[发明专利]无线D2D网络中基于P2P文件共享路由的方法

摘要

本发明公开了一种无线D2D网络中基于P2P文件共享路由的方法，包括1)根据基站端的路径增益、蜂窝用户发射信号在基站端的信干比，以及节点之间的最高传输速率，构建最大化平均数据下载速率的路由优化模型；2)在路由优化模型中，设计一种不支持P2P文件共享机制的路由策略，对每个订阅者进行文件服务器选择，然后对每个文件服务器进行频谱分配，最后，为每个文件服务器选择与其所连接的订阅者之间的最短径，进行数据传输。本发明综合考虑了D2D节点和蜂窝用户之间的干扰，在保证蜂窝用户通信质量的同时满足了D2D链路的最低传输速率；显著提高了数据下载速率。

主权项

一种无线D2D网络中基于P2P文件共享的路由方法，用于一蜂窝网络和D2D网络并存的场景，其特征在于，包括以下步骤：1)根据基站端的路径增益、蜂窝用户发射信号在基站端的信干比，以及节点之间的最高传输速率，构建最大化平均数据下载速率的路由优化模型；具体步骤包括：1‑1)、计算基站端的路径增益，其计算公式为：Gm=αPcelldm-θ]]>其中，Pcell为蜂窝用户的发射功率，dm为第m个蜂窝用户和基站之间的距离，θ是路径损耗指数，α是天线的固定功率增益；1‑2)、计算第m个蜂窝用户发射信号在基站端的信干比SIRcell,m，并要求其值大于等于门限值ρth：SIRcell,m=GmαPnΔn-θ=αPcelldm-θαPnΔn-θ=Pcelldm-θPnΔn-θ≥ρth]]>其中，Pn为D2D节点n的发射功率，Δn为节点n和基站之间的距离；1‑3)、由上式计算出节点n发射功率的上界为：Pn≤Pcellρth(Δndm)θ]]>1‑4)、计算节点n到节点k的最高传输速率R(n,k)，其计算公式为：R(n,k)=Blog(1+αPndn,k-θN0+αPcellΔ(k,m)-θ)=Blog(1+αPcelldn,k-θdm-θ(N0+αPcellΔ(k,m)-θ)Δn-θρth)]]>其中，B为蜂窝用户的带宽，Δ(k,m)为节点k和第m个蜂窝用户之间的距离，dn,k为节点n和节点k之间的距离，N0为噪声功率；1‑5)、假设网络中共有Nser个文件服务器和Nsub个订阅者，定义从第u个服务器到第v个订阅者的数据下载速率R(fu→sv)为：R(fu→sv)=RthH(fu→sv)]]>其中，H(fu→sv)为一个数据包从第u个文件服务器传到第v个订阅者所需经过的跳数，Rth为D2D节点间的最低传输速率；1‑6)、由于一个订阅者可以从所有服务器下载数据，因此第v个订阅者的总数据下载速率R(sv)计算公式如下：R(sv)=Σu=1NserR(fu→sv)=Σu=1NserRthH(fu→sv)]]>1‑7)、基于上式所给出的定义，我们可以得到对所有订阅者下载速率平均后的平均数据下载速率R为：R=1NsubΣv=1NsubR(sv)=1NsubΣv=1NsubΣu=1NserRthH(fu→sv)]]>1‑8)、基于以上定义与公式，我们得到最大化平均数据下载速率的路由优化模型如下：其中，是从各服务器发出的路由的集合，代表由服务器fu通往其目的订阅者的路由，表示服务器、订阅者以及通信使用频谱的分配方案，Ku代表分配方案的最大个数，为与第fu个服务器对应的分配方案记录单元，该单元由三个变量构成，变量zu,1设定为fu，代表与服务器fu相关联的路由的起点为fu，变量zu,2设定为sv，代表与服务器fu相关联的路由的终点为sv，变量zu,3的取值为m，代表与服务器fu相关联的路由使用第m个蜂窝用户的频谱进行通信，假设蜂窝网络中共有M个蜂窝用户，其下标为m＝1,2,...M；2)在路由优化模型中，对每个订阅者进行文件服务器选择，然后对每个文件服务器进行频谱分配，最后，为每个文件服务器选择与其所连接的订阅者之间的最短径，进行数据传输；具体步骤包括：2‑1)、文件服务器选择：a、对每个订阅者sv，计算出与其距离最远的服务器fu′(v)：u′(v)=argmaxu{dfu,sv},∀v=1,2]]>b、将各订阅者按照其与各服务器的最远距离由大到小排序，找到具有最远距离订阅者sv′：v′=argmaxv{dfu′(v),sv}]]>c、为挑选出的订阅者sv′按照最小距离原则选择服务器u*(v′)，最小距离原则的表达式如下：u*(v′)=argminu{dfu,sv′}]]>d、根据选择结果设置服务器u*(v′)的即令并将另一订阅者分配给剩下的一个服务器，设置与该服务器对应的分配方案记录单元；2‑2)、频谱分配a、对服务器fu，计算可以衡量该服务器及其目的订阅者与基站、蜂窝用户m之间距离的标量b、按照下式为服务器fu找到蜂窝用户m′u：c、按照由小到大为所有服务器排序，并按照该顺序依次为每个服务器选择所要共享频谱的蜂窝用户，即2‑3)、路由选择a、对从服务器fu发出的路径其最小化路径跳数的优化模型如下：s.t.:R(πu(k),πu(k+1))≥Rth;]]>πu(1)＝fu；πu(Ku+1)＝zu,2；πu(w)≠fi,sj,∀1<w≤Ku,i≤Nser,j≤Nsub]]>其中，表示集合的势，在此为路由的总跳数；Ku为该路径的总跳数；fi代表全网络中第i个服务器，sj代表全网络中第j个订阅用户；b、对上式所示的优化问题，将其转化成有向图，从而使用Dijkstra算法求得从fu到其目的订阅者的最短路径