CN108521642A - 一种d2d通信控制器及其通信方法和sdn网络架构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种D2D通信控制器及其通信方法和SDN网络架构。所述D2D通信控制器包括接口模块、核心控制模块、会话控制模块和信息存储模块；接口模块接收终端设备的通信请求；核心控制模块根据通信请求产生探测指令，会话控制模块根据所述探测指令获取D2D会话信息；核心控制模块根据所述D2D会话信息产生资源分配结果，并根据所述资源分配结果通过所述接口模块控制终端设备实现通信。本发明的D2D通信控制器根据信号发射功率信息、网络资源调度信息和路由选择信息制定资源分配结果，进而控制终端设备实现通信，能够高效准确的控制D2D会话，减少网络中的干扰、提高网络资源调度的精度。
Description
技术领域
本发明涉及信息通信技术领域，特别涉及一种D2D通信控制器及其通信方法和SDN网络架构。
背景技术
随着现代通信技术的快速发展、通信服务的多样化、接入网络智能终端数量的快速增加、通信数据也呈现出了爆炸式的增长，频谱资源的紧张日益突显出来，可以提高频谱利用率及终端接入数量的新兴技术越发成为研究热点。其中D2D(Device-to-Device,D2D)通信技术为广大研究学者提供了一种解决频谱利用率低下及核心网络负载过重问题的新思路。
D2D通信作为一个新兴的概念，允许临近两个设备之间的通信数据不经过基站，直接进行通信；而D2D用户允许复用蜂窝用户的授权频段资源，因此可以有效提高频谱利用率和缓解核心网络负载。在下一代移动通信网络海量连接、大数据的要求下，D2D通信成为可以实现大规模连接的重要技术手段。但是，D2D通信的引入在为现有通信网络带来许多收益的同时，也为网络带来了复杂多变的通信干扰，且D2D通信作为一个应用在5G和物联网中的新概念，其网络架构、通信形式甚至通信过程目前并没有一个统一的国际标准，如今的学术研究仍处于一个理论探索的阶段。如何减少网络的干扰，精准的调度网络资源，并为用户提供多样化的网络服务成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种D2D通信控制器及其通信方法和SDN网络架构，以减少网络的干扰，精准的调度网络资源，并为用户提供多样化的网络服务。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种D2D通信控制器，所述D2D通信控制器包括接口模块、核心控制模块、会话控制模块和信息存储模块；
所述接口模块分别与所述核心控制模块和终端通信设备连接，所述接口模块用于接收终端设备的通信请求，并将所述通信请求发送给所述核心控制模块；
所述核心控制模块与所述会话控制模块连接，所述核心控制模块用于根据所述通信请求产生探测指令并将所述探测指令发送给所述会话控制模块；
所述会话控制模块用于根据所述探测指令获取D2D会话信息，并将所述D2D会话信息反馈给所述核心控制模块；所述D2D会话信息包括信号发射功率信息、网络资源调度信息和路由选择信息；
所述核心控制模块还与所述信息存储模块连接，所述核心控制模块还用于将所述D2D会话信息发送给所述信息存储模块；
所述信息存储模块用于对所述D2D会话信息进行存储；
所述核心控制模块还用于根据所述D2D会话信息产生资源分配结果，并根据所述资源分配结果通过所述接口模块控制终端设备实现通信。
可选的，所述会话控制模块包括信道状态探测器、终端设备功率控制器、网络资源调度器和路由协议处理器；
所述信道探测器分别与所述终端设备功率控制器、所述网络资源调度器和所述路由协议处理器连接；所述信道探测器用于根据所述探测指令探测信道的状态信息，并将所述状态信息发送给所述终端设备功率控制器、所述网络资源调度器和所述路由协议处理器；
所述终端设备功率控制器与所述核心控制模块连接，所述终端设备功率控制器用于根据所述状态信息，产生终端设备的信号发射功率信息，并将所述信号发射功率信息输出给所述核心控制模块；
所述网络资源调度器与所述核心控制模块连接，所述网络资源调度器用于根据所述状态信息，产生网络资源调度信息，并将所述网络资源调度信息发送给所述核心控制模块；
所述路由协议处理器与所述核心控制模块连接，所述路由协议处理器用于根据所述状态信息产生路由选择信息，并将所述路由选择信息发送给所述核心控制模块。
可选的，所述信息存储模块包括全局视图数据库，所述全局视图数据库用于根据所述D2D会话信息更新并存储网络拓扑信息、网络状态信息、移动终端信息和网络服务信息。
