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面向5G的D2D簇内信息共享机制

更新时间：2019-12-08 07:01:57 大小：3M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：5g d2d 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

D2D (device-to-device)通信是5G网络中的重要技术,有利于提升数据分发业务传输效率;然而,由于D2D通信引入了大量额外信令开销,当前的增强多播方案无法解决高效数据传输与低效信令流程之间的矛盾,降低了整体性能增益.为此,提出了一种基于多维矢量分析的最小化信令开销的D2D簇内信息共享算法,包含集中式与分布式两种实现方式,能通过自适应地选择D2D多播重传发射者和多播重传数据分组,大幅减少簇内重传次数,达到显著降低信令开销和传输时延的目的.

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童．j?警囊蓥。避蓼r

运营技术广角

面向5G的D2D簇内信息共享机制

汪少敏1。周斌z3

(1．中国电信股份有限公司上海研究院，上海200122；

2．中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200050；

3．上海无线通信研究中心，上海201210)

摘

要：D2D(device．to．device)通信是5G网络中的重要技术，有利于提升数据分发业务传输效率；然而，由于

D2D通信引入了大量额外信令开销。当前的增强多播方案无法解决高效数据传输与低效信令流程之间的矛

盾，降低了整体性能增益。为此，提出了一种基于多维矢量分析的最小化信令开销的D2D簇内信息共享算法，

包含集中式与分布式两种实现方式，能通过自适应地选择D2D多播重传发射者和多播重传数据分组，大幅减

少簇内重传次数．达到显著降低信令开销和传输时延的目的。

关键词：D2D通信；信令开销；数据分发；多播传输；5G

中图分类号：TN915

文献标识码：A

doi：10．11959／j．issn．1000--0801．2016019

mechanism

5G—oriented information

sharing

within D2Dclusters

WANG_{Shaominl，ZHOU}Bin2’3

Research Institute of China Telecom

200122，China

1．Shanghai

Co．，Ltd．，Shanghai

Institute of

and Information

Technology，Chinese Academy

200050，China

2．Shanghai

Micmsystem

Sciences，Shanghai

Research Center for Wireless

Communications，Shanghai 201210，China

3．Shanghai

is an

network．It

in 5G

the

Abstract：Device—to—Device(D2D)communication

important technology

to the

extra

signaling

helps

improve

overhead caused D2D

transmission

of data dissemination

services．However，due

efficiency

most of enhanced-multicast solutions cannot solve the contradiction between

communications，currently

high-efficient

data transmission and low-efficient

intra-cluster D2D information

reduce the overall

signaling procedure．SO踮to

based on matrix

performance gain．An

which includes centralized and distributed

sharing algorithm

analysis

modes was

could

reduce D2D relransmission times in clusters

proposed．The proposed algorithm

significantly

packets

aim of

the

retransmission，achieving

the

transmitters and data

for D2D multicast

adaptively selecting

reducing signaling

optimal

and

overhead

transmission

delay．

words：D2D

transmission，5G

overhead，data dissemination，muhicast

Key

communication，signaling

收稿日期：2015-06—03；修回日期：2015-11—16

基金项目：上海市自然科学基金资助项目(No．13ZRl440700)

Foundation Item：The Natural Science Foundation of

Shanghai(No．13ZRl440700)

