TW201345299A

TW201345299A - 用於裝置到裝置通訊的資源管理方法

Info

Publication number: TW201345299A
Application number: TW102114839A
Authority: TW
Inventors: Yan-Xiu Zheng; Jui-Tang Wang
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2013-11-01
Also published as: US9826525B2; US20130288645A1; US9241330B2; US20130286963A1; TW201345298A; TWI507069B; TWI543652B

Abstract

本揭露內容提出了一種用於裝置到裝置(Device to device；D2D)通訊的方法。更準確的說，本揭露內容提出了一種關於維持用戶設備(user equipment；UE)網路拓墣(network topology)來管理D2D網路資源的方法。所述提出包括用戶設備(UE)向所述網路請求在執照頻譜(license spectrum)上進行D2D通訊的授權，所述UE隨後將透過控制節點或透過另一個非移動UE接收包括標識(identification；ID)訊息的授權，即使UE在所述的服務基地台的範圍外，所述標識訊息也允許所述UE在所述執照頻譜中進行D2D通訊。

Description

用於裝置到裝置通訊的資源管理方法

【相關申請案】

本申請案主張2012年4月26日申請的第61/639,059號美國臨時申請案以及2012年4月27日申請的第61/639,107號美國臨時申請案的優先權權益。上述專利申請案的全文特此以引用方式併入本文中並且構成了本說明書的一部分。

本發明是有關於一種用於裝置到裝置通訊的資源管理管理方法。

裝置到裝置(Device to Device；D2D)通訊是一種允許用戶設備(user equipment；UE)彼此間直接通訊的技術，並不需要eNB(增強型NodeB或eNodeB)在其間不斷轉發資料。傳統的蜂窩(cellular)通訊系統例如長期演進技術(Long Term Evolution；LTE)系統通常只允許在UE與基地台之間交換訊號，而在UE本身之間的直接交換尚未界定，因此，在此時D2D通訊在LTE通訊系統中尚不可行。當前，儘管LTE系統中UE的位置可能是彼此緊鄰的，但是UE仍然需要透過基地台來完成網路進入程序，所述基地台會將一個UE所發送的每個資料都轉發到另一個UE。因此，當前提出了用於UE間直接通訊的各種方案。

現有各種D2D通訊方案，但是在執照頻帶(licensed band)上需要用D2D資源管理方案。如果用戶在免執照頻帶(unlicensed band)上操作，則用戶可以使用例如WiFi、藍牙等方式在未經授權的情況下彼此通訊。然而，如果用戶在執照頻帶上通訊，那麼用戶要經頻譜所有者授權才能與其他用戶直接通訊。因此，需要用D2D無線電資源管理方案來有效地執行網路管理功能，例如資源租賃、計費、優先權管理等。因此，在本揭露內容中，將提出一種用於執行D2D無線電資源管理的方法。

本揭露內容提出了一種用於裝置到裝置通訊的方法以及使用所述方法的設備。更確切地說，本揭露內容提出了一種用於基於網路拓撲來管理D2D網絡資源的方法。

本揭露內容提出了一種用於網絡中的裝置到裝置(Device to Device；D2D)通訊的資源管理方法，所述方法適於用戶設備(user equipment；UE)，並且所述方法包括以下步驟：向網絡請求在執照頻譜中進行D2D通訊的授權；接收在執照頻譜中進行 D2D通訊的授權，其中所述授權包括標識(identification；ID)訊息；以及在執照頻譜中進行D2D通訊。

本揭露內容提出了一種用於網路中的裝置到裝置(D2D)通信的資源管理方法，所述方法適於控制節點，並且所述方法包括以下步驟：接收對在執照頻譜中進行D2D通信的授權的請求；將對進行D2D通訊的授權的請求遞送到網絡；從網路接收在執照頻譜中進行D2D通信的授權，其中所述授權包括標識(ID)訊息；以及傳輸第一消息，所述第一消息包括在執照頻譜中進行D2D通訊的授權。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

