CN110381563B - 一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法 - Google Patents

一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及通信网络技术、智慧城市服务支撑领域，公开一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法，包括以下步骤：初始化后，通过探知通信环境与网络信息获得探知信息；所述探知信息包括端到端的探知距离、可供作为接力转发站的自组织用户列表、根据载波频段分类法则划分的载波频段和载波频段的信道质量，然后依照探知信息和通信协议优选权作出反应策略。本发明规定了在给定所探知的网络与通信环境信息的前提下，如何从规定的七种反应策略中选择出一种来执行,并规定了给载波频段分类法则，提出了选择载波频段直接传输或接力转发的方法，能够解决自组织网络中通信范围有限、同频干扰严重以及通信资源难以整合这三大问题。

Description

一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法
技术领域
本发明涉及通信网络技术、智慧城市服务支撑技术领域，更具体地，涉及一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法。
背景技术
下一代无线通信网络（即5G移动通信网络）中的技术服务指标相比于当前的4G网络将会有显著提升。尤其是吞吐量，为了适应新型用户需求，如高清视频、虚拟现实（VR）数据业务传输等，需要计以十倍地提高。故此，传统蜂窝小区基站的业务量大增，从而导致了传统上以基站为核心的蜂窝通信网络难以为继。为解决海量数据以及海量用户的通信需求，自组织网络应运而生。
自组织网络的优点是不用通过基站协调分配频谱与设备资源，而是利用收发端设备通过自组织协议进行点到点互联来建立链路，并传输信号。自组织网络不依赖基站作为通信中心，而是采用一种新式的分布式网络架构。通过自组织网络的实施，可以大大降低基站的工作负担，同时提升频谱、能源效率。自组织网络与传统基站构成的蜂窝小区网络构成互补，能够提升整体的用户体验与通信服务质量，提升通信频谱与设备资源的利用率。另一方面，自组织网络亦有其弊端与适用范围。首先自组织网络一般不经过基站协调，占用的是非注册的频谱资源，且不同的收发端组之间缺乏有效的沟通与协调，容易造成不同收发端组占用相同频谱资源，产生同频干扰的问题，当自组织网络采用与蜂窝通信相同频率时，如不采取有效防止措施，这种干扰甚至有时候会对传统的蜂窝通信产生不利影响，破坏蜂窝通信的优先通信权限。因此，自组织网络更适用于小范围内的局域通信，这限制了其通信范围。其次，自组织网络中频谱与设备资源原子化，如何通过有效设定相关协议、算法将其通过分布式的方法组织起来，进一步提升网络整体的运行效率，成为一个技术难点，也是自组织网络能否在实际通信中的关键所在。
发明内容
本发明针对在包括蜂窝网络和自组织网络的上行通信中，自组织用户发送端与自组织用户接收端或蜂窝用户接收端建立通信连接面临的通信资源分配问题，提出一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法，能够解决自组织网络中通信范围有限、同频干扰严重以及通信资源难以整合这三大问题。
为达到上述目的，提出一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法，包括以下步骤：
初始化后，通过探知通信环境与网络信息获得探知信息；所述探知信息包括端到端的探知距离、可供作为接力转发站的自组织用户列表、根据载波频段分类法则划分的载波频段和载波频段的信道质量，然后依照探知信息和通信协议优选权作出反应策略；
所述反应策略包括：
反应策略A：占用某个未被任何用户占用的载波频段，通过一个优选的接力转发站转发需要传输的信号给接收端；
反应策略B：占用某个只被自组织用户占用的载波频段，且预计同频干扰可以被控制在一定范围内，通过一个优选的接力转发站转发需要传输的信号给接收端；
反应策略C：占用某个只被蜂窝用户占用的载波频段，且预计同频干扰可以被控制在一定范围内，通过一个优选的接力转发站转发需要传输的信号给接收端；
反应策略D：占用某个未被任何用户占用的载波频段，直接点对点发送需要传输的信号给接收端；
反应策略E：占用某个只被自组织用户占用的载波频段，且预计同频干扰可以被控制在一定范围内，直接点对点发送需要传输的信号给接收端；
反应策略F：占用某个只被蜂窝用户占用的载波频段，且预计同频干扰可以被控制在一定范围内，直接点对点发送需要传输的信号给接收端；
反应策略G：放弃发送，保持缄默一段给定时间，然后再次探知通信环境与网络信息。
特别的，所述根据载波频段分类法则划分的载波频段包括未被任何用户占用的载波频段、只被自组织用户占用的载波频段、只被蜂窝用户占用的载波频段、既被自组织用户占用又被蜂窝用户占用的载波频段。
特别的，所述通信协议优选权为依次按照未被任何用户占用的载波频段集、只被自组织用户占用的载波频段、只被蜂窝用户占用的载波频段的优先级进行占用，对于既被自组织用户占用又被蜂窝用户占用的载波频段不进行占用。
特别的，所述依照探知信息和通信协议优选权作出反应策略，具体通过以下决策过程得出：
令
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
表示发送端与接收端的探知距离，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
