CN107517483B - 一种密集部署的无线异构网络的中继分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种密集部署的无线异构网络的中继分配方法,该方法的中继分配或路由选择是由宏基站(M‑cell基站)基于决策树和后验概率计算的，多个M‑cell基站可以形成一种自主管理的无线虚拟子网。在本路由选择预测方案下，无线虚拟子网首先按照小基站(P‑cell基站)的位置来把本覆盖区域划分为多个子区域，并对用户分配一个初始的P‑cell基站。在随后的预测时间间隔上，系统将根据用户的后验概率的变化来预测用户接下来会到达的子区域，以重新进行路由选择，从而动态调整所选的P‑cell基站。本发明不仅便于实现中继协同系统中快速的路由预测，也可以使得M‑cell基站将用户所请求的数据文件提前缓存到将要切换到的P‑cell基站中，从而提高密集部署的无线异构网络的服务质量。

Description

一种密集部署的无线异构网络的中继分配方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是一种密集部署的无线异构网络的中继分配方法。
背景技术
近年来，随着软件定义网络(SDN)的快速发展，在5G移动通信网络架构中融合SDN和云计算技术是现在国内外的研究热点之一。SDN改变了大型复杂网络的管理和控制方式，是一种集中控制的新型网络架构。SDN将传统数据转发设备的控制面和数据面进行分离，从而使得网络结构更加灵活、数据传输转发更加智能，并且提高了网络资源的利用率，它为分组路由提供控制并收集网络统计信息。人们提出的系统模型就是基于SDN的5G移动通信中的协同通信模型。
协同通信与传统的无线通信系统中基站与用户之间的通信方式不同，协同通信通过中继或者其他用户的相互协作增强了基站与用户之间的通信链路，从而提高无线网络的吞吐量。协同通信作为新兴的无线通信技术，提高了通信网络容量和可靠性，具有更高的频谱效率。
多中继协同无线通信系统相比于单中继协同无线通信系统而言，在性能上有着显著的提高，因此吸引了很多国内外学者的研究兴趣。多个中继协作系统用于消息信号的传输，提高了源和目的节点之间的可选路径数，而且相比于单个中继系统而言改善了分集增益。因此，对于多中继协同无线通信而言如何预测路由选择也是当前要解决的问题之一，本发明提供一种密集部署的无线异构网络的中继分配方法。
发明内容
本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种密集部署的无线异构网络的中继分配方法，该方法对移动用户设备进行中继分配或路由选择的预测，不仅便于实现中继协同系统中快速的路由预测，也可以使得源(M-cell基站)节点将用户所请求的数据文件提前缓存到将要切换到的中继(P-cell基站)节点中，从而提高密集部署的无线异构网络的服务质量。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明应用于含有密集部署小基站的无线异构网络中多中继数据转发，面向接入的无线异构网络的M-cell基站根据获取的时间和地理位置信息计算出每个M-cell基站的先验概率，以及根据中继链路速率计算出条件概率，再根据先验概率和条件概率计算出后验概率，并将覆盖区域划分成多个子区域，包括各个P-cell基站的单独作用区域，以及P-cell基站之间重叠区域，并对这些区域进行决策树的分类。M-cell基站根据当前时刻获取的用户位置信息确定用户所在的区域，如果用户在某个P-cell基站的单独作用范围内并且后验概率上升，则M-cell基站预测用户暂不切换，否则进行除此P-cell基站外其他P-cell基站的最大后验概率判决。如果用户在重叠区，则进行最大后验概率判决。
本发明的M-cell基站对用户进行最大后验概率判决不仅要选取后验概率最大的P-cell基站，而且还要判断此P-cell基站的后验概率是否上升以及是否满足触发窗条件，一直到找出满足这三个条件的P-cell基站为止，此时M-cell基站预测用户即将切换到此P-cell基站。
有益效果：
1、本发明方法基于决策树的分类和后验概率的计算，将覆盖区域划分成子区域，并对用户进行最佳的路由选择，在用户移动中，由于用户位置信息的变化，导致路径损耗和阴影的变化，从而后验概率也会发生变化，通过后验概率的变化以及用户所在子区域来预测用户接下来会到达的区域，动态地调整路由选择；
2、相比现有技术，本发明不仅便于实现中继协同系统中快速的路由预测，也可以使得M-cell基站将用户所请求的数据文件提前缓存到将要切换到的P-cell基站中，从而提高密集部署的无线异构网络的服务质量。