一种直接链路通信方法，所述直接链路通信方法应用所述D2D通信控制器，所述直接链路通信方法包括如下步骤：
发起终端节点向D2D通信控制器发起通信建立申请；
D2D通信控制器根据所述通信建立申请确定目的终端节点；并根据所述发起终端节点和所述目的终端节点确定网络资源分配结果；
所述发起终端节点和所述目的终端节点根据所述网络资源分配结果，建立网络连接，并根据所述网络连接进行信息交互；
信息交互完成后，所述发起终端节点和所述目的终端节点的任一节点向所述D2D通信控制器发送释放资源请求；
所述D2D通信控制器根据所述释放资源请求控制所述发起终端节点和所述目的终端节点释放网络资源，中断链路，完成通信。
一种中继通信方法，所述中继通信方法应用所述D2D通信控制器，所述中继通信方法包括如下步骤：
终端节点向D2D通信控制器发出通信建立申请；
所述D2D通信控制器根据所述通信建立申请获取D2D会话信息，根据所述D2D会话信息，判断是否需要采用中继通信方式，若是，则根据所述D2D会话信息确定中继节点；并向所述中继节点发送通信申请，使所述终端节点和所述中继节点建立网络连接；
所述终端节点利用所述网络连接通过中继节点从网络服务中获取所需信息，并将其获取的用户数据上传至网络服务；
网络服务结束后，所述终端节点向所述中继节点发送释放申请；
所述中继节点将所述释放申请转发给所述D2D通信控制器；
所述D2D通信控制器控制所述中继节点和所述终端节点中断链路，完成通信。
一种簇通信方法，所述簇通信方法应用所述D2D通信控制器，所述簇通信方法包括如下步骤：
确定簇头；
所述簇头向D2D通信控制器发送建簇申请；
所述D2D通信控制器根据所述建簇申请建立簇；
所述簇头通过广播的方式向簇内的所有成员发送信息，簇内的成员之间通过建立握手连接的方式实现簇内节点之间的通信；
当建立的簇需要释放时，所述簇头向所述D2D通信控制器发送释放申请；
所述D2D通信控制器根据所述释放申请，释放所述簇，通信完成。
可选的，所述D2D通信控制器根据所述建簇申请建立簇，具体包括：
所述D2D通信控制器根据所述建簇申请确定设定范围内的终端节点，并向所述设定范围内的终端节点发送加入簇的消息；
所述设定范围内的终端节点收到所述加入簇的消息后，向所述D2D通信控制器发送加入回复；
所述D2D通信控制器收到所述加入回复后，所述设定范围内的终端节点的信息发送给所述主簇头，所述主簇头和所述设定范围内的终端节点握手，建立簇。
可选的，所述D2D通信控制器收到所述加入回复后，所述设定范围内的终端节点的信息发送给所述主簇头，所述主簇头和所述设定范围内的终端节点握手，建立簇之后，还包括：
所述D2D通信控制器还检测是否有新节点加入簇；
在检测到有新节点加入簇时，向所述新节点发送加入簇的消息；
所述新节点收到所述加入簇的消息后，向所述D2D通信控制器发送加入回复；
所述D2D通信控制器收到所述加入回复后，将所述新节点的信息发送给所述主簇头，所述主簇头和所述新节点握手，所述新节点加入簇。
一种基于D2D通信的SDN网络架构，所述SDN网络架构包括：控制层、核心层和接入层；
D2D通信中的D2D通信控制器和SDN通信中的SDN控制器均设置于所述控制层中；所述控制层分别与所述核心层和所述接入层连接，所述控制层用于查询并存储所述核心层和所述接入层的网络状态、网络拓扑及网络服务信息，向所述核心层和所述接入层下发信道状态检测的指令、网络的资源调度指令及路由协议指令，并根据所述核心层和所述接入层提供的网络状态信息，制定网络管理策略；
用于通信的防火墙、路由器和网关均设置于所述核心层中；所述核心层与所述接入层连接，所述核心层用于检测过滤所述接入层上传的数据，并将所述数据传输至所述控制层，同时将所述控制层下发的指令传输至所述接入层；
用于通信的终端设备和基础设施设置于所述接入层中，所述接入层用于执行控制层下发的指令，进行通信信息自由交换，为终端用户提供通信服务。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种D2D通信控制器及其通信方法和SDN网络架构，该D2D通信控制器包括接口模块、核心控制模块、会话控制模块和信息存储模块；通过接口模块与终端设备连接，实现通信请求的获取和终端设备通信的控制，通过核心控制模块产生探测指令，通过会话控制模块获取2D会话信息，即获取信号发射功率信息、网络资源调度信息和路由选择信息，进而产生资源分配结果，根据资源分配结果对终端设备进行控制，实现通信。本发明提供的D2D通信控制器根据检测的信号发射功率信息、网络资源调度信息和路由选择信息制定资源分配结果，进而控制终端设备实现通信，能够在高效准确的控制D2D会话，减少网络中的干扰、提高网络资源调度的精度，进而提高用户通信质量的同时，为用户提供更多样化的网络服务。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于的一种D2D通信服务器核心的融合核心网络结构图；