101‧‧‧控制節點

102‧‧‧控制節點

103‧‧‧控制節點

104‧‧‧控制節點

105‧‧‧控制節點

106‧‧‧控制節點

107‧‧‧控制節點

111‧‧‧用戶設備

112‧‧‧用戶設備

113‧‧‧用戶設備

114‧‧‧用戶設備

115‧‧‧用戶設備

116‧‧‧用戶設備

120‧‧‧頻譜所有者/計費伺服器

122‧‧‧天線單元

123‧‧‧收發器單元

124‧‧‧數位類比/類比數位轉換器

125‧‧‧處理電路

126‧‧‧記憶體電路

130‧‧‧交易中心

132‧‧‧天線單元

133‧‧‧收發器單元

134‧‧‧數位類比/類比數位轉換器

135‧‧‧處理電路

136‧‧‧記憶體電路

140‧‧‧軍用

150‧‧‧緊急服務

160‧‧‧其他服務

201‧‧‧控制節點

202‧‧‧控制節點

203‧‧‧控制節點

204‧‧‧控制節點

205‧‧‧控制節點

206‧‧‧控制節點

207‧‧‧控制節點

208‧‧‧控制節點

209‧‧‧控制節點

211‧‧‧用戶設備

212‧‧‧用戶設備

213‧‧‧用戶設備

214‧‧‧用戶設備

221‧‧‧有效地理區

222‧‧‧有效地理區

223‧‧‧無效地理區

224‧‧‧有效地理區

225‧‧‧無效地理區

231‧‧‧控制節點

232‧‧‧控制節點

233‧‧‧控制節點

234‧‧‧控制節點

235‧‧‧控制節點

236‧‧‧用戶設備

237‧‧‧用戶設備

238‧‧‧地理區

239‧‧‧邊界

240‧‧‧擴大的地理區

241‧‧‧控制節點

242‧‧‧控制節點

243‧‧‧控制節點

244‧‧‧控制節點

245‧‧‧控制節點

246‧‧‧用戶設備

247‧‧‧用戶設備

248‧‧‧預定的地理區

300‧‧‧超訊框

301‧‧‧時隙

302‧‧‧時隙

304‧‧‧隨機退避窗口

305‧‧‧隨機退避窗口

306‧‧‧隨機退避窗口

401‧‧‧控制節點

402‧‧‧控制節點

403‧‧‧控制節點

406‧‧‧非移動用戶設備

407‧‧‧非移動用戶設備

411‧‧‧移動用戶設備

412‧‧‧移動用戶設備

413‧‧‧移動用戶設備

414‧‧‧移動用戶設備

451‧‧‧非移動用戶設備

452‧‧‧非移動用戶設備

453‧‧‧非移動用戶設備

S501~S503、S551~S553‧‧‧D2D資源管理方法的各步驟

701‧‧‧控制節點

702‧‧‧中繼節點用戶設備

703‧‧‧用戶設備

704‧‧‧用戶設備

801‧‧‧控制節點

811‧‧‧用戶設備

812‧‧‧用戶設備

814‧‧‧用戶設備

815‧‧‧用戶設備

816‧‧‧用戶設備

850‧‧‧數據中心

S951~S954‧‧‧用戶設備登入D2D通訊系統的各步驟

901‧‧‧控制節點

905‧‧‧網路伺服器/雲端

911‧‧‧用戶設備

912‧‧‧用戶設備

913‧‧‧用戶設備

S961~S963‧‧‧鄰近檢測程序

S971~S973‧‧‧網路更新程序

1001‧‧‧伺服器/雲端

1002‧‧‧伺服器/雲端

1003‧‧‧伺服器/雲端

1010‧‧‧第一用戶設備

1011‧‧‧第二用戶設備

1110‧‧‧第一用戶設備

1111‧‧‧第二用戶設備

1112‧‧‧第三用戶設備

1200‧‧‧第一用戶設備

1201‧‧‧第二用戶設備

1202‧‧‧第三用戶設備

1203‧‧‧第四用戶設備

S2001~S2003‧‧‧以用戶設備的觀點來看網路拓墣的管理方法的各步驟

S2011~S2013‧‧‧以控制節點的觀點來看D2D資源管理方法的各步驟

圖1A是根據本揭露內容的一個示範實施例的用於D2D通訊的系統架構。

圖1B是根據本揭露內容的一個示範實施例的UE。

圖1C是根據本揭露內容的一個示範實施例的控制節點。

圖2A是根據本揭露內容的一個示範實施例的基於地理區的無線電資源管理方法。

圖2B是根據本揭露內容的一個示範實施例的基於擴大的地理區的無線電資源管理方法。

圖2C是根據本揭露內容的一個示範實施例的基於預定的地理區的無線電資源管理方法。

圖3A是根據本揭露內容的一個示範實施例的基於時隙的資源分配方法。

圖3B是根據本揭露內容的一個示範實施例的基於傳輸帶寬的資源分配方法。

圖3C是根據本揭露內容的一個示範實施例的使用隨機退避窗口大小(random back-off window size)進行的資源分配方法。

圖4是一種示範系統，表示出了移動和非移動D2D裝置。

圖5A是從控制節點的觀點概述了所提出的D2D資源管理方法的流程圖。

圖5B是從用戶設備的觀點概述了所提出的D2D資源管理方法的流程圖。

圖6是基於網路拓撲的非移動D2D裝置管理的概念。

圖7是根據本揭露內容的一個示範實施例的接近指示輔助的D2D通信。

圖8A到圖8B是根據本揭露內容的一個示範實施例的由數據中心進行的遠端拓撲維持。

圖9A到圖9B是根據本揭露內容的一個示範實施例的網路進入程序。

圖9C是根據本揭露內容的一個示範實施例的鄰近檢測程序。

圖9D是根據本揭露內容的一個示範實施例的網路更新程序。

圖9E是根據本申請案的一個示範實施例的鄰近表。

圖10A是根據本申請案的一個示範實施例的對伺服器進行的裝置報告位置方法。

圖10B是根據本申請案的一個示範實施例的對另一個裝置進行的裝置報告位置方法。

圖10C是根據本申請案的一個示範實施例的用於一組裝置的裝置報告位置方法。

圖11是根據本申請案的一個示範實施例從用戶設備的觀點示出基於網路拓撲的管理方法的流程圖。

圖12是根據本申請案的一個示範實施例從控制節點的觀點示出了所提出的D2D資源管理方法的流程圖。

在本揭露內容中，類似於3GPP(3 rd generation partnership project)等關鍵詞或短語僅僅用作實例以呈現根據本揭露內容的發明性概念；然而，所屬領域的一般技術人員可以將本揭露內容中提出的相同概念應用於任何其他系統，例如，IEEE 802.11、IEEE 802.16、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)等。

儘管用戶設備(user equipment；UE)可以經配置以與另一個UE直接通訊，但是在執照頻帶上進行通訊的UE需要經執照頻帶的頻譜所有者授權才能與其他UE直接通訊。因此，以D2D 模式通訊的UE仍然需要附接到屬於執照頻帶的頻譜所有者的網路，才能獲取適當的授權並獲得無線電資源。因此，提出一種在網絡中操作的資源管理方法和設備，來實施資源租賃、計費以及優先權管理。所提出的方法將首先包括執行接入授權的方法，這樣用戶才能獲得許可而在執照頻譜上與其他用戶直接通訊。在用戶被授權之後，所提出的方法將對D2D資源進行分配。所提出的方法還將包括透過維持網路拓撲來增強資源管理的方法，這樣D2D通訊甚至可以擴大到基地台的覆蓋範圍以外。

圖1A繪示了根據本揭露內容的一個示範實施例的用於管理D2D通訊的整體架構。在所提出的系統架構中，一個或多個UE可以透過一個或多個控制節點連接到網路，從而獲得授權和無線電資源。例如，UE(111到116)可以透過控制節點(101到107)連接到網路。更具體而言，單個UE 111可以透過控制節點101連接到網路，多個UE例如113和114可以透過控制節點104連接到網路，或單個UE 112可以透過多個控制節點例如102和103連接到網路。