附图说明
图1为本发明方法所使用的路由选择的模型图。
图2为本发明中的决策树分类。
图3为本发明中基于决策树和后验概率的路由选择预测的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
本发明针对含有密集部署小基站的无线异构网络中多中继数据转发应用场景，提供了一种基于决策树和后验概率的中继分配预测方法，该方法的中继分配或路由选择是基于决策树和后验概率计算的，其计算主要在面向接入的无线异构网络的宏基站(M-cell基站)节点进行，多个M-cell基站可以形成一种自主管理的无线虚拟子网，并且在集中控制方式下无线虚拟子网可以进行计算辅助的移动管理和资源分配，来实现小基站(P-cell基站)到一个期望的移动用户设备(简称移动用户)的中继分配或路由选择。这里移动用户的移动应用指具有高服务质量(QoS)请求的应用，如大带宽视频传送的与延迟敏感的增强现实(AR)移动应用。在该无线虚拟子网中，M-cell基站需要利用密集部署的P-cell基站来实现高性能的区域覆盖。P-cell基站被配置为解码转发的无线中继模式，此时P-cell基站被称为中继节点。M-cell基站到P-cell基站之间的链路为中继协同通信的第一跳，P-cell基站到用户之间的链路为第二跳。位于M-cell基站上的数据流先经过第一跳到达中继节点，其次再由中继节点传送到移动用户。由于用户QoS请求、移动信道中的衰落与干扰，高效的中继节点选择需要无线虚拟子网主导的快速的计算。
本发明所述的一种密集部署的无线异构网络的中继分配方法的系统模型，如附图1所示，所考虑的网络采用无线Mesh网络的结构，该Mesh网络含有回程和前传两部分，包括两个M-cell基站(如S1和S2)，四个P-cell基站(如R11，R12，R21和R22)和一个移动用户(如D)，四个P-cell基站沿着道路两边布置在路灯上，且均在两个M-cell基站的覆盖范围中，移动用户处在所有P-cell基站之间的覆盖区域中，并在覆盖区域内自由活动。
本发明的目的是提前预测移动用户将要切换的P-cell基站，这样不仅便于实现中继协同系统中快速的路由预测，也可以使得M-cell基站将用户所请求的数据文件提前缓存到将要切换到的P-cell基站中，从而提高密集部署的无线异构网络的服务质量。为了实现这一发明目的，本发明公开了一种密集部署的无线异构网络的中继分配方法，所述方法流程如附图3所示。
首先M-cell基站与P-cell基站和移动用户之间建立连接，用户向M-cell基站发送数据请求。M-cell基站获取所有P-cell基站和移动用户的时间和地理位置信息以及信道状态信息，并计算出M-cell基站与P-cell基站之间、P-cell基站与移动用户之间的信号与干扰加噪声比和链路的数据速率RDF。
根据后验概率最大准则进行路由选择，即把路由选择看成一个P-cell基站的分类问题，M-cell基站根据获取的时间和地理位置信息计算出每个M-cell基站的先验概率PSn，并且根据中继链路速率RDF计算出条件概率PRkn，再根据先验概率PSn和条件概率PRkn计算出后验概率pSRnk。
除了收集各个无线链路的信道状态信息外，本发明涉及所部署的多个P-cell基站的位置信息和用户移动性所涉及的随着时间变化的位置信息的利用。
所考虑的街区是长方形块状，M-cell基站根据P-cell基站的地理位置信息将P-cell基站之间的覆盖区域进行分割，沿着经度和纬度划分成各个P-cell基站的单独作用区域，两个P-cell基站之间的重叠区域以及所有P-cell基站之间的重叠区域，将这九个区域先按纬度再按经度依次编号为ω1，ω2，ω3，ω4，ω5，ω6，ω7，ω8和ω9。以任意一个P-cell基站为中心，最靠近此P-cell基站的区域为此P-cell基站的单独作用区域，再往外扩张的一个区域为重叠区域。并且对角线的两个P-cell基站之间会出现同信道的情况，所以如附图1所示，R11和R22同信道，有干扰，R12和R21之间同信道，有干扰，其他P-cell基站之间均不同信道，无干扰。
本发明把街区按照经度和纬度连续分割，创建与各个类对应的区域ω1，ω2，ω3，ω4，ω5，ω6，ω7，ω8和ω9。根据划分出来的区域，给出带有决策节点和叶子节点的二进制树。树的每个节点的二叉分支使用的阈值都是根据分割的区域确定的，如附图2所示。在t0时间M-cell基站获取用户的地理位置信息(dx,dy)，并判断dx与dm的关系，如果dx＜dm，则继续判断dy与dm的关系，如果dy＜dm则在区域ω1，如果dy＞dm且dy＜2dm在区域ω2，如果dy＞2dm在区域ω3；如果dx＞dm且dx＜2dm，则继续判断dy与dm的关系，如果dy＜dm则在区域ω4，如果dy＞dm且dy＜2dm在区域ω5，如果dy＞2dm在区域ω6；如果dx＞2dm，则继续判断dy与dm的关系，如果dy＜dm则在区域ω7，如果dy＞dm且dy＜2dm在区域ω8，如果dy＞2dm在区域ω9。
