则NPUs用户使用MCALOHA。
本发明提出了一种应用于D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配机制，该机制包含2个模块：动态发现资源分配模块和自适应随机接入模块。
所述的动态发现资源分配模块主要用于根据小区中发送ERM信息的PUs和可利用的发现资源块之间的关系，构建下一周期的发现帧，并将包含DRB分配的信息块广播发送，模块如图2所示。
PUs向基站发送ERM信息来请求紧急发现资源块的分配。
基站接收ERM信息，进行统计，并读取整个网络中发现资源块DRB的个数以及可用的发现资源块DRBs个数。其中PUs∈{1,2...M}、NPUs∈{1,2...N}、DRBs∈{1,2...P}，其中M、N、P分别表示PUs、NPUs和DRBs的总数。
基站判断DRBs和PUs的个数大小关系，如果DRBs个数大于PUs个数，基站随机产生M个1到P之间的随机数值，并且将发现资源消息帧中与生成的随机数值对应的DRB标记为a，其余的DRB标记为b。将构建的发现资源消息帧广播发送。
如果DRBs个数小于等于PUs个数，在下一个DTP内，基站将发现资源消息帧所有的DRB标记为a。将构建的发现资源消息帧广播发送。
所述的自适应随机接入模块主要用于D2D用户根据计数器数值与预设门限值的大小关系，使用何种随机接入机制来选择DRB，模块如图3所示。
用户接收发现资源消息帧，根据自身优先级别判断是否是PUs，如果是则读取发现资源消息帧中标记为a的资源块。
如果是NPUs，则读取计数器次数NPU_C，并判断其是否大于预先设定的门限值W。如果NPU_C大于等于W，对应的NPU使用MCALOHA-ES机制选择标记为b的DRB。如果NPU_C小于W，则使用MCALOHA机制选择标记为b的DRB。
D2D用户判断发现临近目标用户是否成功，如果成功并与之建立D2D通信，则置CUE_C＝0。如果不成功用户将重新请求发现资源，并且计数器值加1，等待下一个周期。
本发明中实施案例的系统中包括基站，D2D用户以及D2D发现资源帧。其中该D2D网络由一个小区以及30个D2D用户组成，在这30个D2D用户中，10个为PUs，20个为NPUs；NPUi表示第i个NPU；且DRB的个数为20，初始发现时间间隔T＝1，且初始计数器次数和计数器门限值分别为NPU_C＝0和W＝4，帧结构组成示意图为图4所示。本专利通过以下步骤实现应用于D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配机制。
1.PUs向基站发送ERM信息来请求紧急发现资源块的分配。基站接收ERM信息，进行统计，并读取整个网络中发现资源块DRB的个数、NPUs的个数以及可用的发现资源块DRBs个数。其中PUs∈{1,2...10}、NPUs∈{1,2...20}、DRBs∈{1,2...20}。发现周期T＝1和初始计数次数NPUi_C＝0,i∈{1,...,20}，NPUi_C表示第i个NPU的计数器次数。假设在T＝1时，10个PUs向基站发送10个ERMs信息来请求DRBs的分配。
2.基站判断DRBs和PUs的个数大小关系，如果DRBs个数大于PUs个数，基站随机产生M个1到P之间的随机数值，并且将发现资源消息帧中与生成的随机数值对应的DRB标记为a，其余的DRB标记为b。将构建的发现资源消息帧广播发送。如果DRBs个数小于等于PUs个数，在下一个DTP内，基站将发现资源消息帧所有的DRB标记为a。将构建的发现资源消息帧广播发送。其具体步骤如下：
2.1判断DRBs和PUs个数大小，此时DRBs和PUs的个数分别为20和10。
2.2由于DRBs个数大于PUs个数，基站随机产生10个随机数值：1、2、6、8、10、12、14、16、18、20，并且将发现资源消息帧中与生成的随机数值对应的DRB标记为a。其余的10个DRB标记为b。将构建的发现资源消息帧广播发送。
3.用户接收发现资源消息帧，根据自身优先级别判断是否是PUs，如果是则读取发现资源消息帧中标记为a的资源块。如果是NPUs，则读取计数器次数NPU_C，并判断其是否大于预先设定的门限值W。如果NPU_C大于等于W，对应的NPU使用MCALOHA-ES机制选择标记为b的DRB。如果NPU_C小于W，则使用MCALOHA机制选择标记为b的DRB，其具体步骤如下：
3.1NPUs和PUs接收并读取包含a、b的信息块。10个PUs使用读取的信息块中关于标记为a的DRB发起D2D发现。20个NPUs读取计数器次数NPU_C，并判断用户计数器次数和预设门限值W的大小。
3.2所有NPU_C初始值为1，且小于预设值W＝4，对应的NPUs使用多信道MCALOHA机制选择标记为b的DRBs。
3.3利用选出的DRB发起D2D发现，并等待是否成功消息。
4.如果接收到成功并与之建立D2D信息，则置CUE_C＝0。如果没有接收到成功建立D2D的信息，用户将重新请求发现资源，并且计数器值加1，等待下一个周期。
4.1判断D2D用户接收端信干燥比的大小关系，经计算可得第1、2、6、10、14、18、20、23、25、27、30个D2D接收端用户的SINR大于信干燥比门限制SINRThreshold，这些D2D用户成功发现目标用户，并与之建立D2D通信。
4.2没有接收到成功建立D2D的信息，用户将重新请求发现资源，并且计数器值加1，等待下一个周期。