本揭露內容中的控制節點將稱作基地台(base station；BS)或eNB。應注意，此類參考僅僅是示範性的，因而不對控制節點的類型進行限制，因為所屬領域的技術人員容易了解到可以選擇其他類型的控制節點來實現網路控制目的，所述其他類型的控制節點例如高級基站(advanced base station；ABS)、基站收發器系統(base transceiver system；BTS)、接入點(Access point)、歸屬基站(home base station)、中繼站(relay station)、散射體(scatter)、中繼器(repeater)、中間節點(intermediate node)、中間設備和/或基於衛星的通信基站(intermediary/satellite-based communication base station)。控制節點可以包括多種實體，例如移動性管理實體(Mobility Management Entity；MME)、服務閘道(Serving Gateway；S-GW)、封包資料網路閘道(Packet Data Network Gateway；PDN-GW)、服務GPRS支持節點(Serving GPRS Support Node；SGSN)、閘道GPRS支持節點(Gateway GPRS Support Node；GGSN)、移動交換中心(Mobile Switching Center；MSC)，以及歸屬用戶伺服器(Home Subscriber Server；HSS)或者維持與用戶訊息有關的資料庫的節點。

控制節點至少可以由根據本揭露內容的一個示範實施例的如圖1B所示的功能元件表示。每個控制節點101可以至少含有(但不限於)收發器電路123、類比數位(Analog-to-Digital；A/D)/數位類比(D/A)轉換器124、處理電路126、任選的記憶體電路125，以及一個或多個天線單元122。收發器電路123以無線方式傳輸下行鏈路訊號並且接收上行鏈路訊號。收發器電路123還可以執行例如低噪聲放大(low noise amplifying,LNA)、阻抗匹配、混頻、上下變頻轉換、濾波、放大以及類似的操作。類比數位(A/D)/數位類比(D/A)轉換器124用以在上行鏈路訊號處理期間將類比訊號格式轉換為數位訊號格式，並在下行鏈路訊號處理期間將數位訊號格式轉換為類比訊號格式。

根據本揭露內容的示範實施例，處理電路126經配置以處理數位訊號並執行針對比特自適應預編碼矩陣指示回饋機制(bit adaptive pre-coding matrix indicator feedback mechanism)所提出的方法的程序。此外，處理電路126可以任選地耦接到記憶體電路125以儲存程式碼、裝置配置、碼本、緩衝資料或永久資料等。處理電路126的功能可以使用例如微處理器、微控制器、數位訊號處理(digital signal processing；DSP)晶片、可編程閘陣列(Field Programmable Gate Array；FPGA)等可編程單元來實施。處理電路106的功能還可以用分離的電子裝置或IC來實施，並且處理電路還可以用硬體或軟體來實施。

本揭露內容中的術語“用戶設備”(UE)可以表示多種實施例，這些實施例(例如)可以包含(但不限於)移動台、高級移動台(advanced mobile station；AMS)、伺服器、客戶端、桌上型電腦、筆記型電腦、網路型電腦、工作站、個人數位助理(personal digital assistant；PDA)、個人電腦機(personal computer；PC)、掃描儀、電話裝置、呼叫器、照相機、電視、掌上型遊戲機、音樂裝置、無線感測器等。在一些應用中，UE可以是在例如公共汽車、火車、飛機、船、汽車等移動環境中操作的固定計算機裝置。

UE至少可以由根據本揭露內容的一個示範實施例的如圖1C所示的功能元件表示。通訊系統中的每個UE 111可至少含有(但不限於)收發器電路133、類比數位(A/D)/數位類比(D/A) 轉換器134、處理電路136、任選的記憶體電路135，以及一個或多個天線單元132。記憶體電路135可以儲存程式碼、裝置配置、緩衝資料或永久資料、碼本等。處理電路136還可以用硬體或軟體來實施。UE 111中每個元件的功能類似於控制節點101，因此將不再對每個元件進行詳細描述。

返回參考圖1A，圖1A中的控制節點(101到107)可以與頻譜所有者/計費中心伺服器(charging center server)120進行通信，所述頻譜所有者/計費中心伺服器執行頻譜租賃和計費的功能。頻譜所有者/計費中心伺服器120可以與交易中心130進行通訊和協商，透過所述交易中心，網路外部的服務提供商(例如，軍用140、緊急服務150，以及其他服務160)可以從頻譜所有者/計費伺服器120獲得許可，以授權屬於服務提供商的D2D UE進行接入。就LTE的情況來說，計費中心伺服器120的一個實例可以是負責服務品質(quality-of-service，QoS)的處理和收費的策略與計費規則功能(Policy and Charging Rules Function；PCRF)節點，並且PCRF節點耦接到歸屬用戶服務(Home Subscriber Service；HSS)節點，從所述歸屬用戶服務節點可以獲得含有用戶訊息的資料庫。詳細操作原理如下。

在一個UE可以與另一個UE進行D2D通訊之前，所述UE將首先需要透過控制節點從頻譜所有者/計費伺服器獲得授權。一種用於實施D2D通訊的裝置授權的方法可以是採用基於地理區的無線電資源管理方法。圖2A繪示了根據本揭露內容的一個示範實施例的基於地理區的無線電資源管理方法。在所提出的這種基於地理區的無線電資源管理方法中，多個地理區由多個控制節點界定。地理區被定義為由至少三個控制節點勾劃出的地區，因為在邏輯上形成非零的二維區域將要採用至少三個頂點，或三個點。多組所述至少三個控制節點一起將更確定由至少三個控制節點界定的地理區是有效的D2D區域還是無效的D2D區域。在有效的D2D區域內，UE可以與其他UE進行D2D通訊，並且UE還可以越過不同的有效地理區與其他UE進行D2D通訊。對於更具體的細節，請參考以下實例。

在圖2A中的示範的方案中，多個地理區221到225由多個控制節點201到209界定。在多個地理區內，可以存在有效區域(VR)221、222、224和無效區域(IR)223、225。大體上，有效區域是可以允許裝置與至少一個其他裝置直接通訊的區。在無效區域中，裝置不可以與另一個裝置直接通訊，而只可以透過控制節點或協調器來進行通訊。在控制節點界定的地理區221到225中的每個地理區中，界定每個區域的控制節點根據一個規則來確定該區域有效還是無效。控制節點201到209將指示出控制節點201到209中的任一者是允許還是不允許D2D通訊。