表示通过大量工程实践经验设定的临界距离阈值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
是可供作为接力转发站的自组织用户列表；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
个载波频段所构成的集合为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
，并设既未被蜂窝用户占用，又未被自组织用户占用的载波频段集为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
；设虽未被蜂窝用户占用，但被自组织用户占用的载波频段集为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
；设虽被蜂窝用户占用，但未被自组织用户占用的载波频段集为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
；设既被蜂窝用户占用，又被自组织用户占用的载波频段集为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
；
（1）若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
，则发送端作出反应策略G；
（2）若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
，对
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
依照
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
的优先顺序对载波频段进行分配；并采用直接传输方式挑选准则挑选出载波频段和发送端作出的反应策略：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
,
其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
号载波频段的端到端的信道增益；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
为
Figure 870595DEST_PATH_IMAGE018
号载波频段由传送端到被干扰接收端的信道增益；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
为发送端发送功率；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
为同频干扰阈值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
为同频干扰；若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
，则认为同频干扰能被控制在一定范围内，该载波频段能被复用，反之认为同频干扰，该载波频段不能被复用；经过上述挑选后，若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
，则回到反应策略G；若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
，则发送端作出反应策略D；若
Figure 758786DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE027
，则发送端作出反应策略E；若
Figure 264853DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE028
，则发送端作出反应策略F；
（3）若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE029
, 对
Figure 543388DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 160314DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 247219DEST_PATH_IMAGE014
依照
Figure 48822DEST_PATH_IMAGE015
的优先顺序对载波频段进行分配；并采用接力转发方式挑选准则选出最优载波、接力转发节点组合和发送端作出的反应策略：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE030
,
其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE031
为
Figure 955598DEST_PATH_IMAGE018
号载波频段经
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE032
号接力转发节点转发后的端到端信道增益；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE033
为
Figure 704111DEST_PATH_IMAGE018
号载波频段经
Figure 911101DEST_PATH_IMAGE032