图2为本发明基于的一种基于D2D的5G/IoT融合网络图；
图3为本发明提供的一种D2D通信控制器的结构框图；
图4为本发明提供的一种D2D通信控制器的接口模块的结构图；
图5为本发明提供的一种D2D通信控制器的会话控制模块的结构原理图；
图6为本发明提供的一种D2D通信控制器的信息存储模块的结构原理图；
图7为本发明提供的直接链路通信方法的一种具体实施方式的流程图；
图8为本发明提供的中继通信方法的一种具体实施方式的流程图；
图9为本发明提供的簇通信方法的一种具体实施方式的流程图；
图10为本发明提供的簇通信方法的另一种具体实施方式的流程图；
图11为本发明提供的一种基于D2D通信的SDN网络架构的结构原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。
本发明基于一种D2D通信服务器核心DSC(D2D server core)提出一种D2D通信控制器及其通信方法和SDN网络架构，所述D2D通信服务器核心主要负责新引入的分流D2D通信，其中由信道状态信息探测器CSID(Channel State Information Detector)、终端设备功率控制器DPC(Device Power Controller)和路由协议处理器RPP(RoutingProtocolProcessor)组成。该D2D通信服务器核心主要应用于未来网络的垂直与平行通信体系，将未来的融合网络分为上下2层，下层的接入网由5G扁平架构负责无线接入的宏/小基站蜂窝网和承载基于服务器终端直接通信的IP链路构成；上层网络云中的融合核心网则联接了LTE网络的演进分组核心102和D2D通信服务核心103，并通过资源调度核心101对二者进行统一的管理，3个核心之间通过分组数据网网关PDN GW(Packet DataNetwork Gateway)传输数据，PDN GW同时还负责连接融合核心网和Internet，如图1所示。资源调度核心101将虚拟的资源池作为服务提供给第三方，进而为基于5G资源池和Internet的应用提供程序接口。如图2所示，融合网络中的5G系统从结构上包含射频接入网及网络云中的演进的分组网核心EPC(EnvoledPacket Core)、通信服务核心DSC(D2D Server Core D2D)、资源调度器核心RDC(Resource dispatching core)3个核心，上下2层通过新型的光纤前传网交互信息，这些基站设施、通信链路和池化的网络资源协作实现对传统移动通信(蜂窝、网状网络Mesh、认知无线网络CRN，Cognitive Radio Network)的支持，与此同时，资源调度核心RDC将对传统通信与D2D以及特定场景中具体采用哪种D2D通信模式提供选择策略。基于Internet的子系统为DC-SC和DR-SC提供适合的IP链路和路由机制，保障终端与DSC间的数据传递。
如图3所示，本发明提供了一种D2D通信控制器，所述D2D通信控制器包括接口模块301、核心控制模块302、会话控制模块303和信息存储模块304；
所述接口模块301分别与所述核心控制模块302和终端通信设备连接，所述接口模块301用于接收终端设备的通信请求，并将所述通信请求发送给所述核心控制模块302；
所述核心控制模块302与所述会话控制模块303连接，所述核心控制模块302用于根据所述通信请求产生探测指令并将所述探测指令发送给所述会话控制模块303；
所述会话控制模块303用于根据所述探测指令获取D2D会话信息，并将所述D2D会话信息反馈给所述核心控制模块302；所述D2D会话信息包括信号发射功率信息、网络资源调度信息和路由选择信息。
所述核心控制模块302还与所述信息存储模块304连接，所述核心控制模块302还用于将所述D2D会话信息发送给所述信息存储模块304；
所述信息存储模块304用于对所述D2D会话信息进行存储；
所述核心控制模块302还用于根据所述D2D会话信息产生资源分配结果，并根据所述资源分配结果通过所述接口模块301控制终端设备实现通信。
