Yoğun D2D Ağında Erişim Hızını İyileştirmek için Kaynak Tahsisi Araştırması
Yu Xiang, Zhang Haibo, Ke Wentao
(İletişim Okulu, Chongqing Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi, Chongqing 400065)
D2D iletişimini bir hücresel ağa dahil etmek, sistem verimini artırabilir, kaynak kullanımını iyileştirebilir ve terminal güç tüketimini azaltabilir. Geleneksel kaynak tahsisi algoritmaları, yalnızca seyrek D2D ağlarında kaynak tahsisi sorununu çözmektedir.Tüm cihazları ağa bağlamak için sınırlı spektrum kaynaklarının nasıl kullanılacağı, acilen çözülmesi gereken bir sorundur. Yüksek erişim oranına sahip bir kaynak tahsis algoritması önerilmiştir ve erişim koşullarını karşılayan optimal D2D bağlantı erişimi, baz istasyonunun kontrolü altındaki her hücresel kanal için seçilir. Simülasyon doğrulaması, algoritmanın hibrit ağlarda D2D bağlantılarının erişim hızını etkili bir şekilde iyileştirdiğini ve aynı zamanda her hücresel kanalın çoğullama kazancını etkili bir şekilde artırdığını göstermektedir.
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN929
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.03.024
Çince alıntı biçimi: Yu Xiang, Zhang Haibo, Ke Wentao. Yoğun D2D Ağlarında Erişim Hızını İyileştirmek için Kaynak Tahsisi Araştırması. Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (3): 96-99, 103.
İngilizce alıntı biçimi: Yu Xiang, Zhang Haibo, Ke Wentao.Yoğun D2D ağlarında erişim oranını arttırmak için kaynak tahsisi üzerine araştırma.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2017, 43 (3): 96-99, 103.
0 Önsöz
Aygıttan aygıta teknolojisi, hücresel kullanıcıların kaynaklarını çoklayarak kısa mesafeli iletişim için bir iletişim yöntemidir.Bu teknoloji, spektrum verimliliğini ve sistem verimini etkili bir şekilde geliştirir. D2D iletişiminde, birbirleri arasındaki doğrudan iletişim, baz istasyonunun rölesi olmadan gerçekleştirilir, böylece baz istasyonunun işlem yükünü etkili bir şekilde azaltır. D2D iletişimi, baz istasyonu tarafından kontrol edilir ve lisanslı bir frekans bandında çalışır, dolayısıyla kararlı bir iletişim ortamına sahip olur.
Araçların İnterneti ve Nesnelerin İnterneti gibi ağların sürekli gelişmesiyle, gelecekte kısa mesafeli iletişime olan talep artacak ve daha fazla iletişim doğrudan iletişim alanında sınıflandırılacaktır.Bu nedenle, sistemin erişim hızının nasıl artırılacağı şu anda Acil sorunlar. Literatür, dağıtılmış bir üniversiteye kayıt oyununa dayanan çok standartlı bir tahsis şeması önermektedir.D2D bağlantıları, kaynakları rekabet yoluyla tahsis etmektedir. Literatür, D2D kullanıcılarının hücresel ağlar üzerindeki etkisini azaltmak için girişim hizalama teknolojisine dayalı bir şema önermektedir. Yukarıdaki şema, seyrek bir D2D hücresel ağda hücresel kullanıcılar ve D2D kullanıcıları arasındaki girişimi etkili bir şekilde koordine edebilir, ancak yüksek yoğunluklu D2D hücresel ağlar için uygun değildir. Literatür, oyun teorisine dayalı bir D2D kaynak tahsis algoritması önermektedir. İlk olarak, sistemin genel girişimini en aza indirmeye dayalı işbirlikçi olmayan bir oyun yardımcı işlevi oluşturun.Aynı zamanda, sistemdeki D2D kullanıcıları arasındaki girişim ve D2D kullanıcıları ile hücresel kullanıcılar arasındaki girişim dikkate alınır ve girişimin toplamı, oyun sonucunun karar koşulu olarak kullanılır. Bununla birlikte, bu yöntem tarafından benimsenen rekabetçi oyun fikri, yeterli D2D kullanıcısı olduğunda, D2D kullanıcılarının hücresel kullanıcılara müdahalesi, baz istasyonunun Nash denge durumuna ulaşmadan önce tolere edebileceği aralığı aşabilir. Literatür, hücre kenar alanını birkaç alana böler ve 3 tür alan bölme yöntemi tanımlar Simetrik alandaki D2D kullanıcıları, aynı hücresel kullanıcının spektrum kaynaklarını aynı anda paylaşabilir. Bununla birlikte, hücre kenarını birkaç alana bölmenin gerçekleştirilmesi de daha karmaşıktır.
