一种适用于宽带集群系统的协作中继选择方法

摘要

本发明公开了一种适用于宽带集群系统的协作中继选择方法，区别于传统算法，加入了用户的电量信息，在两时隙数据传输模式下，增加两个短时隙。第一个短时隙基站发射完数据信息以后，先让成功用户广播其服务信息，失败用户接收到服务信息后根据电量信息选择期望中继；第二个短时隙失败用户对期望中继信息进行广播，当成功用户收到的期望中继信息与自身信息相符时，则加入到中继传输集合中，作为中继对组播信息进行转发。采用本发明的通信系统，可以解决几个中继共同服务一个失败用户如何选择最优中继的问题，通过中继用户的减少，降低单次组播消耗的功率，进一步延长组播业务的生存时间和增加总的发送数据量，提高宽带集群系统的能效。

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种适用于宽带集群系统 的协作中继选择方法。

背景技术

宽带集群系统是一种特殊的专网系统，其中组播业务是其重要的功能组成 部分。现有的协作组播系统基本按照两个时隙进行传输，图1是现有的两时隙 组播传输示意图。如图1所示，现有的协作组播系统在第一个数据传输时隙， 基站以一定的速率传输数据，其中一部分用户接收到数据，称为成功用户，另 外一部分未接收到数据的用户称为失败用户；在第二个数据传输时隙，按照一 定规则选择成功用户作为中继进行数据重传，对失败用户进行挽救。

在现有的实际系统中，例如LTE（Long Term Evolution,长期演进）系统， WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互联接入） 系统，一般有两种传统中继选择方法：

传统中继选择方法1，只要是成功用户都去做中继进行转发。图2是传统中 继选择方法1的示意图。但是传统中继选择方法1具有一个明显的缺点：单次 组播浪费了能量，例如，最差的情况：当所有的用户在第一个数据传输时隙都 成功接收到数据（这时系统不需要中继传输），所有的成功用户还是白白浪费了 能量去发送数据。

传统中继选择方法2，是基于LBS（Location Based Service，位置定位服务） 的中继选择方法，目的是为了克服第一种方法的缺点。图3是传统中继选择方 法2的示意图，其中图3(a)传统中继选择方法2的时序过程。如图3(a)所示，传 统中继选择方法2的具体过程是在两个时隙内，增加一部分时间开销，称为短 时隙（大约占整个组播时隙的3.23%），让失败的用户去请求成功的用户，收到 请求的用户再去做中继转发。显然第二种中继选择方式使得一些没有服务对象 的成功用户退出中继选择范围，降低了能量的消耗，使得组播的生存时间（进 行组播的次数）进一步延长。然而传统中继选择方法2也有明显的缺点，有可 能多个成功用户同时为一个失败用户服务。图3(b)是传统中继选择方法2的一个 具体协作中继示意图，如图3(b)所示，失败用户1发出请求后，成功用户3、4、 5均收到该请求，因此都作为中继向失败用户1转发数据；成功用户3、6均收 到失败用户2的请求，都作为中继向失败用户2发送数据。可见，传统中继选 择方法2中存在重复发送的情况，造成能源的浪费。

在一些特殊应用场景中，特别是能量受限的状况下，宽带集群系统中组播 用户的电池能量是非常宝贵的资源，只要是一个用户终端没电以后，整个组播 业务就无法进行下去。在这种情况下，需要更加能量有效的中继选择方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于宽带集群系统的 协作中继选择方法，根据组播用户的电量信息选择适当的成功用户作为中继， 降低单次组播消耗的功率，进一步延长组播业务的生存时间和增加总的发送数 据量，提高宽带集群系统的能效。

为实现上述发明目的，本发明适用于宽带集群系统的协作中继选择方法， 其特征在于包括以下步骤：

（1）、在第一个数据传送时隙，基站以一定的速率R₁在T₁时间内向其覆盖范 围内的N个组播用户发送组播信息，有X个成功用户接收到组播信息，其集合 为其中1≤m≤X为第m个成功用户；未接收到组播信 息的失败用户为Y＝N-X个，其集合为其中1≤n≤Y 为第n个失败用户；