如图4所示，所述接口模块301包括北向接口、西向接口、东向接口和南向接口，所述西向接口和所述东向接口用于与其他软件定义网络SDN(Software DefinedNetwork)控制器进行相互通信；所述南向接口用于与核心层进行通信；所述北向接口用于与D2D相关应用进行相互通信。
所述会话控制模块包括信道状态探测器、终端设备功率控制器、网络资源调度器和路由协议处理器；
所述信道探测器分别与所述终端设备功率控制器、所述网络资源调度器和所述路由协议处理器连接；所述信道探测器用于根据所述探测指令探测信道的状态信息，并将所述状态信息发送给所述终端设备功率控制器、所述网络资源调度器和所述路由协议处理器；
所述终端设备功率控制器与所述核心控制模块连接，所述终端设备功率控制器用于根据所述状态信息，产生终端设备的信号发射功率信息，并将所述信号发射功率信息输出给所述核心控制模块；
所述网络资源调度器与所述核心控制模块连接，所述网络资源调度器用于根据所述状态信息，产生网络资源调度信息，并将所述网络资源调度信息发送给所述核心控制模块；
所述路由协议处理器与所述核心控制模块连接，所述路由协议处理器用于根据所述状态信息产生路由选择信息，并将所述路由选择信息发送给所述核心控制模块。
具体的如图5所示，所述会话控制模块303包括信道状态信息探测器，终端设备功率控制器，网络资源调度器和路由协议处理器。其中，信道状态信息探测器负责探测接入层的信道状态信息，如路径损耗、阴影衰落；终端设备功率控制器用于控制终端设备的信号发射功率；网络资源调度器用于调度如中心频率，带宽及时隙等网络资源；路由协议处理器用于处理相关路由协议、选择最佳通信路径。
所述会话控制模块303负责D2D会话相关信息的探测，受核心控制模块302控制，当接收到探测指令后，会话控制模块303将会作出相应的操作，并将操作数据反馈给核心控制模块302，由其存入信息存储模块当中。同时，核心层可以通过南向接口请求核心控制模块302对会话控制模块303进行操作，操作结束后，由核心控制模块302从南向接口模块返回。
所述信息存储模块304包括全局视图数据库，所述全局视图数据库用于根据所述D2D会话信息更新并存储网络拓扑信息、网络状态信息、移动终端信息和网络服务信息。
具体的，如图6所示，所述信息存储模块304包括全局视图数据库，主要负责存储更新网络拓扑信息、网络状态信息、移动终端信息及网络服务信息；同时所述信息存储模块304中数据可由核心控制模块302读取并传递给接口模块至其他SDN控制器或其他层面。
本发明还提供了一种应用D2D通信控制器的直接链路通信方法，所述直接链路通信方法包括如下步骤：
发起终端节点向D2D通信控制器发起通信建立申请；
D2D通信控制器根据所述通信建立申请确定目的终端节点；并根据所述发起终端节点和所述目的终端节点确定网络资源分配结果；
所述发起终端节点和所述目的终端节点根据所述网络资源分配结果，建立网络连接，并根据所述网络连接进行信息交互；
信息交互完成后，所述发起终端节点和所述目的终端节点的任一节点向所述D2D通信控制器发送释放资源请求；
所述D2D通信控制器根据所述释放资源请求控制所述发起终端节点和所述目的终端节点释放网络资源，中断链路，完成通信。
具体的，如图7所示，为处于DC-CC(D2D Communication Controlled by D2DController，DC-CC)应用场景(D2D通信控制器控制的D2D通信)的信令及数据的传输流程。流程包括D2D通信的建立、信息交互和D2D通信释放的过程。具体步骤包括：
步骤601：想要建立D2D通信的终端节点1(发起终端节点)向D2D通信控制器发出通信建立申请，申请信息包括想要通信的终端节点2(目的终端节点)信息；
步骤602：D2D通信控制器接收到终端节点1的通信建立申请后，向终端节点2发出D2D通信建立申请，申请包括终端节点1的相关信息；
步骤603：终端节点2收到D2D通信控制器发送的通信建立申请后，同意并向D2D通信控制器发送申请结果；
步骤604：D2D通信控制器收到终端节点2的申请结果后将结果通知终端节点1；
步骤605：终端节点1申请网络资源以进行D2D通信；
步骤606：D2D通信控制器向两个终端节点发送资源分配结果；
步骤607：终端节点1和终端节点2进行握手连接；
步骤608：终端节点1和终端节点2在连接成功后进行信息交互；
步骤609：当终端节点1和终端节点2通信结束后，由一方终端节点(图3中为终端节点1)向D2D通信控制器发起D2D通信释放申请；
