一种无线蜂窝网中用于多播簇的低能耗多播方法

摘要

一种无线蜂窝网中用于多播簇的低能耗多播方法，首先计算每个节点作为中继节点以不同发送功率转发数据包时从基站多播一个数据包到所有接收节点的总能量消耗期望值，然后挑出具有最小总能量消耗期望值的节点和发送功率档来作为中继节点和它的发送功率，最后对于基站要多播给节点的每个数据包，先由基站向中继节点反复发送该数据包直到中继节点正确接收到该包，再由中继节点以所确定的发送功率来反复发送该数据包直到所有其它接收节点正确接收到该包。本发明能够降低无线蜂窝网中多播簇内多播节点的总能量消耗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线蜂窝网中用于多播簇的低能耗多播方法，该方法适用于无线蜂窝网中多播接收节点位于一个小区域时从基站到接收节点的数据多播。

背景技术

随着通信技术的进步，移动无线网络的用户规模急剧增加，这导致了无线蜂窝网中数据流量的急剧增加，对蜂窝网中的基站造成了巨大的压力。

在无线蜂窝网络中，经常有一些用户请求相同的数据，比如最新的信息发布和文件分发，因此组播流量占总流量的很大一部分。在无线蜂窝网络的可靠多播方案中，基站重复发送相同的数据包，直到它被所有接收者接收，导致基站承担较大的组播业务负载和节点端大量的接收能耗。

作为下一代移动通信中一种能有效减轻基站负载的技术，无线蜂窝网中的设备到设备通信(简称为D2D通信)在近几年受到了科研界和产业界的极大重视。因此设计基于D2D通信的多播方法具有非常重要的意义。从多播用户的物理位置分布该角度，多播场景可分为以下两类：(1)从BS多播数据到散布在整个蜂窝小区的用户；(2)从BS多播数据到某个小区域(如一幢办公楼)内多个用户，这些用户两两邻近，称这些两两邻近、可以相互进行D2D通信的多播用户组成一个D2D多播簇。

目前已有的用于D2D多播簇的多播方法没有考虑到节点的能耗问题，而能耗是无线网络中需要考虑到的一个非常重要的性能指标。没有考虑到节点能耗的多播方法将导致相对较高的节点端能耗。

发明内容

为了克服现有的用于D2D多播簇的多播方法会导致较高的节点端能耗问题，本发明提出了一种无线蜂窝网中用于多播簇的低能耗多播方法，该方法联合优化D2D多播簇内中继节点的选取以及发送功率的选取，来达到较低的节点总能耗。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下的技术方案：

一种无线蜂窝网中用于多播簇的低能耗多播方法，该方法包括以下步骤：

1)对于由N个两两邻近的接收节点组成的多播簇，对于i＝1,2,…,N,根据公式(1)计算接收节点i从基站正确接收一个数据包的期望接收能耗

其中，P_i^B是基站到中继节点i的无线信道数据包接收率，e_rx是节点接收一个数据包所需要的能耗；

2)表示节点i作为中继节点并以第k档发送功率发送数据包时每个包的期望发送次数，k∈{1,2,...,K},K是节点可用的发送功率的档数，

对于每对i∈{1,2,…,N}和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用以下公式(2)计算出

其中，I＝{1,2,...,N}，是当节点i用第k档功率给节点j发送数据包时的包接收率；

3)对于i＝1,2,…,N,根据公式(3)计算出节点i以第k档发送功率给其它接收节点发送一个数据包时所有其它接收节点的期望总接收能耗为

4)对于每对i∈{1,2,…,N}和k∈{1,2,...,K}的联合取值,根据公式(4)计算出节点i作为中继节点并以第k档发送功率来转发数据包时所有节点正确接收一个数据包的期望总能耗

其中，表示节点以第k档发送功率发送一个数据包所需要的发送能耗；

5)在所有i∈{1,2,…,N}和k∈{1,2,...,K}的联合取值中，挑出具有最小值的节点i和发送功率档k来作为中继节点和它的发送功率；

6)对于基站要多播给节点的每个数据包，先由基站向中继节点i反复发送该数据包直到中继节点i正确接收到该包，再由中继节点i以上一步所确定的发送功率来反复发送该数据包直到所有其它接收节点正确接收到该包。

本发明的有益效果为：本发明联合优化D2D多播簇内中继节点的选取以及发送功率的选取，使得D2D多播簇内所有节点的总能耗达到最小化，达到节能的效果。

附图说明

图1是无线蜂窝网中基于设备到设备通信的多播示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1，一种无线蜂窝网中用于多播簇的低能耗多播方法，该方法包括以下步骤：

1)对于由N个两两邻近的接收节点组成的多播簇，对于i＝1,2,…,N,根据公式(1)计算接收节点i从基站正确接收一个数据包的期望接收能耗

其中，P_i^B是基站到中继节点i的无线信道数据包接收率，e_rx是节点接收一个数据包所需要的能耗；

2)表示节点i作为中继节点并以第k档发送功率发送数据包时每个包的期望发送次数，k∈{1,2,...,K},K是节点可用的发送功率的档数，对于每对i∈{1,2,…,N}和k∈{1,2,...,K}的联合取值，用以下公式(2)计算出

其中，I＝{1,2,...,N}，是当节点i用第k档功率给节点j发送数据包时的包接收率；

3)对于i＝1,2,…,N,根据公式(3)计算出节点i以第k档发送功率给其它接收节点发送一个数据包时所有其它接收节点的期望总接收能耗为

4)对于每对i∈{1,2,…,N}和k∈{1,2,...,K}的联合取值,根据公式(4)计算出节点i作为中继节点并以第k档发送功率来转发数据包时所有节点正确接收一个数据包的期望总能耗

其中，表示节点以第k档发送功率发送一个数据包所需要的发送能耗；

5)在所有i∈{1,2,…,N}和k∈{1,2,...,K}的联合取值中，挑出具有最小值的节点i和发送功率档k来作为中继节点和它的发送功率；

6)对于基站要多播给节点的每个数据包，先由基站向中继节点i反复发送该数据包直到中继节点i正确接收到该包，再由中继节点i以上一步所确定的发送功率来反复发送该数据包直到所有其它接收节点正确接收到该包。

针对N个节点组成的多播簇，已知蜂窝下行链路包接收率、节点间在不同发送功率档下的包接收率、节点以第k档发送功率发送一个数据包所需要的发送能耗节点接收一个数据包所需要的能耗e_rx，说明本发明的具体实施方案。

首先，对于i＝1,2,…,N，计算节点i从基站反复接收一个数据包直到成功接收到该包所需要的接收能耗期望值

然后，对于每对i∈{1,2,…,N}和k∈{1,2,...,K}的联合取值,计算出节点i作为中继节点并以第k档发送功率发送数据包时每个包的期望发送次数

接着，对于i＝1,2,…,N,计算出节点i以第k档发送功率给其它接收节点发送一个数据包时所有其它接收节点的期望总接收能耗

在所有i∈{1,2,…,N}和k∈{1,2,...,K}的联合取值中,挑出具有最小值的节点i和发送功率档k来作为中继节点和它的发送功率。

对于基站要多播给节点的每个数据包，先由基站向中继节点i反复发送该数据包直到中继节点i正确接收到该包，再由中继节点i以所确定的发送功率来反复发送该数据包直到所有其它接收节点正确接收到该包。