号接力转发节点转发后对被干扰接收端的最大信道增益，即发送端与接力转发节点到基站的信道增益两者取最大；
Figure 24551DEST_PATH_IMAGE021
为同频干扰阈值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE034
为同频干扰；若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE035
，则认为同频干扰能被控制在一定范围内，该载波频段能被复用，反之认为同频干扰，该载波频段不能被复用；经过上述挑选后，
Figure 277678DEST_PATH_IMAGE024
，则回到反应策略G；若
Figure 236406DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure 32324DEST_PATH_IMAGE026
，则发送端作出反应策略A；若
Figure 175729DEST_PATH_IMAGE025
，且
Figure 588256DEST_PATH_IMAGE027
，则发送端作出反应策略B；若
Figure 350676DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure 266679DEST_PATH_IMAGE028
，则发送端作出反应策略C；
（4）若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE036
,首先采用接力转发方式挑选准则：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE037
,并计算出
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE038
；
再采用直接传输方式挑选准则：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE039
,并计算出
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE040
；
然后比较
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE041
与
Figure 112144DEST_PATH_IMAGE040
的大小；若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE042
，则采用接力转发方式挑选准则选出最优载波、接力转发节点组合和发送端作出的反应策略；若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE043
，则采用直接传输方式挑选准则挑选出载波频段和发送端作出的反应策略。
特别的，所述探知通信环境与网络信息的方法为通过反馈信道与配套的通信环境测定模块探知信息。
特别的，所述获得端到端的探知距离的方法为通过端发送检测信号获得收发时间差与已知发送检测信号的传输速率计算而得。
特别的，所述获得可供作为接力转发站的自组织用户列表的方法为获取在端周边闲置的、愿意且能够担任接力转发任务的每一个自组织用户的设备识别编码，并将每一个设备识别编码作为一个元素记录到以集合的形式呈现的可供作为接力转发站的自组织用户列表中。
本发明的有益效果：
1.本发明规定了为实现自组织接力转发网络的上行通信资源分配策略而需要探知的网络与通信环境信息；规定了根据所探知的网络与通信环境信息，总共可以做出七种反应策略；规定了在给定所探知的网络与通信环境信息的前提下，如何从规定的七种反应策略中选择出一种来执行；规定了给载波频段分类法则，根据其被占用情况，一共可以分为四类；提出了根据信道信息来选择载波频段的方法；提出了根据信道信息来联合选择载波频段和接力转发节点的方法；提出了根据信道信息来选择单跳与多跳传输模式的方法；提出了促使自组织用户承担接力转发任务的激励策略。
2.本发明具备接力转发功能，在不增大单个传输节点发射功率的前提下扩大自组织网络通信范围；使用分布式的载波资源占用广播协议，避免同频干扰；如频率资源已经分配完毕，无法避免同频干扰，则使用发射功率控制技术将同频干扰限制在一定的可接受范围内；对自组织网络中的闲置通信节点提出激励策略，促使其成为接力转发节点，协助接力转发通信；当存在多个可用的闲置接力转发节点可供选择时，具备对接力转发节点进行分布式优化分配的功能，从而提高自组织网络整体的服务质量和吞吐量；考虑单蜂窝小区、多收发端组、多载波、多接力转发节点的分布式自组织网络通信情景，更具一般性。
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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明实施例的通信场景示意图；
图2为本发明实施例的方法流程图；
图3为在给定相同网络设定与参数以及固定蜂窝用户数量下，网络整体上行本实施例优化资源分配策略与其他策略的吞吐量仿真比较图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，为本实施例一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法的实施通信场景：
在一个单蜂窝小区，其中基站位于正六边形蜂窝服务区域的中心点。传统的依托基站进行蜂窝通信的用户，简称为“蜂窝用户”，有
Figure DEST_PATH_IMAGE044