步骤6010：D2D通信控制器向另一方终端节点(图3中为终端节点2)发送D2D通信释放通知；
步骤6011：终端节点2接收到D2D通信控制器的D2D通信释放通知后释放资源，释放完成后发送完成信息；
步骤6012：D2D通信控制器收到终端节点2的释放完成信息后回复终端节点1的D2D通信释放申请，链路中断，整个D2D通信过程结束。
本发明还提供了一种应用D2D通信控制器的中继通信方法，所述中继通信方法包括如下步骤：
终端节点向D2D通信控制器发出通信建立申请；
所述D2D通信控制器根据所述通信建立申请获取D2D会话信息，根据所述D2D会话信息，判断是否需要采用中继通信方式，若是，则根据所述D2D会话信息确定中继节点；并向所述中继节点发送通信申请，使所述终端节点和所述中继节点建立网络连接；
所述终端节点利用所述网络连接通过中继节点从网络服务中获取所需信息，并将其获取的用户数据上传至网络服务；
网络服务结束后，所述终端节点向所述中继节点发送释放申请；
所述中继节点将所述释放申请转发给所述D2D通信控制器；
所述D2D通信控制器控制所述中继节点和所述终端节点中断链路，完成通信。
具体的，如图8所示，为处于DR-CC(D2D Relaying Controlled by D2DController,DR-CC)应用场景(D2D通信控制器控制的D2D中继通信)的信令及数据的传输流程。流程包括D2D通信的建立(此种情况下的D2D通信指中继和用户之间的通信链路)、信息交互和D2D通信释放的过程。主要应用于在用户通信质量不佳的情况下，D2D通信控制器选择一个中继节点辅助信息传递，用来改善部分用户的服务体验。具体步骤包括：
步骤701：终端节点向D2D通信控制器出通信建立申请；
步骤702：D2D通信控制器经审查后同意终端节点接收网络服务，并向终端节点发送申请回复；
步骤703：通信过程中，D2D通信控制器发现该通信质量不佳，向终端节点发送申请，请求使用中继通信的方式继续提供网络服务；
步骤704：终端节点收到使用中继通信申请，同意并返回意见；
步骤705：D2D通信控制器收到终端节点回复后，寻找合适的节点作为中继节点，并向其发送中继通信申请，其中包括终端节点信息；
步骤706：中继节点收到并同意后，向D2D通信控制器发送申请回复信息；
步骤707：D2D通信控制器收到中继节点回复的信息后，向终端用户通知中继节点的相关信息；
步骤708：终端节点和中继节点进行握手连接；
步骤709：当终端节点与中继节点连接成功后，中继节点会通知D2D通信控制器；
步骤7010：D2D通信控制器将网络服务所需信息传递给中继节点，由中继节点通过D2D链路(可以是LTE网络，也可以是Wi-Fi等使用在非授权频段内的通信技术)传递给终端用户，当终端用户有数据需要上传核心网时，也通过中继节点上传；
步骤7011：当网络服务结束后，由终端节点向中继节点发送D2D连接释放申请，由中继节点转发至D2D通信控制器；
步骤7012：D2D通信控制器收到D2D连接释放申请将回复发送给中继节点，中继节点将信息传递给终端节点，链路中断，整个通信过程结束。
本发明还提供了一种应用D2D通信控制器的簇通信方法，所述簇通信方法包括如下步骤：
确定簇头；
所述簇头向D2D通信控制器发送建簇申请；
所述D2D通信控制器根据所述建簇申请建立簇；
所述簇头通过广播的方式向簇内的所有成员发送信息，簇内的成员之间通过建立握手连接的方式实现簇内节点之间的通信；
当建立的簇需要释放时，所述簇头向所述D2D通信控制器发送释放申请；
所述D2D通信控制器根据所述释放申请，释放所述簇，通信完成。
所述D2D通信控制器根据所述建簇申请建立簇，具体包括：
所述D2D通信控制器根据所述建簇申请确定设定范围内的终端节点，并向所述设定范围内的终端节点发送加入簇的消息；
所述设定范围内的终端节点收到所述加入簇的消息后，向所述D2D通信控制器发送加入回复；
所述D2D通信控制器收到所述加入回复后，所述设定范围内的终端节点的信息发送给所述主簇头，所述主簇头和所述设定范围内的终端节点握手，建立簇。
所述D2D通信控制器收到所述加入回复后，所述设定范围内的终端节点的信息发送给所述主簇头，所述主簇头和所述设定范围内的终端节点握手，建立簇之后，还包括：
所述D2D通信控制器还检测是否有新节点加入簇；
在检测到有新节点加入簇时，向所述新节点发送加入簇的消息；
所述新节点收到所述加入簇的消息后，向所述D2D通信控制器发送加入回复；
所述D2D通信控制器收到所述加入回复后，将所述新节点的信息发送给所述主簇头，所述主簇头和所述新节点握手，所述新节点加入簇。