Yukarıda belirtilen eksiklikler ışığında, bu makale çoktan bire D2D iletim modunu benimser, yani birden fazla D2D çifti aynı hücresel kullanıcının kaynaklarını aynı anda yeniden kullanabilir ve erişim oranını maksimize etmek için bir kaynak tahsis algoritması önerir. Baz istasyonunun yönetimi altında, hücresel kanal, kısıtlama koşullarına göre kanala erişmek için en uygun D2D kullanıcılarına sürekli olarak erişir ve daha sonra, D2D bağlantısı gereksinimleri karşılayana kadar maksimum verimin güç çözümünü bulmak için Lagrangian algoritmasını kullanır. Giriş koşulları veya sistemdeki tüm D2D kullanıcıları bağlanana kadar. Bu noktada kanalın maksimum yük durumuna ulaştığını gösterir.
1 Sistem senaryosu
Şekil 1'de gösterildiği gibi, terminal doğrudan bağlantısı şekilde D2D'dir ve hücresel bağlantı, şekilde CU'dur. D2D bağlantısı, çoğullamalı hücresel kanallar aracılığıyla iletişim kurar. Örnek olarak çoğullama çiftlerinden birini alın. T_x, D2D vericisini temsil eder R_x, D2D'nin alıcı ucunu temsil eder ve girişim durumu şekilde gösterilir. Bir hücrede M hücresel kullanıcı ve N D2D bağlantı çifti olduğunu ve D2D bağlantısının hücresel kullanıcıların yukarı bağlantı kanallarını çoklayarak iletişim kurduğunu varsayalım. Hücresel kullanıcılar grubu C = {ci | i = 1, 2, 3, ..., M} ve D2D bağlantıları kümesi D = {dj | j = 1, 2, 3, ..., N} şeklindedir. Baz istasyonunun anti-parazit yeteneği, terminalinkinden daha güçlü olduğu için, D2D kullanıcılarının hücresel yukarı bağlantı kanalını yeniden kullanması ve D2D bağlantısının hücresel kullanıcıya olan parazitinin esas olarak baz istasyonunda yoğunlaşması öngörülmektedir. Hücresel kullanıcıları korumak için, merkez olarak bir baz istasyonuna ve bir R yarıçapına sahip bir alan D2D sınırlı alan olarak ayarlanır, yani bu alanda tüm D2D iletişimlerine izin verilmez Bu alandaki D2D çiftleri ağa yalnızca hücresel modda erişebilir.
2 Veri analizi
RB hücresel kanalı temsil eder, boş grubu temsil eder ve Qi, RBi'ye bağlanan D2D setini temsil eden üç set Qi, Ri, U tanımlanır, Ri RBi'ye erişim koşullarını karşılayan D2D setini ve U ise henüz erişilmemiş D2D setini temsil eder. Ağın D2D koleksiyonu. İlk durum Ri = Qi = belirtildiğinde, bu makale Ri setini sinyal-parazit oranı ve gücünün eşik koşullarıyla çözer, ardından RBi'ye erişmek için Ri'den en iyi kanal kazancına sahip D2D bağlantısını seçer ve bulmak için Lagrangian çarpanı yöntemini kullanır. En uygun güç çözümünü bulun ve erişim kazancını hesaplayın. Diğer hücresel kanallar D2D bağlantısı için rekabet ettiğinde, D2D bağlantısı, bir rekabet süreci aracılığıyla sisteme maksimum çoklama kazancını getirebilen bir hücresel kanala bağlanır. Hücresel kanal RBi üzerindeki parazit artık diğer erişimcilerin erişimini tolere edemeyene kadar, hücresel kanal RBi maksimum yük durumuna ulaşır.