个；不依托基站进行蜂窝通信，而依靠自组织网络协议架构进行通信的用户，简称为“自组织用户”，有
Figure DEST_PATH_IMAGE045
个，两者均匀分布在正六边形蜂窝服务区域中。整个蜂窝通信小区内共有
Figure DEST_PATH_IMAGE046
个正交载波频段可供使用，传输不同信息。
基于上述通信情景，仅考虑上行通信的情况，即蜂窝用户向基站传输数据的情况。在某一时刻，有
Figure DEST_PATH_IMAGE047
个蜂窝用户，占用
Figure DEST_PATH_IMAGE048
个载波频段，在向基站以统一的功率
Figure DEST_PATH_IMAGE049
发射信号，同时还有
Figure DEST_PATH_IMAGE050
个已通过某种方式建立起自组织通信连接的自组织用户。这时，在余下的
Figure DEST_PATH_IMAGE051
个自组织用户中，某个自组织用户（发送端）产生了新的通信需求，需要与另外一个自组织用户（接收端）建立通信连接。
由此可进行本实施例一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法，包括以下步骤：
初始化后，通过探知通信环境与网络信息获得探知信息。探知信息包括端到端的探知距离、可供作为接力转发站的自组织用户列表、根据载波频段分类法则划分的载波频段和载波频段的信道质量，并依照探知信息和通信协议优选权作出反应策略。
探知通信环境与网络信息的方法为通过反馈信道与配套的通信环境测定模块探知信息。获得端到端的探知距离的方法为通过端发送检测信号获得收发时间差与已知发送检测信号的传输速率计算而得。获得可供作为接力转发站的自组织用户列表的方法为获取在端周边闲置的、愿意且能够担任接力转发任务的每一个自组织用户的设备识别编码，并将每一个设备识别编码作为一个元素记录到以集合的形式呈现的可供作为接力转发站的自组织用户列表中。
根据载波频段分类法则划分的载波频段包括未被任何用户占用的载波频段、只被自组织用户占用的载波频段、只被蜂窝用户占用的载波频段、既被自组织用户占用又被蜂窝用户占用的载波频段。
通信协议优选权为依次按照未被任何用户占用的载波频段集、只被自组织用户占用的载波频段、只被蜂窝用户占用的载波频段的优先级进行占用，对于既被自组织用户占用又被蜂窝用户占用的载波频段不进行占用。
反应策略包括以下七种反应策略：
反应策略A：占用某个未被任何用户占用的载波频段，通过一个优选的接力转发站转发需要传输的信号给接收端。
反应策略B：占用某个只被自组织用户占用的载波频段，且预计同频干扰可以被控制在一定范围内，通过一个优选的接力转发站转发需要传输的信号给接收端。
反应策略C：占用某个只被蜂窝用户占用的载波频段，且预计同频干扰可以被控制在一定范围内，通过一个优选的接力转发站转发需要传输的信号给接收端。
反应策略D：占用某个未被任何用户占用的载波频段，直接点对点发送需要传输的信号给接收端。
反应策略E：占用某个只被自组织用户占用的载波频段，且预计同频干扰可以被控制在一定范围内，直接点对点发送需要传输的信号给接收端。
反应策略F：占用某个只被蜂窝用户占用的载波频段，且预计同频干扰可以被控制在一定范围内，直接点对点发送需要传输的信号给接收端。
反应策略G：放弃发送，保持缄默一段给定时间，然后再次探知通信环境与网络信息。
如图2所示，依照探知信息和通信协议优选权作出反应策略，具体通过以下决策过程得出：
令
Figure DEST_PATH_IMAGE052
表示发送端与接收端的探知距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
表示通过大量工程实践经验设定的临界距离阈值，
Figure 198918DEST_PATH_IMAGE003
是可供作为接力转发站的自组织用户列表；
Figure 499449DEST_PATH_IMAGE004
个载波频段所构成的集合为
Figure 535538DEST_PATH_IMAGE005
，并设既未被蜂窝用户占用，又未被自组织用户占用的载波频段集为
Figure 630533DEST_PATH_IMAGE006
；设虽未被蜂窝用户占用，但被自组织用户占用的载波频段集为
Figure 876707DEST_PATH_IMAGE007
；设虽被蜂窝用户占用，但未被自组织用户占用的载波频段集为
Figure 246508DEST_PATH_IMAGE008
；设既被蜂窝用户占用，又被自组织用户占用的载波频段集为
Figure 871525DEST_PATH_IMAGE009
；
（1）首先，发送端考察收发端距离是否在合理范围内，是否在最大可输出发送功率范围内有不通过接力转发节点也可传送信号给接收端的可能性，以及有无周边闲置的，可供作为接力转发站的自组织用户响应发送请求，愿意且能够担任接力转发任务。如预计自身在输出最大功率时，仍然必须要通过接力转发站来传送信号给接收端，而周边亦没有可供作为接力转发站的自组织用户响应接力转发请求，则放弃发送，保持缄默一段给定时间，然后再次进行网络探知。从数学上，这一情景可以表示为：
Figure 403000DEST_PATH_IMAGE010
，
即若
Figure 746257DEST_PATH_IMAGE010
，则发送端作出反应策略G；
（2）若
Figure 778804DEST_PATH_IMAGE011
，则考虑反应策略D、反应策略E、反应策略F三种反应策略，即不通过接力转发站转发，直接点对点发送需要传输的信号给接收端；而至于具体采取哪种策略，则需要根据所探知的载波频段占用情况来决定。对