具体的，如图9所示，为处于DCl-CC(D2D Cluster Communication ControlledbyOperator,DCl-OC)应用场景(运营商控制的D2D簇通信)中，公共安全情况下信令及数据的传输流程。流程包括D2D簇的建立、新终端节点的加入、信息交互和D2D簇释放的过程。主要应用于公共安全的情况下，由公共安全单位组织建立的D2D簇，由D2D通信控制器来通知新进入到特定环境的终端节点加入D2D簇中，用来辅助保证用户的人身安全、接收必要的安全信息。具体步骤包括：
步骤801：相关公共安全单位选定簇头，向D2D通信控制器发出D2D簇组建申请，其中包括地域范围及发送数据内容等相关信息；
步骤802：D2D通信控制器核实信息同意簇头节点组建D2D簇后，向簇头节点发送申请回复；
步骤803：当D2D通信控制器发现设定范围中有新进入的节点，将会向其发送加入D2D簇的通知消息；
步骤804：终端节点收到D2D簇的加入D2D簇的通知消息后，向D2D通信控制器发送加入回复；
步骤805：D2D通信控制器确定终端节点加入后，将终端节点的相关信息发送给簇头节点；
步骤806：簇头节点和终端节点进行握手连接；
步骤807：当簇头节点和终端节点连接成功后，簇头节点会将连接成功的消息通知D2D通信控制器，同时向簇内其他终端节点广播有新节点加入到D2D簇中；
步骤808：簇内其他节点如果有需要，将会和新加入簇的终端节点进行握手连接；
步骤809：D2D通信控制器将会把必要的公共安全信息实时的传递给簇头节点，簇头节点会将信息转发给簇内成员，同时，握手连接成功的簇内成员之间也可以进行D2D通信；簇内成员的通信可以通过LTE网络进行，也可以通过Wi-Fi等使用在未授权频段内的无线通信技术进行；
步骤8010：当出现簇的更新调整或其他情况导致簇需要释放时，簇头将向D2D通信控制器发送D2D簇连接释放申请；
步骤8011：D2D通信控制器经过信息核实同意该D2D簇释放后，将对簇头发送的申请进行回复；
步骤8012：簇头接收到D2D通信控制器簇释放回复后，将会向簇内所有成员广播释放通知，该D2D簇释放，整个通信过程结束。
如图10所示，为处于DCl-CC(D2D Cluster Communication ControlledbyOperator,DCl-OC)应用场景(运营商控制的D2D簇通信)中，社交网络情况下信令及数据的传输流程。流程包括D2D簇的建立、新终端节点的加入、信息交互和D2D簇释放的过程。主要应用于社交网络的情况下，由商户或者个人组织建立的D2D簇，通过广播的方式来通知新进入到特定环境的终端节点加入D2D簇中，以便商户或个人的宣传和信息交互。具体步骤包括：
步骤901：商户或个人向D2D通信控制器提出申请组建D2D簇；
步骤902：D2D通信控制器经过审核同意后，向商户或者个人选定的簇头发送D2D簇的组建申请回复；
步骤903：簇头节点可以组建D2D簇后，通过广播的方式在可接收信息范围内发送D2D簇信息，吸引终端节点的加入；
步骤904：当有感兴趣的终端节点想要加入D2D簇时，将会向簇头发送加入申请；
步骤905：簇头同意终端节点加入后，会向指定申请的终端发送申请回复；
步骤906：簇头节点和终端节点进行握手连接；
步骤907：当簇头节点和终端节点连接成功后，簇头节点向簇内其他终端节点广播有新节点加入到D2D簇中；
步骤908：簇内其他节点如果有需要，将会和新加入簇的终端节点进行握手连接；
步骤909：簇头节点会将商品或其他信息以广播形式发送给簇内成员，同时，握手连接成功的簇内成员之间也可以进行D2D通信；簇内成员的通信可以是通过LTE网络进行，也可以是通过Wi-Fi等使用在未授权频段内的无线通信技术进行；
步骤9010：当某个终端节点想要离开当前D2D簇时，将会向簇头节点发送离开D2D簇的申请信息；
步骤9011：簇头接收到离开申请后会立即同意该申请并发送申请回复，至此，设备终端离开当前D2D簇；
步骤9012：当出现簇的更新调整或其他情况导致簇需要释放时，簇头将向D2D通信控制器发送D2D簇连接释放申请；
步骤9013：D2D通信控制器经过信息核实同意该D2D簇释放后，将对簇头发送的申请进行回复；
步骤9014：簇头接收到D2D通信控制器簇释放回复后，将会向簇内所有成员广播释放通知，该D2D簇释放，整个通信过程结束。
本发明还提供一种基于D2D通信的SDN网络架构，所述网络架构包括：控制层、核心层和接入层；
