CN108777845A - 一种蜂窝网中用于多播簇的低基站负载低能耗多播方法 - Google Patents

Abstract

一种蜂窝网中用于多播簇的低基站负载低能耗多播方法，对于需要从基站多播发送给多播簇内所接收节点的每一个数据包，首先由基站反复向簇内节点多播发送该数据包直到至少有一个节点接收到该数据包，然后对每个接收到该数据包的节点分别计算出它以不同发送功率转发该数据包时的总能耗期望值，接着挑出具有最小总能耗期望值的节点和发送功率组合来作为中继节点和它的发送功率，最后由中继节点以所确定的发送功率来反复发送该数据包直到所有其它节点正确接收到该包。本发明有效降低基站负载的同时使多播簇内所有节点的总能耗达到较低值，达到节能的效果。

Description

一种蜂窝网中用于多播簇的低基站负载低能耗多播方法

技术领域

本发明涉及一种蜂窝网中用于多播簇的低基站负载低能耗多播方法，该方法适用于无线蜂窝网中多播接收节点位于一个小区域时从基站到接收节点的数据多播。

背景技术

随着通信技术的进步，移动无线网络的用户规模急剧增加，这导致了无线蜂窝网中数据流量的急剧增加，对蜂窝网中的基站造成了巨大的压力。

在无线蜂窝网络中，经常有一些用户请求相同的数据，比如最新的信息发布和文件分发，因此组播流量占总流量的很大一部分。在无线蜂窝网络的可靠多播方案中，基站重复发送相同的数据包，直到它被所有接收者接收，导致基站承担较大的组播业务负载和节点端大量的接收能耗。

作为下一代移动通信中一种能有效减轻基站负载的技术，无线蜂窝网中的设备到设备通信(简称为D2D通信)在近几年受到了科研界和产业界的极大重视。因此设计基于D2D通信的多播方法具有非常重要的意义。从多播用户的物理位置分布该角度，多播场景可分为以下两类：(1)从BS多播数据到散布在整个蜂窝小区的用户；(2)从BS多播数据到某个小区域(如一幢办公楼)内多个用户，这些用户两两邻近，称这些两两邻近、可以相互进行D2D通信的多播用户组成一个D2D多播簇。

目前已有的用于D2D多播簇的多播方法没有考虑到节点的能耗问题，而能耗是无线网络中需要考虑到的一个非常重要的性能指标。没有考虑到节点能耗的多播方法将导致相对较高的节点端能耗。

发明内容

为了克服现有的用于D2D多播簇的多播方法会导致较高的节点端能耗问题，本发明提出了一种蜂窝网中用于多播簇的低基站负载低能耗多播方法，该方法对于基站发送每一个多播数据包，联合优化D2D多播簇内中继节点的动态选取以及发送功率的选取，使得有效降低基站负载的同时使D2D多播簇内所有节点的总能耗达到较低值，达到节能的效果。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下的技术方案：

一种蜂窝网中用于多播簇的低基站负载低能耗多播方法，该方法包括以下步骤：

1)对于基站当前需要多播发送的数据包，基站向由N个两两邻近的接收节点组成的多播簇内的所有节点重复多播发送该包，直到至少有一个节点正确接收到该包才停止发送；称在基站停止发送该包时已经正确接收到该包的节点为ACK节点，称其它节点为NACK节点；将集合F赋值为所有ACK节点的序号集合，集合S赋值为所有NACK节点的序号集合；

2)表示ACK节点i作为中继节点以第k档功率来给所有NACK节点发送数据包时的平均发送次数，k∈{1,2,...,K}，K是节点可用的发送功率档数；对于每对i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用以下公式(1)计算出

其中，是当ACK节点i用第k档功率发送数据包时NACK节点j的包接收率；

3)对于每对i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用以下公式(2)计算当ACK节点i作为中继节点以第k档功率发送数据包时所有NACK节点的期望接收总能耗

其中，e_rx是节点接收一次数据包的能耗；

4)对于每对i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用以下公式(3)计算ACK节点i作为中继节点以第k档功率给NACK节点们发送数据包时中继节点和所有NACK节点消耗的总能耗：

其中，是节点以第k档功率发送一次数据包的能耗；

5)在所有i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值中，挑选出具有最小值

的节点i和发送功率档k作为中继节点和它的发送功率；

6)中继节点i以上一步所确定的发送功率来反复发送该数据包直到所有NACK节点正确接收到该包，然后返回步骤1)去多播发送下一个数据包，直到完成所有数据包的多播发送为止。

本发明的技术特点及效果：本发明对于基站发送每一个多播数据包，联合优化D2D多播簇内中继节点的选取以及中继节点发送功率的选取，使得有效降低基站负载的同时使D2D多播簇内所有节点的总能耗达到较低值，达到节能的效果。