（2）、在第一个短时隙，每个成功用户广播其服务信息，包括其标号和 电量信息，记为其中e_m为第m个成功用户的电量信息；所有失败用户 进行监听，如果接收到成功用户的服务信息，即将该成功用户作为提供服务 的成功用户，并将其服务信息存储到该失败用户的服务信息表Serve_n中，从 中选择电量信息最大的成功用户作为该失败用户的期望中继；如果失败 用户接收不到任何成功用户的服务信息，则该失败用户不存在期望中继；

（3）、在第二个短时隙，步骤（2）中每个具有期望中继的失败用户广播 其期望中继的标号；每个成功用户进行监听，如果有失败用户的期望中继 的标号与该成功用户相符，则该成功用户加入中继传输集合U_relay，否则不 作任何操作；

（4）、在第二个发送数据时隙，中继传输集合U_relay中的成功用户作为中继 以R₂的速率在时间T₂内将其从基站接收到的组播信息转发出去，使步骤（2）中 每个具有期望中继的失败用户接收到组播信息。

其中，步骤（2）中的电量信息为当前电量值。

其中，步骤（2）中的电量信息为当前电量值占电池容量的百分比。

进一步地，步骤（2）中将成功用户作为提供服务的成功用户还包括以下步 骤：

设置成功用户的服务信息功率阈值，选择服务信息功率大于阈值的成功用 户作为提供服务的成功用户，如果所有接收到的成功用户的服务信息功率均不 大于阈值，则将所有接收到成功用户均作为提供服务的成功用户。

进一步地，步骤（2）中将成功用户作为提供服务的成功用户还包括以下步 骤：

设置成功用户的服务信息误码率阈值，选择服务信息误码率小于阈值的成 功用户作为提供服务的成功用户，如果所有接收到的成功用户的服务信息功率 均不小于阈值，则将所有接收到成功用户均作为提供服务的成功用户。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明适用于宽带集群系统的协作中继选择方法，在基站向组播用户发送 组播信息后的第一个短时隙，先让成功用户去广播服务信息，包括电量信息， 失败用户监听服务信息，根据收到的服务信息中的电量信息选择电量最大的成 功用户作为期望中继；在第二个短时隙，让失败用户广播期望中继的信息，成 功用户监听期望中继的信息，当与自身信息相符时，则该成功用户加入到中继 传输集合中，作为中继对组播信息进行转发。

本发明适用于宽带集群系统的协作中继选择方法，通过电量信息来选择一 个成功用户作为协作中继，降低了中继用户的数量，从而降低了单次组播消耗 的功率，同时根据电量信息来调度成功用户，从而延长组播业务的生存时间和 增加总的发送数据量，提高宽带集群系统的能效，使宽带集群系统更具适应性， 特别是在能量受限时能更好地发挥作用。

附图说明

图1是现有的两时隙组播传输示意图；

图2是传统中继选择方法1的示意图；

图3是传统中继选择方法2的示意图；

图4是本发明适用于宽带集群系统的协作中继选择方法的时序示意图；

图5是本发明一个具体实施例的能量效率随用户数量变化的示意图；

图6是本发明一个具体实施例的组播数据量随用户数量变化的示意图；

图7是本发明一个具体实施例的组播次数随用户数量变化的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员 更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和 设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图4是本发明适用于宽带集群系统的协作中继选择方法的时序示意图。如 图4所示，本发明适用于宽带集群系统的协作中继选择方法包括以下步骤：

步骤1：在第一个数据传送时隙，基站发送数据：

基站以一定的速率R₁在T₁时间内向其覆盖范围内的N个组播用户发送组播 信息，有X个成功用户接收到组播信息，其集合为其中 1≤m≤X为第m个成功用户；未接收到组播信息的失败用户为Y＝N-X 个，其集合为其中1≤n≤Y为第n个失败用户；

