蜂窝网络实现吞吐率最大化的D2D多播机会调度方法

摘要

一种蜂窝网络实现吞吐率最大化的D2D多播机会调度方法，基于D2D多播组的传输特性：只有所有用户都成功接收数据包后，源终端才发送下一个数据包；因此提高D2D多播组的吞吐率，必需综合考虑每个时隙的吞吐率，而每个时隙的吞吐率取决于该时隙中首次成功接收数据的用户数q_i，这样，D2D多播组吞吐率最大化的关键就是合理选择每个传输时隙中首次成功接收数据的用户数q_i。本发明综合考虑频谱利用率和网络吞吐率，将多播机会调度技术应用于D2D多播组，利用不同时隙的吞吐率的相关性，在提高频带利用率的同时，提高D2D多播组的吞吐率，从而提高整个蜂窝网络的吞吐率。本发明方法操作步骤简单，计算难度低，技术上容易实现，具有很好的推广应用前景。

主权项

1.一种蜂窝网络实现吞吐率最大化的D2D多播机会调度方法，其特征在于：每个数据包的传输都是在多个时隙完成的：在这些时隙中，源终端持续向D2D多播组用户发射该数据包，直至所有用户都成功接收后，源终端才发送下一个数据包；因D2D多播组的吞吐率是其每个时隙的吞吐率的均值，故提高D2D多播组的吞吐率，必需综合考虑每个时隙的吞吐率Y=r(i)×q_i，式中，自然数i是时隙序号，r(i)是源终端在每个时隙的数据发射速率，q_i是每个时隙首次成功接收数据的用户数；且r(i)与q_i的数值相互关联，即q_i的数值确定后，就能根据q_i计算得到r(i)；因此，每个时隙的吞吐率取决于该时隙中首次成功接收数据的用户数q_i，这样，D2D多播组吞吐率最大化的关键就是合理选择每个传输时隙中首次成功接收数据的用户数q_i；该q_i的最佳取值的调度方法包括下列操作步骤：（1）D2D多播组发送第1个时隙至第（i－1）个时隙的数据包后，源终端根据每个时隙的数据发射速率r(i)和该时隙首次成功接收数据的用户数q_i，按照公式∑Y=r(1)×q₁+…+r(i-1)×q_i-1计算前（i－1）个时隙的吞吐率的累加之和；（2）源终端先按照下述公式统计当前第i个时隙开始时，网络系统中尚未成功接收数据的用户数m_i=N-(q₁+…+q_i-1)，式中，N是D2D多播组的用户总数；然后根据第i个时隙首次成功接收数据的用户数q_i分别为{1,2,…,m_i}的不同情况时，计算所对应的第i个时隙的吞吐率：这样就能根据第i个时隙首次成功接收数据的用户数q_i推导得出源终端在该第i个时隙的数据发射速率r(i)为进而得到第i个时隙的吞吐率为（3）源终端根据第i个时隙结束时，网络系统中尚未成功接收数据的用户数（m_i-q_i）和D2D多播组用户与源终端的传输信道状态统计特性，估算后续时隙能够达到的最大吞吐率和后续时隙数由于q_i有m_i个不同数值，因此（m_i-q_i）也有m_i个不同数值；相应地，和也有m_i个不同数值；（4）源终端根据上述三个步骤（1）、（2）、（3）得到的数据∑Y=r(1)×q₁+…+r(i-1)×q_i-1，以及和基于第i个时隙里首次成功接收数据的用户数q_i，按照下述公式计算D2D多播组的吞吐率R的期望值$E\left[R\right]=\frac{r\left(1\right)\times q_1+···+r(i-1)\times q_{i-1}+r_{i,q_i}\times q_i+T_{m_i-q_i}\times L_{m_i-q_i}}{i+L_{m_i-q_i}};$因q_i有m_i个不同取值，相应地，E[R]也有m_i个不同取值；（5）根据吞吐率R的期望值E[R]，源终端根据计算公式从q_i的m_i个不同数值中选出能够使D2D多播组吞吐率R达到最大化的q_i最佳值。