根據一個示範實施例，如果形成某個區域的所有控制節點都指示出它們將各自單獨地允許D2D通訊，那麼該區域被認為是有效區域。例如，區221是有效區域221，因為該區域由控制節點201、202、204、205和206界定，並且所有控制節點201、202、 204、205和206都指示出它們會允許D2D通訊。相反，如果一起界定某個區域的控制節點中的任一者指示出它不會允許D2D通訊，那麼該區域被認為是無效的D2D區域。例如，區域223是無效區域223，因為控制節點207指示出它不會允許D2D通訊，儘管其他控制節點205、206和208都指示出它們會允許D2D通訊。

類似原理適用於有效區域222和有效區域224。在有效區域222中，界定區域222的所有控制節點202到204都指示出它們會允許D2D通訊。同樣，在有效區域224中，界定區域224的所有控制節點204、205和208都指示出它們會允許D2D通訊。然而，區225是無效區域225，因為控制節點209指示出它不會允許D2D通訊，儘管界定該區域的其他控制節點203、204和208都指示出它們會允許D2D通訊。

根據另一個示範實施例，有效區域可以被定義為：在所有控制節點一起界定的區域中，不是所有控制節點都指示出它們會允許D2D通訊。無效區域可以被定義為：在所有控制節點一起界定的區中，兩個或兩個以上控制節點指示出它們不會允許D2D通訊。

某個區域可以用一起界定該區域的協調器的坐標來計算。例如，在有效區域224中，該區域可以根據例如每個控制節點或協調器204、205和208的緯度和經度等地理坐標來界定。在獲得每個控制節點204、205和208的地理坐標之後，裝置是在該區域內還是在該區域外便可以由裝置本身或由任一控制節點或由頻譜所有者/計費伺服器120容易地計算出來。

有效區域可以基於每個控制節點或協調器的無線電覆蓋範圍來擴大。例如，如果一個裝置充分地處在一個有效區域邊界外的容許協調器的射頻(radio frequency；RF)範圍內，那麼所述裝置仍然可以被認為位於所述有效區域中，因此所述裝置可以與所述有效區域中的其他裝置進行通信或越過所述有效區域與另一個有效區域進行通訊。

圖2B繪示了根據本揭露內容的一個示範實施例的基於擴大的地理區的無線電資源管理方法。在圖2B中的示範實施例中，一組控制節點231到235或協調器界定了地理區238。假定邊界239是該組控制節點231到235的無線電覆蓋範圍所能覆蓋到的最大程度。在邊界239與地理區238之間有擴大的地理區240，所述擴大的地理區被認為是地理區238的延伸，因此實際上被認為是與地理區238相同的區域。這暗示了地理區238中的UE 236可以與擴大的地理區240中的另一個UE 237進行通訊，因為UE 236在地理區238中並且UE 237在控制節點234的覆蓋範圍內。同樣，在地理區238與擴大的地理區240之間，有效或無效的狀態也是一致的。

圖2C繪示了根據本揭露內容的一個示範實施例的基於預定的地理區的無線電資源管理方法。對於圖2C中的示範實施例，預定的地理區248是根據這些區域的絕對地理坐標(例如，經度和緯度)來界定。在由預定的地理區248勾劃的地區內，該地區內的任何區域都被認為是同一個區域，不管控制節點241到245的位置如何。如果該區域被該組控制節點241到245確定為有效的，那麼UE 246便能夠與另一個UE 247直接通訊。

對於訂購了允許在預定區域進行通訊的服務的一組D2D裝置來說，地理區可以是預定的。圖3繪示了一個實例。D2D裝置可以計算出其位置，從而檢查所述裝置是否在預定的地理區中。如果D2D裝置是在預定的地理區中，那麼所述D2D裝置能夠執行直接通訊。

基於前述由組合起來的一組協調控制節點界定的地理區，UE必須先要由網絡根據它們的地理區來進行驗證，然後它們才能進行D2D通訊。本揭露內容提出了D2D裝置驗證其是否在容許地理區中的三種途徑。

第一種途徑為D2D裝置計算途徑。在這種途徑中，D2D裝置首先獲取一些控制節點的位置，這些控制節點界定了所述D2D裝置所處的當前地理區。基於這些控制節點的位置，所述D2D裝置將根據這些協調器的地理坐標來計算它是否位於有效區域中。

第二種途徑為D2D裝置報告途徑。在這種途徑中，D2D裝置將其當前位置報告給控制節點。隨後，控制節點將核實所述D2D裝置是否屬於有效區域。如果所述D2D裝置屬於有效區域，那麼網路將向所述裝置告知它被允許進行D2D通訊。

第三種途徑為網路定位途徑。在這種途徑中，D2D裝置將領航訊號(pilot signal)發送到附近的一個或多個控制節點。附近的控制節點將估計領航訊號到達的時間，從而估計所述一個或多個控制節點與所述D2D裝置之間的距離。所述控制節點隨後可以基於所估計的距離來計算此D2D裝置的位置。如果發現所述D2D裝置的位置屬於有效區域，那麼網路將向D2D裝置告知它被允許進行D2D通訊。

在D2D裝置被驗證為可以進行D2D通訊之後，網路隨後將實施資源租賃和計費。本揭露內容提出了兩種途徑。第一種途徑是以D2D裝置為導向的途徑；而第二種途徑是以服務提供商為導向的途徑。返回參考圖1A，在第一種途徑中，UE 111到116(即，它們中的至少任一者)將首先接入控制節點以請求無線電資源。假設發現UE 111到116處於有效的地理區域中，那麼控制節點隨後將向頻譜所有者/計費伺服器120請求以獲得存取網路的許可。頻譜所有者/計費伺服器120隨後將確定它是否允許UE 111到116進行D2D通訊。此外，頻譜所有者/計費伺服器120可以透過交易中心130將請求發送到其他實例或服務(例如，軍用140、緊急服務150，以及其他服務160)，以對UE 111到116是否屬於這些實體或服務中的訂購服務進行協商。如果UE 111到116屬於訂購服務，那麼UE 111到116可以與其他D2D UE 111到116進行通訊。