5.继续下一发现时间间隔T＝2，且重复步骤1-4。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (6)
1.一种D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配系统，其特征在于：包括动态发现资源分配模块和自适应随机接入模块；
所述动态发现资源分配模块：用于根据小区中发送ERM信息的高优先级的D2D用户PUs和可用的发现资源块的DRBs个数，构建下一发现周期的发现资源消息帧，并将包含可用发现资源块DRB的分配信息块广播发送；
所述自适应随机接入模块：用于D2D用户根据计数器数值与预设门限值的大小关系，进行随机接入模式的选择，完成动态发现资源的分配。
2.根据权利要求1所述的D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配系统，其特征在于：所述动态发现资源分配模块中，根据小区中发送ERM信息的高优先级的D2D用户PUs和可用的发现资源块的DRBs个数，构建下一周期的发现资源消息帧步骤具体为：A1、高优先级的D2D用户PUs向基站发送ERM信息来请求紧急发现资源块的分配；
A2、基站接收ERM信息，进行统计，并读取整个网络中发现资源块DRB的个数以及可用的发现资源块DRBs个数，其中PUs∈{1,2...M}、NPUs∈{1,2...N}、DRBs∈{1,2...P}，NPUs表示不是高优先级的用户，其中M、N、P分别表示PUs、NPUs和DRBs的总数；
A3、如果可用的发现资源块DRBs个数大于高优先级的用户PUs个数，基站随机产生M个1到P之间的随机数值，并且将发现资源消息帧中与生成的随机数值对应的DRB标记为a，其余的DRB标记为b；将构建的发现资源消息帧广播发送；
如果可用的发现资源块DRBs个数小于等于PUs个数，在下一个发现时间间隔DTP内，基站将发现资源消息帧所有的DRB标记为a；将构建的发现资源消息帧广播发送。
3.根据权利要求2所述的D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配系统，其特征在于：所述自适应随机接入模块进行随机接入模式的选择具体为：B1、用户接收发现资源消息帧，根据自身优先级别判断是否是PUs，如果是则读取发现资源消息帧中标记为a的资源块；
B2、如果是NPUs，则读取计数器次数NPU_C，并判断其是否大于预先设定的门限值W，如果NPU_C大于等于W，则NPU选择标记为b的DRB，如果NPU_C小于W，则选择标记为b的DRB；
B3、D2D用户判断发现临近目标用户是否成功，如果成功并与之建立D2D通信，则置CUE_C＝0，如果不成功用户将重新请求发现资源，并且计数器值加1，等待下一个周期。
4.一种D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配方法，其特在于：包括以下步骤：
401、PUs向基站发送ERM信息来请求紧急发现资源块的分配；
402、基站接收ERM信息，进行统计，并读取整个网络中发现资源块DRB的个数，判断接收ERM信息个数M和发现资源块DRB的个数P的大小；
403、将构建的发现资源消息帧以广播的形式进行发送；
404、用户接收到发现资源消息帧后，根据自身优先级别判断是否是Pus，
405、如果接收到成功并与之建立D2D信息，则置CUE_C＝0；如果没有接收到成功建立D2D的信息，用户将重新请求发现资源，并且计数器值加1，等待下一个周期。
5.根据权利要求4所述的D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配方法，其特征在于：步骤402具体为：4.2.1如果P大于M，基站随机产生M个1到P之间的随机数值，并且将发现资源消息帧中与生成的随机数值对应的DRB标记为a，构建发现资源消息帧；
4.2.2如果P小于等于M，在下一个DTP内，基站将发现资源消息帧所有的DRB标记为a，构建发现资源消息帧。
6.根据权利要求4所述的D2D网络中基于自适应随机接入的动态发现资源分配方法，其特征在于：步骤404根据自身优先级别判断是否是Pus，具体为：
4.4.1如果是，则读取发现资源消息帧中标记为a的资源块，并且利用该资源块发起D2D发现；
4.4.2如果不是，则读取计数器次数NPU_C，并判断其是否大于预先设定的门限值W；
4.4.2.1如果NPU_C大于等于W，对应的NPU选择MCALOHA-ES机制选择标记为b的DRB；
4.4.2.2如果NPU_C小于W，则选择MCALOHA机制选择标记为b的DRB；
4.4.3.利用选出的DRB发起D2D发现，并等待是否成功消息。
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| Publication number | Publication date |
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| CN105704825B (zh) | 2019-05-31 |
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