Figure 789485DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 491862DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 322415DEST_PATH_IMAGE014
依照
Figure 768440DEST_PATH_IMAGE015
的优先顺序对载波频段进行分配，以上优先顺序为通信协议优选权的实际体现。并采用直接传输方式挑选准则挑选出载波频段和发送端作出的反应策略：
Figure 492682DEST_PATH_IMAGE016
,
其中
Figure 365960DEST_PATH_IMAGE017
为
Figure 683809DEST_PATH_IMAGE018
号载波频段的端到端的信道增益；该增益表征了信道在各种类型的衰落和传输阻碍影响下的通信质量，
Figure 667945DEST_PATH_IMAGE017
的值越大，说明信道越可靠；
Figure 653219DEST_PATH_IMAGE019
为
Figure 822032DEST_PATH_IMAGE018
号载波频段由传送端到被干扰接收端（在上行通信时即为基站）的信道增益，
Figure 627177DEST_PATH_IMAGE019
的值越大，说明被干扰接收端（上行通信时即基站）对同频干扰越敏感；
Figure 415004DEST_PATH_IMAGE020
为发送端发送功率；
Figure 989205DEST_PATH_IMAGE021
为同频干扰阈值，
Figure 328920DEST_PATH_IMAGE022
为同频干扰；若
Figure 621361DEST_PATH_IMAGE023
，则认为同频干扰能被控制在一定范围内，可以接受，该载波频段能被复用，反之认为同频干扰，不可接受，该载波频段不能被复用；经过上述挑选后，若
Figure 212879DEST_PATH_IMAGE024
，则由于没有合适的可用载波资源，回到反应策略G；若
Figure 641586DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure 27568DEST_PATH_IMAGE026
，则发送端作出反应策略D；若
Figure 931939DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure 61569DEST_PATH_IMAGE027
，则发送端作出反应策略E；若
Figure 344783DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure 432825DEST_PATH_IMAGE028
，则发送端作出反应策略F；
（3）若
Figure 434279DEST_PATH_IMAGE029
, 则必须采用考虑反应策略A、反应策略B、反应策略C三种反应策略，即接力转发辅助自组织网络通信，否则通信不能顺利进行。资源优化分配问题就从一维（载波频段）上升到二维（载波频段与接力转发节点）。对
Figure 492234DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 629954DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 623318DEST_PATH_IMAGE014
依照
Figure 112068DEST_PATH_IMAGE015
的优先顺序对载波频段与接力转发节点进行分配，以上优先顺序为通信协议优选权的实际体现。并采用接力转发方式挑选准则选出最优载波、接力转发节点组合和发送端作出的反应策略：
Figure 719853DEST_PATH_IMAGE030
,
其中
Figure 977659DEST_PATH_IMAGE031
为
Figure 141924DEST_PATH_IMAGE018
号载波频段经
Figure 117971DEST_PATH_IMAGE032
号接力转发节点转发后的端到端信道增益；
Figure 393094DEST_PATH_IMAGE033
为
Figure 895620DEST_PATH_IMAGE018
号载波频段经
Figure 965207DEST_PATH_IMAGE032
号接力转发节点转发后对被干扰接收端的最大信道增益，即发送端与接力转发节点到基站的信道增益两者取最大；
Figure 428549DEST_PATH_IMAGE021
为同频干扰阈值，
Figure 241784DEST_PATH_IMAGE034
为同频干扰；若
Figure 598816DEST_PATH_IMAGE035
，则认为同频干扰能被控制在一定范围内，该载波频段能被复用，反之认为同频干扰，该载波频段不能被复用；经过上述挑选后，
Figure 104884DEST_PATH_IMAGE024
，则回到反应策略G；若
Figure 55523DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure 672449DEST_PATH_IMAGE026
，则发送端作出反应策略A；若
Figure 759353DEST_PATH_IMAGE025
，且
Figure 560956DEST_PATH_IMAGE027
，则发送端作出反应策略B；若