第二種途徑是以服務提供商為導向的途徑。在這種途徑中，UE 111到116可以透過服務提供商(例如，軍用140、緊急服務150，以及其他服務160)來請求許可和資源以進行D2D通訊。服務提供商可以透過頻譜所有者/計費伺服器120來請求D2D通訊服務，方法是透過交易中心130與頻譜所有者/計費伺服器120協商。頻譜所有者/計費中心130將確定UE 111到116是否向服務提供商(例如，140、150、160)訂購，並且將對屬於服務提供商的UE 111到116進行授權以透過屬於頻譜所有者120的頻譜進行通信。UE 111到116可以接入控制節點101到107以請求無線電資源。控制節點101到107隨後將向頻譜所有者/計費伺服器120請求以獲得以D2D模式通訊的許可。頻譜所有者隨後將授權已經向伺服器進行訂購的UE 111到116進行頻譜使用。

關於計費，可以根據時間和/或頻率使用量來對相應UE進行計費並且給予無線電資源，所述UE被授權以D2D模式與另一個UE直接通訊。還可以根據優先權或可用競爭時隙(contention slot)的數量來對UE進行計費。

在一個示範實施例中，本揭露內容提出了資源分配可以基於時隙來進行。對於基於時隙的資源分配而言，可以將一個訊框結構分為多個時隙(時隙301就是此類時隙中的一個)。計費和資源分配可以基於所分配的時隙來進行。圖3A繪示了根據本揭露內容的一個示範實施例的基於時隙的資源分配方法。在所述示範實施例中，假定超訊框300總共由8個時隙組成。並且假定標記為“1”的時隙在每個超訊框中出現一次。標記為“2”的時隙在每個超訊框中出現兩次。標記為1或2的時隙可以在每個超訊框中以固定樣式重複，或者所述樣式在不同的超訊框中可以有所不同。因此，如果用戶支付較多，那麼用戶可以在標記為2的時隙上進行傳輸。如果用戶支付較少，那麼用戶可以在標記為1的時隙上進行傳輸。

在一個示範實施例中，可以根據用戶願意支付的價格來分配傳輸帶寬的量。用戶願意支付的價格越高，可以分配的帶寬就越大。圖3B繪示了根據本揭露內容的一個示範實施例的基於傳輸帶寬的資源分配方法。一般看來，時隙302可以劃分為至少三個時隙。每個時隙中標記為1的塊可以在每個時隙中出現兩次，而標記為2的塊將在每個時隙中至多出現一次。如果用戶支付較多，那麼用戶可以在標記為1的時隙上進行傳輸。如果用戶支付較少，那麼用戶可以在標記為2的時隙上進行傳輸。

在一個示範實施例中，退避窗口大小可以是決定還能夠對用戶計費的量的變量。基於競爭的機制通常將依靠退避窗口來解決隨機接入過程中的競爭衝突。用戶願意支付的越多，隨機退避窗口大小將變得越小。圖3C繪示了根據本揭露內容的一個示範實施例的使用隨機退避窗口大小進行的資源分配方法。圖3C繪示了三個隨機退避窗口大小304、305和306。最願意支付的用戶將享受到最小的退避窗口大小304，同樣地，支付最少的用戶將擁有最長的退避窗口大小306。

對於不同的優先權方案，可以提出各種實施例。例如，競爭時隙的數量可以基於用戶願意支付的量。願意支付較多的用戶將享受到更多的競爭時隙。在另一個實施例中，最大傳輸功率也可以根據用戶的支付意願來確定。支付較多的用戶將被允許用較高的最大傳輸功率來進行傳輸。在另一個實施例中，用戶可以被指配優先權。相比於支付較少的用戶，支付較多的用戶將被指配較高的優先權，並且優先權較高的用戶比優先權較低的用戶優先存取。

此外，關於計費和資源分配，D2D UE可以歸類為移動裝置和非移動裝置。對於傾向於用作基礎設施並且本身不具有任何移動性的D2D的多個UE例如智慧型電錶而言，每個UE可以分配有固定標識。可以對這些非移動裝置收取更多費用，因為它們各自長期佔有固定標識。這些標識可以根據用戶訂購的服務來進行分配。兩個或兩個以上裝置還可以用時分方式共享同一標識，從而減少所有必需標識的總量。

對於可以從一個控制節點遷移到另一個控制節點的移動D2D的多個UE而言，可以根據臨時標識來對這些移動UE進行分配。並且當一個這樣的移動UE從一個控制節點遷移到另一個控制節點時，移動UE可以從一個臨時標識變到另一個臨時標識。這些移動D2D的多個UE可能需要在每一給定的時間段更新它們的標識。在正常情況下，移動D2D裝置是透過移動標識授權，而非移動D2D裝置則是透過非移動標識授權。當移動裝置移動到另一個控制節點的覆蓋範圍內時，它將透過另一個標識授權，所述標識為移動標識。

圖4繪示了一種示範系統，表示移動和非移動D2D裝置。在所述系統中，控制節點401、402和403向移動UE 411、412和非移動UE 406、407提供覆蓋範圍。對於非移動D2D的多個UE而言，它們是透過控制節點401使用固定標識來授權。對於可以從一個控制節點412跳到另一個控制節點402的移動D2D裝置411和412而言，對它們的授權可以是從一個臨時標識變到另一個臨時標識。

圖5A是從控制節點的觀點示出了所提出的D2D資源管理方法的流程圖。在步驟S501中，控制節點將從用戶設備接收以D2D模式通訊的請求。在步驟S502中，在用戶設備已經請求以D2D模式通訊之後，控制節點將基於用戶設備所處的地理區來驗證用戶設備。如果控制節點確定用戶設備處於有效的地理區，那麼用戶設備可以經頻譜所有者授權以使用頻譜所有者的無線電資源來進行D2D通訊。在步驟S503中，在用戶設備已經被適當授權之後，控制節點將向用戶設備通知所述用戶設備是否能以D2D模式通訊。隨後可以基於任一前述計費和租賃方案來對用戶設備計費。

圖5B是從用戶設備的觀點示出了所提出的D2D資源管理方法的流程圖。在步驟S551中，用戶設備將以D2D模式通訊的請求傳輸到控制節點。在步驟S552中，在用戶設備已經請求以D2D模式通訊之後，用戶設備可以從控制節點接收基於用戶設備所處的地理區得到的驗證結果。如果已經確定用戶設備處於有效的地理區，那麼用戶設備可以經頻譜所有者授權以使用頻譜所有者的無線電資源來進行D2D通訊。在步驟S553中，在用戶設備已經被適當授權之後，用戶設備將從控制節點接收所述用戶設備是否能以D2D模式通訊的通知。隨後可以基於任一前述計費和租賃方案來對用戶設備計費。