步骤2：在第一个短时隙，成功用户广播服务信息，失败用户监听，进行中 继选择：

每个成功用户广播其服务信息，包括其标号和电量信息，记为其中e_m为第m个成功用户的电量信息；所有失败用户进行监听，如果接收到 成功用户的服务信息，即将该成功用户作为提供服务的成功用户，并将其服务 信息存储到该失败用户的服务信息表Serve_n中，从中选择电量信息最大的成 功用户作为该失败用户的期望中继；如果失败用户接收不到任何成功 用户的服务信息，则该失败用户不存在期望中继。

在实际操作中，成功用户的电量信息可以为当前电量值，也可以为当前电 量值占电池容量的百分比。

失败用户在进行监听时，可以对接收到的成功用户的服务信息进行判断， 优选出通信质量更高的用户。可设定服务信息的功率阈值，选择服务信息功率 大于功率阈值的成功用户作为提供服务的成功用户，如果所有接收到的成功用 户的服务信息功率均不大于功率阈值，则将所有接收到成功用户均作为提供服 务的成功用户。还可设定服务信息的误码率阈值，选择服务信息误码率小于误 码率阈值的成功用户作为提供服务的成功用户，如果所有接收到的成功用户的 服务信息误码率均不小于误码率阈值，则将所有接收到成功用户均作为提供服 务的成功用户。

表1为某个失败用户的服务信息表Serve_n。

表1

假定表1中电量信息e_k,1≤k≤X最大，则该失败用户将成功用户作为 期望中继。

步骤3：在第二个短时隙，失败用户广播期望中继，成功用户监听，判断是 否加入中继传输集合：

步骤（2）中每个具有期望中继的失败用户广播其期望中继的标号；每个 成功用户进行监听，如果有失败用户的期望中继的标号与该成功用户相 符，则该成功用户加入中继传输集合U_relay，否则不作任何操作。

例如由表1可得成功用户为某个失败用户的期望中继，则该失败用户 广播成功用户的标号。成功用户在监听时会发现有失败用户的期望中继的 标号与自身相符，加入中继传输集合U_relay。

步骤4：在第二个发送数据时隙，中继传输集合中的成功用户发送数据：

中继传输集合U_relay中的成功用户作为中继以R₂的速率在时间T₂内将其从 基站接收到的组播信息转发出去，使步骤（2）中每个具有期望中继的失败用户 接收到组播信息。

实施例

本实施例主要对宽带集群系统能量效率、组播数据量、组播次数进行仿真。 表2为宽带集群系统的仿真参数。

表2

本实施例中成功用户广播服务信息时，采用的电量信息为当前电量值，失 败用户将所有接收到的成功用户均作为提供服务的成功用户。

图5是本发明一个具体实施例的能量效率随用户数量变化的示意图。如图5 所示，方式一、方式二、方式三分别为传统中继选择方法1、传统中继选择方法 2和本发明适用于宽带集群系统的协作中继选择方法。相对于传统中继选择方法 1与传统中继选择方法2，本发明的能量效率较高，且用户数量越大能量效率的 优势越明显。

图6是本发明一个具体实施例的组播数据量随用户数量变化的示意图。如 图6所示，方式一、方式二、方式三分别为传统中继选择方法1、传统中继选择 方法2和本发明适用于宽带集群系统的协作中继选择方法。可见本发明所能实 现的组播数据量远大于传统中继选择方法1与传统中继选择方法2，且用户数量 越大组播数据量的优势越明显。

图7是本发明一个具体实施例的组播次数随用户数量变化的示意图。如图7 所示，方式一、方式二、方式三分别为传统中继选择方法1、传统中继选择方法 2和本发明适用于宽带集群系统的协作中继选择方法。可见本发明所能实现的组 播次数明显大于传统中继选择方法1与传统中继选择方法2。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域 的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对 本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定 的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发 明创造均在保护之列。