M-cell基站把移动用户的时间和地理位置信息与某子区域进行一种确定性的关联。该关联可以便于系统根据用户所在的子区域进行中继节点的初始选择，并且分配一个初始的P-cell基站。M-cell基站根据上述决策树判断用户是否在某个P-cell基站的单独作用区域。如果用户在某个P-cell基站的单独作用范围内，M-cell基站根据用户的时间和位置变化信息计算出后验概率的变化。如果后验概率上升，判断为用户正在靠近此P-cell基站。此时M-cell基站预测用户暂不切换，并且会将所选P-cell基站一直分配给移动用户进行数据转发，直到用户移出此P-cell基站的单独作用范围。如果后验概率下降，判断为用户正在远离此P-cell基站。此时M-cell基站计算出除此P-cell基站之外其他P-cell基站的后验概率，并找出其中后验概率上升最快的P-cell基站，判断是否满足触发窗条件TTT＝2·NTTT·TS，其中NTTT表示触发次数，TS表示采样时间，2表示两个时隙。如果满足触发窗条件，判断为用户正在靠近此P-cell基站，M-cell基站预测用户将要切换到此P-cell基站，当此P-cell基站的后验概率大于之前所分配的P-cell基站的后验概率，则M-cell基站会将此P-cell基站一直分配给移动用户进行数据转发。如果不满足触发窗条件，此时M-cell基站将继续计算后验概率上升的P-cell基站，直到发现满足触发窗条件的P-cell基站为止。
如果用户不在某个P-cell基站的单独作用范围，则基于最大后验概率的原则，选择后验概率最大的P-cell基站进行数据转发，M-cell基站会继续计算此P-cell基站的后验概率，并判断此P-cell基站后验概率的变化，直到它预测出用户即将进入某个P-cell的单独作用范围。

Claims (1)

1.一种密集部署的无线异构网络的中继分配方法，其特征在于：所述方法应用于含有密集部署小基站的无线异构网络中多中继数据转发，面向接入的无线异构网络的M-cell基站将根据获取的时间和地理位置信息计算出每个M-cell基站的先验概率，根据中继链路速率计算出选择P-cell作为中继基站的条件概率，再根据先验概率和条件概率计算出选择P-cell作为中继基站的后验概率；
所述方法先快速地将覆盖区域划分成多个子区域，这些区域包括各个P-cell基站的单独作用子区域，以及P-cell基站之间重叠子区域，这样M-cell基站就根据当前时刻获取的用户位置信息来快速地确定用户所在的子区域，M-cell基站把移动用户的时间和地理位置信息与某子区域进行一种确定性的关联，该关联可以便于系统根据用户所在的子区域进行中继节点的初始选择，并且分配一个初始的P-cell基站，M-cell基站判断用户是否在某个P-cell基站的单独作用区域，如果用户在某个P-cell基站的单独作用范围内，M-cell基站根据用户的时间和位置变化信息计算出后验概率的变化，如果后验概率上升，判断为用户正在靠近此P-cell基站，此时M-cell基站预测用户暂不切换，并且会将所选P-cell基站一直分配给移动用户进行数据转发，直到用户移出此P-cell基站的单独作用范围，如果后验概率下降，判断为用户正在远离此P-cell基站，此时M-cell基站计算出除此P-cell基站之外其他P-cell基站的后验概率，并找出其中后验概率上升最快的P-cell基站，判断是否满足触发窗条件TTT＝2·NTTT·TS，其中NTTT表示触发次数，TS表示采样时间，2表示两个时隙，如果满足触发窗条件，判断为用户正在靠近此P-cell基站，M-cell基站预测用户将要切换到此P-cell基站，当此P-cell基站的后验概率大于之前所分配的P-cell基站的后验概率，则M-cell基站会将此P-cell基站一直分配给移动用户进行数据转发，如果不满足触发窗条件，此时M-cell基站将继续计算后验概率上升的P-cell基站，直到发现满足触发窗条件的P-cell基站为止；
如果用户不在某个P-cell基站的单独作用范围，则基于最大后验概率的原则，选择后验概率最大的P-cell基站进行数据转发，M-cell基站会继续计算此P-cell基站的后验概率，并判断此P-cell基站后验概率的变化，直到它预测出用户即将进入某个P-cell的单独作用范围。
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