Figure 733311DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure 888349DEST_PATH_IMAGE028
，则发送端作出反应策略C；
（4）若
Figure 360919DEST_PATH_IMAGE036
,首先采用接力转发方式挑选准则：
Figure 943210DEST_PATH_IMAGE037
,并计算出
Figure 727495DEST_PATH_IMAGE038
；
再采用直接传输方式挑选准则：
Figure 686224DEST_PATH_IMAGE039
,并计算出
Figure 747721DEST_PATH_IMAGE040
；
然后比较
Figure 766492DEST_PATH_IMAGE041
与
Figure 179019DEST_PATH_IMAGE040
的大小；若
Figure 800493DEST_PATH_IMAGE042
，则采用接力转发方式挑选准则选出最优载波、接力转发节点组合和发送端作出的反应策略；若
Figure 716497DEST_PATH_IMAGE043
，则采用直接传输方式挑选准则挑选出载波频段和发送端作出的反应策略。
需要说明的是，一个自组织用户是否会响应其他自组织用户发出的转发需求取决于以下几个因素的综合考量：
（1）自身到达发送端与接收端的两跳信道的质量。
（2）自身的发射功率与能源储备状况。
（3）信息安全与转发授权协议。
（4）自身已承担的通信工作任务与系统复杂度。
（5）转发激励手段与优化网络标准协议
以上多点除了转发激励手段与优化网络标准协议，由于与本发明主体技术内容关系不大，这里不展开叙述。对于转发激励手段与优化网络标准协议，本发明规定，在节点信道质量优良、闲置、且具备充足供能的前提下，要求全体采纳自组织网络架构的节点所必须义务互相帮助转发，响应其他自组织节点的接力转发请求，否则不允许采用该分布式架构，只能进行传统的蜂窝通信。
通过应用本发明所提出之资源分配策略，全小区内的通信吞吐量可以得到提升，该指标由一下数学表达式给出：
Figure DEST_PATH_IMAGE054
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE055
与
Figure DEST_PATH_IMAGE056
分别表示蜂窝用户与自组织用户的端到端信号与干扰加噪声比；
Figure DEST_PATH_IMAGE057
与
Figure DEST_PATH_IMAGE058
分别表示不使用以及使用接力转发节点进行信号传输的自组织通信收发端组合的集合。具体技术效果如图3所示。
从一个发起传输请求的自组织用户（发送端）的角度出发来介绍本发明实施例的具体实施方式与场景。
首先无论是蜂窝用户还是自组织用户，在网络中都有独一无二的设备识别编码，如物理地址。所以，当一个自组织用户需要发起传输请求时，它会先以一个较小的发射功率广播接收端设备识别编码，以确认该接收端在自身附近的一个小区域范围内，这样才具备进行自组织网络架构和传输的前提条件，否则即转为传统的蜂窝通信，与基站相连，令其协助搜索接收端。如果接收端在发送端附近，则会收到发送端广播的传输请求，与自身设备识别编码比较后，确认接收端为自身，则会返回一个确认建立自组织网络架构的信令信号，该信令信号还可以进一步用来做端到端的距离与信道估计。发送端收到该反馈信令后，即正式进入自组织网络通信模式。同时，如有其他闲置的，条件适宜的，愿意进行自组织网络通信的通信设备在收到该发送端的传输请求时，虽然通过比对发现接收端不是自身，但也会回传一个愿意协助接力转发的信令，并附上自己的设备识别编码，该信令同时还可以进一步用来做两跳的信道估计。
为了顺利进行自组织网络通信，并协调优化通信资源配置，首先要进行通信环境与网络信息的探知。通过分析与处理接收端的反馈信号，发送端可以估计出端到端距离，在收集到其他闲置用户的协助回传信令时，即可建立可供作为接力转发站的自组织用户列表。之后，发送端要依靠信令或训练序列等对各载波频段做信道估计与占用情况的感知，并生成载波频段简况列表，从中可以估计每个载波频段的信道质量和被占用的情况。然后通过本发明提出的自组织接力转发网络的上行通信资源分配策略，优化信号传输过程。
一旦发送端选定某载波频段和某接力转发节点负责协助传输后，即广播相关信息，令周围的自组织节点和基站获知此自组织通信过程的建立。
被选中的接力转发节点和接收端在收到自组织网络传输条件已经准备好的信号后，即进入侦听与准备接收状态。在第一跳传输时，被选中的接力转发节点会收到来自发送端的传输信号，被选中的接力转发节点可以采用解码-转发策略，将收到的信号重新解码并根据下一跳的信道状况进行重新编码，然后发送给接收端。或者，被选中的接力转发节点也可以采用放大-转发策略，即不解码收到的信号，只是简单将其放大后转发给接收端。在第二跳传输时，接力转发节点将处理后的信号转发给接收端。在第一跳传输时，接收端也可能会收到来自于发送端的信号，但相对于第二跳由接力转发节点传输过来的信号，一般来说第一跳信号会比较微弱，故在做解码判决时，可以以第二跳收到信号为主，第一跳收到信号为辅，辅助解码判决，或提供某种校验机制。
接收端解码收到信号后，释读出发送端传输的比特流，并校验其正确性，确认无误后回传确认ACK信令给发送端，发送端收到确认ACK信令后释放所占用的通信资源，并拆除自组织网络通信链路。若接收端通过校验后认为解码得到的比特流不正确，则回传重传ACK信令。若反复超过三次重传皆判为不正确，则认为当前信道或网络状况不适宜传输，发送端放弃发送请求，保持缄默一段给定时间，然后再次进行通信环境与网络信息的探知。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