對於前述D2D資源管理方案而言，如果某個UE是非移動的並且位於任何控制節點的無線電覆蓋範圍之外，那麼只要所述UE處在另一個非移動UE的無線電覆蓋範圍內，就仍然可以透過基於網路拓撲的管理來向所述UE提供D2D無線服務。並且，如果某個非移動UE位於無效地理區中並因此不能與另一個UE進行D2D模式的通訊，那麼仍然可以透過基於網路拓撲的管理來向所述非移動UE提供D2D無線服務，方法是將所述非移動UE附接到附近的控制節點。

例如，返回參考圖2A和圖2B，如果非移動UE假設位於由控制節點201、202、203、209、208、207、206形成的地理區之外，或者如果非移動UE位於擴大的地理區的邊界239之外，那麼只要所述UE處在另一個非移動UE的無線電覆蓋範圍內，就仍然可以透過基於網路拓撲的管理來向所述UE提供D2D無線服務。如果某個非移動UE位於無效區域223、225中，或者實際上還位於有效區域221、222、224中，那麼仍然可以透過基於網路拓撲的管理來向所述非移動UE提供D2D無線服務，方法是將所述非移動UE附接到附近的控制節點201到209。

網路拓撲管理方法的概念將闡明如下。返回參考圖4，具體而言參考包括控制節點401和非移動UE 407的設置，網路拓撲管理方法的概念的一個主旨是可以透過讓控制節點401維持呈樹(或鏈)狀形式的UE拓撲來向UE提供D2D無線服務，這樣如果某個UE落在控制節點401的覆蓋範圍以外，所述UE仍然可以透過另一個非移動UE來以D2D模式通訊，所述另一個非移動UE在控制節點401的無線電範圍內並且因此能夠充當在控制節點401的範圍外的UE的中繼節點。

圖6進一步繪示了基於網路拓撲的D2D的多個UE管理的概念。一般看來，控制節點401可以與位於控制節點401的無線電範圍內的非移動UE 407進行通訊。非移動UE 407隨後可以充當要以D2D模式通訊的其他UE 451和452的中繼節點，只要UE 451和452在UE 451的無線電範圍內即可。由於非移動UE 407被指配了固定標識，因此控制節點可以透過非移動UE 407的固定標識來追踪非移動UE 407。如果UE 451和452為非移動的，那麼UE 451和452也將被分配固定標識。隨後，控制節點401將能夠透過非移動UE 407、451和452的固定標識來對它們進行追踪。

UE 451甚至可以透過UE 407的無線電覆蓋範圍來與UE 452以D2D模式通訊，而不需要控制節點401在非移動UE 451與452之間不斷傳送無線資料。如果UE 451和UE 452在控制節點401的無線電覆蓋範圍內，UE 407也可以充當UE 451與UE 452之間的中繼節點，從而促進D2D模式的通訊。

類似地，非移動UE 451和/或非移動UE 452可以充當 UE 453的中繼節點。在UE 453也是非移動的情況下，非移動UE 453又可以充當中繼節點以將無線電覆蓋範圍提供給移動UE 414。類似地，非移動UE 452可以充當中繼並且將D2D無線電覆蓋範圍提供給移動UE 413。因此，只要鏈路401、451、453和414以未斷裂形式(unbroken fashion)形成，移動UE 414就能透過非移動UE 453和451間接地連接到控制節點401，因為鏈路中的每個節點都充分地處在鄰近節點的無線電覆蓋範圍內。因此，對於圖6中的方案而言，控制節點401將追踪非移動UE 407、451、452和453，因為它們每個都可以充當中繼節點以將D2D通訊提供給其他移動UE。

在另一個實施例中，作為一個單元的非移動UE 453和移動UE 414可以實施為個人私有網絡(individual private network)。一般而言，網路可以分配一個靜態標識(identification；ID)並且透過所述靜態ID來追踪非移動UE，而非移動UE又能將ID指配給附接到所述非移動UE的其它UE。

一般而言，由於非移動UE被分配了固定標識，因此控制節點可以追踪這些非移動UE。對於具有非移動性標識的UE而言，協調器能夠透過直接連接到所述協調器的D2D的多個UE來獲取網路拓撲，因為這些UE被分配了固定標識。這些UE可以更收集連接到這些UE並且被分配了固定標識的下一組UE的標識。上述步驟可以重複進行，直到獲得具有固定標識的D2D的多個UE的完整網路拓撲為止。至於具有臨時標識的D2D的多個UE，它們可以連到具有固定標識的UE上。因此，對於已經授權有固定標識的非移動UE而言，它們可以被視為透過擴大控制節點的無線電覆蓋範圍而得到的控制節點的擴大，從而能夠向控制節點範圍外的UE提供D2D模式的通訊。

建立網路拓撲可能需要了解各裝置(例如控制節點、移動UE以及非移動UE)之間的連接關係，以及這些裝置的位置或相對位置。裝置的位置可以用於識別一個裝置與其周圍裝置之間的關係。一般而言，UE的絕對位置可以由常見的定位裝置，例如全球衛星定位系統(global positioning satellite；GPS)，來進行測量。控制節點的絕對位置可以由GPS定位裝置獲得，或者它可以由網路提供。也可以計算和確定一個裝置相對於另一個裝置的位置(即，裝置的相對位置)。當裝置彼此進行D2D模式的通訊時，每個裝置的接近訊息可以被傳送給網絡。換句話說，可以透過這些上述裝置的D2D通訊來幫助確定每個裝置的接近訊息。

圖7繪示了根據本揭露內容的一個示範實施例的接近指示輔助的D2D通訊。圖7包括已經與UE 702建立無線連接的控制節點701，所述UE 702又可以與兩個其他UE 703、704直接通訊。UE 702可以將其絕對位置報告給控制節點701。UE 702也可以向控制節點701報告它位於兩個UE 703、704的無線電通訊範圍內。(即，UE 703、704與UE 702接近)。UE 703也可以透過UE 702的中繼向控制節點701報告其位置以及附近的其他UE是否在UE 703的無線電範圍內。UE 704也可以透過UE 702的中繼節點向控制節點701報告其位置以及附近的其他UE是否在UE 704的無線電範圍內。這樣，控制節點701可以根據UE的接近報告來維持D2D裝置的完整拓撲。