附图说明

图1是蜂窝网中基于设备到设备通信的多播示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1，一种蜂窝网中用于多播簇的低基站负载低能耗多播方法，该方法包括以下步骤：

1)对于基站当前需要多播发送的数据包，基站向由N个两两邻近的接收节点组成的多播簇内的所有节点重复多播发送该包，直到至少有一个节点正确接收到该包才停止发送；称在基站停止发送该包时已经正确接收到该包的节点为ACK节点，称其它节点为NACK节点；将集合F赋值为所有ACK节点的序号集合，集合S赋值为所有NACK节点的序号集合；

2)表示ACK节点i作为中继节点以第k档功率来给所有NACK节点发送数据包时的平均发送次数，k∈{1,2,...,K}，K是节点可用的发送功率档数；对于每对i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用以下公式(1)计算出

其中，是当ACK节点i用第k档功率发送数据包时NACK节点j的包接收率；

3)对于每对i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用以下公式(2)计算当ACK节点i作为中继节点以第k档功率发送数据包时所有NACK节点的期望接收总能耗

其中，e_rx是节点接收一次数据包的能耗；

4)对于每对i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用以下公式(3)计算ACK节点i作为中继节点以第k档功率给NACK节点们发送数据包时中继节点和所有NACK节点消耗的总能耗：

其中，是节点以第k档功率发送一次数据包的能耗；

5)在所有i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值中，挑选出具有最小值

的节点i和发送功率档k作为中继节点和它的发送功率；

6)中继节点i以上一步所确定的发送功率来反复发送该数据包直到所有NACK节点正确接收到该包，然后返回步骤1)去多播发送下一个数据包，直到完成所有数据包的多播发送为止。

本发明中，针对N个节点组成的多播簇，已知蜂窝下行链路包接收率、节点间在不同发送功率档下的包接收率、节点以第k档发送功率发送一个数据包所需要的发送能耗节点接收一个数据包所需要的能耗e_rx，说明本发明的具体实施方案。

对于每一个需要从基站多播发送给所有节点的数据包，包含以下4个步骤：

首先，基站先向簇内所有节点广播一次该数据包，此时如果多播簇内没有任何一个节点正确接收到该包，则基站重复发送该包直到至少有一个节点正确接收到该包。我们称在基站停止发送该包时已经正确接收到该包的节点为ACK节点，称其它节点为NACK节点；将集合F赋值为所有ACK节点的序号集合，集合S赋值为所有NACK节点的序号集合。

然后，对于每对i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用公式(1)计算出ACK节点i作为中继节点以第k档功率来给所有NACK节点发送数据包时的平均发送次数

接着，对于每对i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用公式(2)计算当ACK节点i作为中继节点以第k档功率发送数据包时所有NACK节点的期望接收总能耗

最后，在所有i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值中,挑出具有最小值的节点i和发送功率档k来作为中继节点和它的发送功率。中继节点i以上一步所确定的发送功率来反复发送该数据包直到所有NACK节点正确接收到该包。

Claims (1)

1.一种蜂窝网中用于多播簇的低基站负载低能耗多播方法，其特征在于：所述的蜂窝网中用于多播簇的低基站负载低能耗多播方法包括以下步骤：

1)对于基站当前需要多播发送的数据包，基站向由N个两两邻近的接收节点组成的多播簇内的所有节点重复多播发送该包，直到至少有一个节点正确接收到该包才停止发送；称在基站停止发送该包时已经正确接收到该包的节点为ACK节点，称其它节点为NACK节点；将集合F赋值为所有ACK节点的序号集合，集合S赋值为所有NACK节点的序号集合；

2)表示ACK节点i作为中继节点以第k档功率来给所有NACK节点发送数据包时的平均发送次数，k∈{1,2,...,K}，K是节点可用的发送功率档数；对于每对i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用以下公式(1)计算出

其中，是当ACK节点i用第k档功率发送数据包时NACK节点j的包接收率；

3)对于每对i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用以下公式(2)计算当ACK节点i作为中继节点以第k档功率发送数据包时所有NACK节点的期望接收总能耗

其中，e_rx是节点接收一次数据包的能耗；

4)对于每对i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用以下公式(3)计算ACK节点i作为中继节点以第k档功率给NACK节点们发送数据包时中继节点和所有NACK节点消耗的总能耗：

其中，是节点以第k档功率发送一次数据包的能耗；

5)在所有i∈F和k∈{1,2,...,K}的联合取值中，挑选出具有最小值的节点i和发送功率档k作为中继节点和它的发送功率；

6)中继节点i以上一步所确定的发送功率来反复发送该数据包直到所有NACK节点正确接收到该包，然后返回步骤1)去多播发送下一个数据包，直到完成所有数据包的多播发送为止。