万方数据

· 120·

■型塑

会导致重传次数过多，信令开销和分发时延也同比例急剧

上升[91。为此，本文在具体分析了现有算法的缺陷后，提出

了一种适用于该场景的信令开销建模与分析方法。以此为

理论基础，设计了一种基于多维矢量分析的D2D簇内信

息共享算法，包含集中与分布两种实现方式。该算法通过

对簇内共享状态的实时收集与分析，自适应地选择最佳重

传发射者和待重传数据分组，有效减少簇内重传次数，达

到最小化信令开销的目的。

引言

5G是4G移动通信技术的延伸，4G是5G网络的基

础，资源利用率将提高10倍以上，系统吞吐率提高25倍，

频率资源扩展4倍左右。为了达到这个目标，5G采用了

多项关键技术，包括高频段传输、新型多天线传输、同时同

频全双工、密集组网技术和超密集组网、D2D(device

device)和新型网络架构I”。其中，D2D是5G网络的一项

重要技术，增加了蜂窝通信系统频谱效率，降低了终端

发射功率，在一定程度上解决了无线通信系统频谱资源

匮乏的问题。

系统模型

以D2D通信(或簇内信息共享)增强的下行数据分发

方案由图1所示。首先，多个已接入蜂窝网且地理位置彼

此接近的移动设备，通过协商建立起D2D簇。同簇的移动

设备除了可以进行正常蜂窝上下行通信外，还能在D2D

链路上进行设备间直接通信。在传统数据分发方案中，当

D2D簇中的所有设备都希望从云端下载同一个数据文件，

每个设备都需要通过各自的蜂窝下行链路从所属基站接

在当前基于基础设施的移动通信网络中，基站(BS)作

为小区内的中心控制节点，是移动设备(终端)获得网络服

务的唯一接入点。移动设备只能通过蜂窝上行或下行链路

与网络中某个特定基站进行无线通信。然而研究表明【硐，

当多个移动设备彼此接近时。如果能实现设备间直接通信

(即D2D通信)，会给传统的蜂窝系统带来许多显著性能

增益，如更高的无线资源利用率、更长的电池使用时间、更

大的信号覆盖范围以及更低的网络干扰水平。近年来。采

用D2D技术增强传统蜂窝网络已经成为一个颇具前景的

新概念并受到广泛重视。上述D2D增强型蜂窝网中。一方

面，设备间的直接通信可以受益于蜂窝网的集中式控制架

构；另一方面，高质量短距离的D2D无线链路有助于大幅

提高蜂窝通信网的传输效率。

收完整的该文件(设为C

byte)，如图l(a)所示。而通过使

用D2D簇内信息共享增强的蜂窝下行数据分发方案，基

站侧的完整数据文件被切分为若干个数据块(假设分为3块，

大小为C。、c2和c3且C。+C2+C3=C)，簇内每个设备分别通

过各自的蜂窝下行链路接收其中的一个数据块；然后，为

了在各个设备处重新产生完整的数据文件，簇内每个设备

需要将自己成功收到的数据块转发给簇内其他所有的设

备，该过程称为“D2D簇内信息共享”。经过多次D2D簇内

信息共享和交换后，完整的数据文件可成功地从蜂窝基站

侧被传送到D2D簇内的每个移动设备侧。上述方案同

时使用了蜂窝下行链路和D2D直接链路，通过D2D

通信实现了提高下行数据分发效率与吞吐量的目的．如

图1(b)所示。

D2D通信在蜂窝网的一种典型应用为簇内信息共享。

传统的数据分发(data

dissemination)业务旧(如数据下载和

实时视频)，可以通过D2D通信而显著提高效率【钢。D2D

还能实现对蜂窝网中多段无线链路的高效聚合。满足特定

场景下的传输带宽需求嘲。鉴于D2D簇内信息共享的诸多

性能优势【2叫，本文以通过D2D通信增强的蜂窝下行数据

分发(简称为D2D增强多播)为研究对象。

D2D通信受基站直接控制且工作在蜂窝系统授权频

段14]，簇内信息共享过程中的每次多播传输都需要蜂窝系

统的下行信令支持，如D2D多播传输调度资源、终端的收

发状态通知。因此，为了节省系统的信令开销，有必要尽可

能减少D2D传输与重传的次数，实现信令开销和传输效

率联合优化。这是当前D2D增强多播的主要缺陷，也是提

升数据分发整体效率的关键所在。

a)传统方案

现有移动网络中的重传由数据分组的初始发射者发

起，该机制如果直接应用在D2D簇内信息共享的场景中．

(b)D2D增强方案

图1 传统多播和D2D增强多播的系统模型

万方数据

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