圖8A到圖8B是根據本揭露內容的一個示範實施例的由數據中心進行的遠端拓撲維持。假定存在如圖8A中所示的由一系列UE 811到816形成的網路拓撲。確切地說，UE 811、812、814和816如圖8B所示處在控制節點801的無線電範圍內，所述拓撲可以擴大到容納存在於所述控制節點的無線電範圍外的UE 813和815，這樣所有的UE 811到816都可以透過其他非移動UE的中繼節點而彼此進行D2D模式的通訊。在從UE 811到816接收到可用的接近報告之後，控制節點801將維持圖8A中的網路拓撲。控制節點801隨後將所述網路拓撲轉發到網路中的數據中心850。數據中心850隨後將維持控制節點801下的完整網路拓撲。

所述網路拓撲可以如下進行更新。在一個實施例中，回覆於第一裝置不能在附近發現先前在第一裝置附近並且是所述網路拓撲的一部分的第二裝置，第一裝置將向控制節點報告第二裝置不在附近並且因此已從所述拓撲中斷線。回覆於第一裝置向控制節點報告，控制節點隨後將向數據中心報告，所述數據中心隨後將相應地更新所述拓撲。例如，如果UE 812不能在UE 812的無線電範圍內檢測到UE 813的存在，那麼UE 812則隨後將經更新的拓撲報告給控制節點801。控制節點801隨後將所述訊息轉發到數據中心850，所述數據中心隨後將更新拓撲以排除UE 813。

在另一個示範實施例中，控制節點可以具有一個定時器，這樣當在控制節點接收到的接近報告中兩個裝置之間的關係不復存在時，控制節點將在所述關係斷線的時間長於預定時間段之後更新拓撲以不再包含所述關係。例如，控制節點801可以具有一個定時器，這樣當UE 813斷線的時間達到預定時間段例如10秒、45秒或60秒時，UE 813將從拓撲中移除，並且控制節點801相應地將經更新的拓撲轉發到數據中心850。

圖9A繪示了根據本揭露內容的一個示範實施例的網路進入程序。所述網戮進入程序可以描述如下。在步驟S951中，UE進入D2D網路。在步驟S952中，網陸對UE進行授權以在網路中進行D2D通訊。在步驟S953中，UE在所指示的D2D資源中檢測鄰近UE。在步驟954中，UE向控制節點報告鄰近UE。

圖9A中的網路進入程序可以用圖9B中的方案所示的實例來闡明。在圖9B的方案中，假定UE 911進入D2D網路，所述網路包括伺服器/雲端905、控制節點、在UE 911的無線電範圍內的兩個鄰近的UE 912和913。伺服器/雲端905可以是前述的頻譜所有者/計費伺服器120，或者它可以是可以透過交易中心130與頻譜所有者/計費伺服器120進行協商的外部伺服器(例如，軍用140、緊急服務150，以及其他服務160)。在步驟S951中，UE 911進入D2D網路。在步驟S952中，網路伺服器/雲端905對UE 911進行授權以在網路中進行D2D通訊。在步驟S953中，UE 911檢測鄰近UE，即，UE 912和UE 913。在步驟954中，UE 911向控制節點901報告鄰近UE 912、913。

應注意，當正在管理網路拓撲時，涉及到授權和資源分配的程序將類似於先前揭露的前述程序，因此將不復贅述。

圖9C繪示了根據本揭露內容的一個示範實施例的鄰近檢測程序。在步驟S961中，第一UE週期性地廣播包括第一UE的ID的消息。在步驟S962中，在第一UE的廣播範圍內的第二UE可能會接收到含有所述ID的消息。在步驟S963中，第二UE將第一UE添加到鄰居列表。結合圖9C返回參考圖9B中的實例，在步驟S961中，UE 911週期性地廣播其ID。在步驟S962中，UE 912接收UE 911的所廣播ID。在步驟S963中，UE 912將UE 911添加到其鄰居列表。基於上述鄰近檢測程序，UE 912將在其鄰居列表中包含UE 911，而UE 911將在其鄰居列表中包含UE 912和UE 913。

圖9D繪示了根據本揭露內容的一個示範實施例的網路更新程序。在步驟S971中，UE週期性地檢測鄰近UE。在步驟S972中，UE在已掃描了鄰近UE之後更新其鄰居UE列表。在步驟S973中，UE將經更新的鄰居UE列表報告給控制節點。

根據一個示範實施例，鄰居UE列表可以編制成鄰近表，該表隨後將被發送到控制節點。圖9E繪示了根據本揭露內容的一個示範實施例的鄰近表。使用圖9B中的實例，UE 911將使UE 912和913均標記為“是”(yes)，因為UE 912和UE 913均在UE 911附近。同樣地，UE 912將使UE 911標記為“是”，而UE 913標記為“否”(no)，並且UE 913將使UE 911標記為“是”，而UE 912標記為“否”。

隨著進入程序、更新程序以及檢測程序的界定，網路仍然需要了解拓撲中的UE成員的位置從而為D2D UE授權並且分配資源。傳統的定位方法通常需要UE檢測其就經度和緯度來說的絕對位置並且將所述絕對位置報告給網路。然而，根據本揭露內容，裝置可能只需要了解與另一個裝置的相對位置即可充分記錄網路拓撲。兩個裝置之間的相對位置可以包括距離和角度。例如，可以說第一UE與第二UE相距50米。可以說第一UE與第二UE相距5米。可以說第一UE在第二UE的北面35度處。並且兩個裝置之間的相對位置可以包括從一個裝置移到另一個裝置的相對時間以及兩個裝置之間的相對方向。(即，一個裝置在另一裝置的前面或後面。)

相對訊息的概念也可以應用於其他變量，例如在一個裝置是溫度計的情況下是兩個裝置之間的相對溫度。透過傳輸某一裝置相對於參考裝置的相對溫度，裝置無需了解其絕對溫度。並且，在一個裝置是機動車輛的情況下，相對訊息的概念可以應用於交通負荷，因為車輛只需要傳輸相對於參考車輛的相對交通負荷訊息。相對訊息也可以用於傳輸例如汽車牌照等訊息。在智慧型電錶的情況下，每個智慧型電錶也可以傳送任何相對的訊息而不是傳送絕對的訊息。