Yani, halihazırda RBi'ye bağlı olan tüm D2D vericileri, bu kullanıcının alıcı ucunda tahammül edilemez bir parazite neden olamaz ve aynı zamanda, kullanıcı, halihazırda RBi'ye bağlı olan D2D kullanıcılarına ve kullanıcıya tahammül edilemez parazite neden olamaz Şu anda ağa bağlı olmayan bir kullanıcı olmalı ve kullanıcı ile hücresel kullanıcı CUi arasında güç çifti için uygun bir aralık bulunmalıdır. Lagrangian çarpanı yöntemi, Ri setindeki tüm kullanıcıların erişim kazançlarını elde etmek için kullanılır ve en büyük erişim kazancına sahip D2D çift erişim kanalı RBi seçilir. Shannonın formülüne göre, RBideki toplam kanal kapasitesi:
Formül (3) için maksimum değer gerekliyse Lagrangian algoritması ile çözülebilir.Lagrangian denklemi aşağıdaki gibi oluşturulur:
Sistemde hücresel kullanıcılar erişimleri kendileri seçer.Bir D2D kullanıcısının birden fazla hücresel kanal ile rekabet ettiği bir durum olabilir.Bu nedenle bir kaynak rekabet süreci söz konusudur.Katılımcı varsa gelir modeli aşağıdaki gibidir:
Belirli bir D2D1 bağlantısı için, erişim hücresel kanalı RBi'nin erişim kazancı şu şekilde ifade edilebilir:
Rekabet sürecinde, tüm rakipler tek tip teklif verir. RBi tekliflerinden elde edilen gelir diğer rakiplerden daha yüksekse, D2Dl RBi kanalına erişir.Aksi takdirde, diğer en yüksek teklif veren D2D bağlantısını alır ve RBi tekrar Ri'yi güncellemek için geri döner. Optimum D2D bağlantı erişimini yeniden seçin. D2D erişimlerinin sayısı artmaya devam ettikçe, Ri boş bir küme olana veya tüm kullanıcılar aşağıdaki koşulları karşılayamayana kadar ortaya çıkan ortak kanal paraziti kademeli olarak artar:
Şu anda, RBi kanalında maksimum erişim durumuna ulaşıldığını gösterir. Algoritma akışı Şekil 3'te gösterilmektedir.
3 Simülasyon analizi
Bu makale, LTE-FDD tek hücreli hücresel sistemde sistem düzeyinde simülasyon yapmak için LTE hücresel modelini kullanır. Tüm D2D kullanıcıları iletişim için hücresel yukarı bağlantı kanalını yeniden kullanır. Belirli simülasyon parametreleri Tablo 1'de gösterilmektedir.
Şekil 4'te KM eşleştirme algoritmasının sadece seyrek D2D ağlarına uygulanabileceği görülebilir Sistem N'deki D2D kullanıcılarının sayısı hücresel kullanıcı sayısından M daha fazla olduğunda, sonunda sadece M D2D bağlantıları eşleştirme yoluyla ağa erişebilir. Oyun teorisine dayanan D2D kaynak tahsis algoritması, daha fazla D2D kullanıcısının ağa erişmesini sağlayabilir ve D2D sayısı arttıkça, bu algoritmanın oyun teorisine göre bazı avantajları vardır. Şekil 5, D2D bağlantı çiftinin uzamsal mesafesi ile erişim hızı arasındaki ilişkiyi yansıtır.D2D çiftinin uzamsal mesafesi belirli bir seviyeye ulaştığında, D2D çiftinin kanal kazancı, sinyal-girişim oranının gerektirdiği güç çözümüne ulaşılana kadar çok küçük olacaktır. , D2D erişim hızı sıfıra düşer ve D2D iletişim mesafesi genellikle 40 ~ 80 m'dir.Bu algoritmanın bu aralıkta önceki iki algoritmaya göre bazı avantajları olduğu şekilden görülebilmektedir. Şekil 6, sistem veriminin kümülatif dağılımını yansıtır ve sistem erişim hızındaki artış daha fazla çoklama kazancı sağlayacaktır.