初始化后，通过探知通信环境与网络信息获得探知信息；所述探知信息包括端到端的探知距离、可供作为接力转发站的自组织用户列表、根据载波频段分类法则划分的载波频段和载波频段的信道质量，然后依照探知信息和通信协议优选权作出反应策略；
所述反应策略包括：
反应策略A：占用某个未被任何用户占用的载波频段，通过一个优选的接力转发站转发需要传输的信号给接收端；
反应策略B：占用某个只被自组织用户占用的载波频段，且预计同频干扰可以被控制在一定范围内，通过一个优选的接力转发站转发需要传输的信号给接收端；
反应策略C：占用某个只被蜂窝用户占用的载波频段，且预计同频干扰可以被控制在一定范围内，通过一个优选的接力转发站转发需要传输的信号给接收端；
反应策略D：占用某个未被任何用户占用的载波频段，直接点对点发送需要传输的信号给接收端；
反应策略E：占用某个只被自组织用户占用的载波频段，且预计同频干扰可以被控制在一定范围内，直接点对点发送需要传输的信号给接收端；
反应策略F：占用某个只被蜂窝用户占用的载波频段，且预计同频干扰可以被控制在一定范围内，直接点对点发送需要传输的信号给接收端；
反应策略G：放弃发送，保持缄默一段给定时间，然后再次探知通信环境与网络信息；
所述依照探知信息和通信协议优选权作出反应策略，具体通过以下决策过程得出：
令
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表示发送端与接收端的探知距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表示通过大量工程实践经验设定的临界距离阈值，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
是可供作为接力转发站的自组织用户列表；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
个载波频段所构成的集合为
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，并设既未被蜂窝用户占用，又未被自组织用户占用的载波频段集为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；设虽未被蜂窝用户占用，但被自组织用户占用的载波频段集为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；设虽被蜂窝用户占用，但未被自组织用户占用的载波频段集为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；设既被蜂窝用户占用，又被自组织用户占用的载波频段集为
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
（1）若
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，则发送端作出反应策略G；
（2）若
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，对
Figure DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure DEST_PATH_IMAGE014
依照
Figure DEST_PATH_IMAGE015
的优先顺序对载波频段进行分配；并采用直接传输方式挑选准则挑选出载波频段和发送端作出的反应策略：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
,
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为
Figure DEST_PATH_IMAGE018
号载波频段的端到端的信道增益；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为
Figure 511227DEST_PATH_IMAGE018
号载波频段由传送端到被干扰接收端的信道增益；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为发送端发送功率；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为同频干扰阈值，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为同频干扰；若
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，则认为同频干扰能被控制在一定范围内，该载波频段能被复用，反之认为同频干扰，该载波频段不能被复用；经过上述挑选后，若
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，则回到反应策略G；若
Figure DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，则发送端作出反应策略D；若
Figure 287422DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，则发送端作出反应策略E；若
Figure 660634DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，则发送端作出反应策略F；