D2D通信中的D2D通信控制器和SDN通信中的SDN控制器均设置于所述控制层中；所述控制层分别与所述核心层和所述接入层连接，所述控制层用于查询并存储所述核心层和所述接入层的网络状态、网络拓扑及网络服务信息，向所述核心层和所述接入层下发信道状态检测的指令、网络的资源调度指令及路由协议指令，并根据所述核心层和所述接入层提供的网络状态信息，制定网络管理策略；
用于通信的防火墙、路由器和网关均设置于所述核心层中；所述核心层与所述接入层连接，所述核心层用于检测过滤所述接入层上传的数据，并将所述数据传输至所述控制层，同时将所述控制层下发的指令传输至所述接入层；
用于通信的终端设备和基础设施设置于所述接入层中，所述接入层用于执行控制层下发的指令，进行通信信息自由交换，为终端用户提供通信服务。
具体的，如图11所示，在基于D2D通信的SDN网络架构中，全网被统一划分为控制层，核心层和接入层。其中，控制层由D2D通信控制器和其他SDN控制器组成，用于网络状态、网络拓扑及网络服务信息的存储查询、信道状态的检测指令下发、网络的资源调度及路由协议的处理等，并根据下层提供的网络状态信息，制定相关管理策略；核心层由防火墙，路由器和网关组成，用于检测过滤基础设施上传的数据，并将其传输至控制层，同时也会传输控制层下发的检测指令至接入层；接入层由终端设备和通信基础设施组成，用于进行数据的自由交换、执行控制层指令、为终端用户提供可靠的通信服务等。通过采用扁平化和SDN的数控分离思想，在所提网络架构中实现了高效的信息传输管控，提高了网络频谱利用率，增加了网络可接入终端数量。
本发明提供的D2D通信控制器根据检测的信号发射功率信息、网络资源调度信息和路由选择信息制定资源分配结果，进而控制终端设备实现通信，能够在高效准确的控制D2D会话，减少网络中的干扰、提高网络资源调度的精度，进而提高用户通信质量的同时，为用户提供更多样化的网络服务。即本发明的D2D通信控制器一方面分担接入网中基站等基础设施的压力，另一方面可以在实现高效准确的控制D2D会话，减少网络中的干扰，精准调度网络资源，提高用户通信质量等作用的同时，为用户提供更多样化的网络服务。
本发明还针对不同场景下的D2D通信应有更为细致化的通信模式分类和数据流流向策略，避免了网络资源和成本的浪费，使用户享受到高质量的新型通信服务。
本发明提供的网络架构，通过采用扁平化和SDN的数控分离思想，在所提网络架构中实现了高效的信息传输管控，提高了网络频谱利用率，增加了网络可接入终端数量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种D2D通信控制器，其特征在于，所述D2D通信控制器包括接口模块、核心控制模块、会话控制模块和信息存储模块；
所述接口模块分别与所述核心控制模块和终端通信设备连接，所述接口模块用于接收终端设备的通信请求，并将所述通信请求发送给所述核心控制模块；
所述核心控制模块与所述会话控制模块连接，所述核心控制模块用于根据所述通信请求产生探测指令并将所述探测指令发送给所述会话控制模块；
所述会话控制模块用于根据所述探测指令获取D2D会话信息，并将所述D2D会话信息反馈给所述核心控制模块；所述D2D会话信息包括信号发射功率信息、网络资源调度信息和路由选择信息；
所述核心控制模块还与所述信息存储模块连接，所述核心控制模块还用于将所述D2D会话信息发送给所述信息存储模块；
所述信息存储模块用于对所述D2D会话信息进行存储；
所述核心控制模块还用于根据所述D2D会话信息产生资源分配结果，并根据所述资源分配结果通过所述接口模块控制终端设备实现通信。
2.根据权利要求1所述的一种D2D通信控制器，其特征在于，所述会话控制模块包括信道状态探测器、终端设备功率控制器、网络资源调度器和路由协议处理器；
所述信道探测器分别与所述终端设备功率控制器、所述网络资源调度器和所述路由协议处理器连接；所述信道探测器用于根据所述探测指令探测信道的状态信息，并将所述状态信息发送给所述终端设备功率控制器、所述网络资源调度器和所述路由协议处理器；
所述终端设备功率控制器与所述核心控制模块连接，所述终端设备功率控制器用于根据所述状态信息，产生终端设备的信号发射功率信息，并将所述信号发射功率信息输出给所述核心控制模块；
所述网络资源调度器与所述核心控制模块连接，所述网络资源调度器用于根据所述状态信息，产生网络资源调度信息，并将所述网络资源调度信息发送给所述核心控制模块；
所述路由协议处理器与所述核心控制模块连接，所述路由协议处理器用于根据所述状态信息产生路由选择信息，并将所述路由选择信息发送给所述核心控制模块。