傳輸相對訊息的優點之一是裝置中的應用程序可能無需了解絕對位置。例如即時通訊程序或一些社交網路應用程序等應用程序可能無需了解絕對位置。不具有任何定位硬體的裝置也可以獲得將相對訊息遞送到鄰近裝置並且隨後依靠鄰近裝置將相對訊息中繼節點到最終裝置的好處，所述最終裝置將相對訊息轉化為絕對訊息。對於具體環境，例如在隧道中，裝置不能接收足夠強的訊號來執行絕對定位，因此將利用其他裝置來獲得或計算它自己的位置。

裝置可以將相對訊息報告給伺服器或在附近的另一個鄰近D2D裝置。圖10A繪示了根據本申請案的一個示範實施例的對伺服器進行的裝置報告位置方法。在這個實施例中，第一UE裝置進行計算並且報告給伺服器。首先，伺服器/雲端1001可以任選地向第一UE 1010請求第二UE 1011的相對位置。第一UE 1010隨後將計算第二UE 1011的相對位置並且將第二UE 1011的相對位置報告給伺服器/雲端1001。

在另一個示範實施例中，第二UE可以進行計算並且報告給伺服器。例如，伺服器/雲端1001可以任選地請求第二UE 1011相對於第一UE 1010的位置，並且可能只需要此類相對訊息。第一UE 1010隨後將向第二UE 1011請求第二UE 1011的絕對位置。第二UE 1011隨後將獲得其絕對位置並且計算其相對於第一UE 1010的位置。第二UE 1011隨後將所述相對位置發送到第一UE 1010，並且第一UE 1010可以將第二UE 1011相對於第一UE 1010的相對位置報告給伺服器/雲端1001。

圖10B繪示了根據本申請案的一個示範實施例關於對另一個裝置進行的報告裝置位置的方法。在這個示範實施例中，第一裝置進行計算並且直接報告給另一個裝置。在圖10B的方案中，有三個D2D UE彼此接近，即，第一UE 1110、第二UE 1111，以及第三UE 1112。首先，第三UE 1112任選地向第一UE 1110請求第二UE 1111的相對位置。第一UE 1110隨後計算第二UE 1111的相對位置並且將第二UE 1111的相對位置報告給第三UE 1112。

在另一個示範實施例中，第二UE 1111可以進行計算並且直接報告給另一個裝置。首先，第三UE 1112任選地請求第二UE 1111相對於第一UE 1110的相對位置。第一UE 1110隨後請求第二UE 1111的絕對位置。第二UE計算第二UE 1111的絕對位置。第二UE 1111隨後基於第二UE 1111的絕對位置來計算第一UE 1110的相對位置。第二UE 1111隨後將所述相對位置發送到第一UE 1110第一UE 1110隨後將第二UE 1111相對於第一UE 1110的相對位置遞送到第三UE 1112。

圖10C繪示了根據本申請案的一個示範實施例的用於一組裝置的裝置報告位置方法。在這個示範實施例中，在伺服器選擇性的向附近的一組UE發出請求後，一個UE將該組中所有UE的位置報告給伺服器。首先，伺服器/雲端1002可以任選地向第一UE 1200請求在第一UE 1200附近的所有UE(包括第二UE 1201、第三UE 1202，以及第四UE 1203)的絕對位置。第一UE 1200隨後請求或計算或收集第二UE 1201、第三UE 1202，以及第四UE 1203的絕對位置。第一UE 1200隨後可以向伺服器/雲端1003報告所有UE 1200到1203的絕對位置。

在另一個實施例中，第一UE 1200不是將所有UE 1200到1203的原始絕對位置報告給伺服器/雲端1003，而是可以按壓縮形式來報告絕對位置的數據。所述壓縮形式基本上包含了絕對位置的原始數據並且將原始絕對數據轉換成與參考UE的相對數據。例如，如果第一UE 1200位於經度25.0392和緯度121.525處，並且第二UE位於經度25.0393和緯度121.525處，那麼第一UE 1200只需要將第二UE 1201的位置報告成相對於第一UE 1200的經度0.0001和緯度0，這樣，只用較少的比特就能表示定位數據。

圖11是根據本申請案的一個示範實施例的流程圖，它從用戶設備的觀點示出了基於網路拓撲的管理方法。在步驟S2001中，UE透過控制節點向網路請求授權。如果所述UE在控制節點的無線電範圍內，那麼所述UE可以向控制節點請求鄰居列表。否則，UE可以檢測鄰近UE的存在，並且將非移動UE用作中繼節點以向網路請求授權。在步驟S2002中，UE接收授權和資源分配，所述授權和資源分配包括但不限於靜態ID。在這個步驟中，頻譜所有者透過控制節點來准許UE接入頻譜，並且在UE為非移動時，可以為所述UE分配靜態ID，或在UE為移動時，可以為所述UE分配臨時ID。在步驟S2003中，UE與一個或多個其他UE進行D2D通訊。

圖12是根據本申請案的一個示範實施例的流程圖，它從控制節點的觀點示出了所提出的D2D資源管理方法。在步驟S2011中，控制節點從UE接收對D2D通訊的請求。控制節點也可以從所述UE接收鄰居列表或經更新的鄰居列表。控制節點隨後可以傳送UE對進行D2D通訊的請求，並且所述傳送可以包括經過更新的網路拓撲將由網路內的數據中心進行記錄。在步驟S2012中，控制節點從頻譜所有者接收授權和資源分配。在步驟S2013中，控制節點將所述授權和資源分配傳輸到UE，所述授權和資源分配包括但不限於靜態ID。

鑑於前述描述，本揭露內容提出了一種用於實現D2D通訊資源管理的方法，這樣網錄可以將D2D資源分配給D2D的多個UE並且執行資源租賃和計費。所述方法包括：根據UE所處的地理區針對D2D模式的通訊來驗證UE；執行授權和資源分配；以及管理UE的網路拓撲，這樣即使這些UE位於控制節點的無線電範圍外它們也能夠在沒有控制節點的幫助下進行通訊。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。