（3）若
Figure DEST_PATH_IMAGE029
, 对
Figure 790264DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 932533DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 20574DEST_PATH_IMAGE014
依照
Figure 490870DEST_PATH_IMAGE015
的优先顺序对载波频段进行分配；并采用接力转发方式挑选准则选出最优载波、接力转发节点组合和发送端作出的反应策略：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
,
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为
Figure 548825DEST_PATH_IMAGE018
号载波频段经
Figure DEST_PATH_IMAGE032
号接力转发节点转发后的端到端信道增益；
Figure DEST_PATH_IMAGE033
为
Figure 686545DEST_PATH_IMAGE018
号载波频段经
Figure 7805DEST_PATH_IMAGE032
号接力转发节点转发后对被干扰接收端的最大信道增益，即发送端与接力转发节点到基站的信道增益两者取最大；
Figure 27714DEST_PATH_IMAGE021
为同频干扰阈值，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为同频干扰；若
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，则认为同频干扰能被控制在一定范围内，该载波频段能被复用，反之认为同频干扰，该载波频段不能被复用；经过上述挑选后，
Figure 561463DEST_PATH_IMAGE024
，则回到反应策略G；若
Figure 350428DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure 983534DEST_PATH_IMAGE026
，则发送端作出反应策略A；若
Figure 225160DEST_PATH_IMAGE025
，且
Figure 765862DEST_PATH_IMAGE027
，则发送端作出反应策略B；若
Figure 737230DEST_PATH_IMAGE025
且
Figure 337975DEST_PATH_IMAGE028
，则发送端作出反应策略C；
（4）若
Figure DEST_PATH_IMAGE036
,首先采用接力转发方式挑选准则：
Figure DEST_PATH_IMAGE037
,并计算出
Figure DEST_PATH_IMAGE038
；
再采用直接传输方式挑选准则：
Figure DEST_PATH_IMAGE039
,并计算出
Figure DEST_PATH_IMAGE040
；
然后比较
Figure DEST_PATH_IMAGE041
与
Figure 598055DEST_PATH_IMAGE040
的大小；若
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，则采用接力转发方式挑选准则选出最优载波、接力转发节点组合和发送端作出的反应策略；若
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，则采用直接传输方式挑选准则挑选出载波频段和发送端作出的反应策略。
2.根据权利要求1所述的一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法，其特征在于：所述根据被载波频段分类法则划分的载波频段包括未被任何用户占用的载波频段、只被自组织用户占用的载波频段、只被蜂窝用户占用的载波频段、既被自组织用户占用又被蜂窝用户占用的载波频段。
3.根据权利要求1所述的一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法，其特征在于：所述通信协议优选权为依次按照未被任何用户占用的载波频段集、只被自组织用户占用的载波频段、只被蜂窝用户占用的载波频段的优先级进行占用，对于既被自组织用户占用又被蜂窝用户占用的载波频段不进行占用。
4.根据权利要求1所述的一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法，其特征在于：所述探知通信环境与网络信息的方法为通过反馈信道与配套的通信环境测定模块探知信息。
5.根据权利要求1所述的一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法，其特征在于：所述获得端到端的探知距离的方法为通过端发送检测信号获得收发时间差与已知发送检测信号的传输速率计算而得。
6.根据权利要求1所述的一种自组织接力转发网络的上行通信资源分配方法，其特征在于：所述获得可供作为接力转发站的自组织用户列表的方法为获取在端周边闲置的、愿意且能够担任接力转发任务的每一个自组织用户的设备识别编码，并将每一个设备识别编码作为一个元素记录到以集合的形式呈现的可供作为接力转发站的自组织用户列表中。
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