3.根据权利要求1所述的一种D2D通信控制器，其特征在于，所述信息存储模块包括全局视图数据库，所述全局视图数据库用于根据所述D2D会话信息更新并存储网络拓扑信息、网络状态信息、移动终端信息和网络服务信息。
4.一种直接链路通信方法，其特征在于，所述直接链路通信方法应用权利要求1-3任意一项所述的D2D通信控制器，所述直接链路通信方法包括如下步骤：
发起终端节点向D2D通信控制器发起通信建立申请；
D2D通信控制器根据所述通信建立申请确定目的终端节点；并根据所述发起终端节点和所述目的终端节点确定网络资源分配结果；
所述发起终端节点和所述目的终端节点根据所述网络资源分配结果，建立网络连接，并根据所述网络连接进行信息交互；
信息交互完成后，所述发起终端节点和所述目的终端节点的任一节点向所述D2D通信控制器发送释放资源请求；
所述D2D通信控制器根据所述释放资源请求控制所述发起终端节点和所述目的终端节点释放网络资源，中断链路，完成通信。
5.一种中继通信方法，其特征在于，所述中继通信方法应用权利要求1-3任意一项所述的D2D通信控制器，所述中继通信方法包括如下步骤：
终端节点向D2D通信控制器发出通信建立申请；
所述D2D通信控制器根据所述通信建立申请获取D2D会话信息，根据所述D2D会话信息，判断是否需要采用中继通信方式，若是，则根据所述D2D会话信息确定中继节点；并向所述中继节点发送通信申请，使所述终端节点和所述中继节点建立网络连接；
所述终端节点利用所述网络连接通过中继节点从网络服务中获取所需信息，并将其获取的用户数据上传至网络服务；
网络服务结束后，所述终端节点向所述中继节点发送释放申请；
所述中继节点将所述释放申请转发给所述D2D通信控制器；
所述D2D通信控制器控制所述中继节点和所述终端节点中断链路，完成通信。
6.一种簇通信方法，其特征在于，所述簇通信方法应用权利要求1-3任意一项所述的D2D通信控制器，所述簇通信方法包括如下步骤：
确定簇头；
所述簇头向D2D通信控制器发送建簇申请；
所述D2D通信控制器根据所述建簇申请建立簇；
所述簇头通过广播的方式向簇内的所有成员发送信息，簇内的成员之间通过建立握手连接的方式实现簇内节点之间的通信；
当建立的簇需要释放时，所述簇头向所述D2D通信控制器发送释放申请；
所述D2D通信控制器根据所述释放申请，释放所述簇，通信完成。
7.根据权利要求6所述的一种簇通信方法，其特征在于，所述D2D通信控制器根据所述建簇申请建立簇，具体包括：
所述D2D通信控制器根据所述建簇申请确定设定范围内的终端节点，并向所述设定范围内的终端节点发送加入簇的消息；
所述设定范围内的终端节点收到所述加入簇的消息后，向所述D2D通信控制器发送加入回复；
所述D2D通信控制器收到所述加入回复后，所述设定范围内的终端节点的信息发送给所述主簇头，所述主簇头和所述设定范围内的终端节点握手，建立簇。
8.根据权利要求7所述的一种簇通信方法，其特征在于，所述D2D通信控制器收到所述加入回复后，所述设定范围内的终端节点的信息发送给所述主簇头，所述主簇头和所述设定范围内的终端节点握手，建立簇之后，还包括：
所述D2D通信控制器还检测是否有新节点加入簇；
在检测到有新节点加入簇时，向所述新节点发送加入簇的消息；
所述新节点收到所述加入簇的消息后，向所述D2D通信控制器发送加入回复；
所述D2D通信控制器收到所述加入回复后，将所述新节点的信息发送给所述主簇头，所述主簇头和所述新节点握手，所述新节点加入簇。
9.一种基于D2D通信的SDN网络架构，其特征在于，所述SDN网络架构包括：控制层、核心层和接入层；
D2D通信中的D2D通信控制器和SDN通信中的SDN控制器均设置于所述控制层中；所述控制层分别与所述核心层和所述接入层连接，所述控制层用于查询并存储所述核心层和所述接入层的网络状态、网络拓扑及网络服务信息，向所述核心层和所述接入层下发信道状态检测的指令、网络的资源调度指令及路由协议指令，并根据所述核心层和所述接入层提供的网络状态信息，制定网络管理策略；
用于通信的防火墙、路由器和网关均设置于所述核心层中；所述核心层与所述接入层连接，所述核心层用于检测过滤所述接入层上传的数据，并将所述数据传输至所述控制层，同时将所述控制层下发的指令传输至所述接入层；
用于通信的终端设备和基础设施设置于所述接入层中，所述接入层用于执行控制层下发的指令，进行通信信息自由交换，为终端用户提供通信服务。
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