4. Sonuç
D2D iletişimi, iletişim için hücresel kaynakları yeniden kullanan kısa mesafeli bir veri aktarım teknolojisidir. D2D iletişimini bir hücresel ağa dahil etmek, sistem verimini ve spektrum kaynak kullanımını iyileştirebilir. Nesnelerin İnterneti'nin gelişmesiyle birlikte, geleneksel hücresel mod, spektrum kaynaklarının düşük bir kullanım oranına sahiptir ve D2D iletişimi, spektrum kıtlığı sorununu iyi bir şekilde çözebilir. Yoğun D2D ağlarında D2D erişim oranının iyileştirilmesi sorununu hedefleyen bu makale, kanal yükünü maksimize etme erişimi için bir kaynak tahsis yöntemi önermektedir. Bu algoritmanın geleneksel kaynak tahsis algoritmalarından daha yüksek bir D2D erişim hızına sahip olduğu ve D2D'nin yoğunluğu arttıkça bu algoritmanın avantajları daha belirgin hale geldiği simülasyonla doğrulanmıştır.
Referanslar
HOLFELDB, JAEUTHE T, WIRTH T. Hücresel ağların temelini oluşturan D2D bağlantıları için minimum QoS gereksinimleri ile kaynak paylaşımı. IEEE Araç Teknolojisi Konferansı, Diskataway: IEEE, 2015: 1-7.
YANG L, ZHANG W. Hücresel ağların altında yatan cihazdan cihaza LAN'da parazit hizalaması IEEE Uluslararası İletişim Sistemleri Konferansı (ICCS) Piscataway: IEEE, 2014: 21-25.
Lan Bing, Li Bingbing, Liu Jia ve diğerleri.Yüksek yoğunluklu D2D kullanıcıları için potansiyel oyun kaynağı tahsis algoritması. Journal of South China University of Technology, 2015, 43 (1): 41-46, 52.
ZULHASNINE M, HUANG C, SRINIVASAN A. LTE ağının altında yatan cihazdan cihaza iletişim için verimli kaynak tahsisi 6. Kablosuz ve Mobil Hesaplama, Ağ ve İletişim Proc, 2010: 368-375.
Rong Tao, Wu Bin, Mi Zhengkun. Bir LTE ağı D2D iletişim kaynağı paylaşım algoritması. Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications (Natural Science Edition), 2013, 33 (3): 85-90.
HYUNKEE M, JEMIN L, SUNGSOOP, ve diğerleri Hücresel ağların altında yer alan Aygıttan Aygıta yukarı bağlantı için parazit sınırlı bir alan kullanarak kapasite geliştirme.IEEE İşlemleri Kablosuz İletişim, 2011, 10 (12): 3995-4000.
YU CH, TIRKKONEN O, DOPPLER K, ve diğerleri Hücresel iletişimin altında yatan Cihazdan Cihaza iletişimin güç optimizasyonu IEEE Uluslararası İletişim Konferansı, 2009: 1-5.
WANG H, CHU X. Hücresel ağların altında yatan Aygıttan Aygıta iletişim için mesafe kısıtlamalı kaynak paylaşım kriterleri. Elektronik Mektupları, 2015, 48 (9): 528-530.
MARCO B, GABOR F, ANDREA A. (D2D) iletişimi için dağıtılmış bir kaynak tahsis şemasının performans analizi Makineden Makineye İletişim üzerine IEEE Çalıştayı, 2011: 358-362.
PIRO G, GRIECO LA, BOGGIA G, ve diğerleri LTE hücresel sistemlerin simülasyonu: açık kaynaklı bir çerçeve.IEEE İşlemleri, Araç Teknolojisi, 2011, 60 (2): 498-513.
UMTS radyo iletim teknolojilerinin seçimi için seçim prosedürleri. 3GPP TR 30.03U, sürüm 3.2.0, 1998.
Gao Weiwei, Yi Huiyue, Hu Yanjun ve diğerleri D2D iletişiminde sinyal-gürültü oranı eşitlemesine dayalı kaynak tahsis algoritması Bilgisayar Mühendisliği, 2012, 38 (10): 5-8.
JANIS P, KOIVUNEN V, RIBEIRO C, ve diğerleri. Aygıttan Aygıta radyo temelini oluşturan hücresel ağ için girişime duyarlı kaynak tahsisi. Proc of IEEE VTC09. Barselona, İspanya, 2009.
