一种采用D2D机制实现物联网设备路由优化的方法与流程

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种采用d2d机制实现物联网设备路由优化的方法。

背景技术：

下一代宽带蜂窝移动通信系统(imt-advanced)中采用了载波聚合(ca)技术、增强的多入多出(mimo)天线技术、协同多点传输(comp)技术和中继技术，在原有蜂窝移动通信系统的基础上，进一步提高了系统容量，改善了小区边缘用户的数据速率和用户体验。

然而，由于imt-advanced系统以基站(bs)为中心的小区覆盖和业务提供方式本身所存在的局限性，imt-advanced系统仍存在覆盖和容量等方面的问题。尽管中继技术及comp技术能够提高小区覆盖性能，增强小区边缘用户体验，然而由于基站及中继站不具有移动性，网络结构和业务支持的灵活性仍然不够，系统覆盖及小区边缘用户容量仍有较高的提升空间。另外，随着无线多媒体业务的发展，当前日益增长的本地数据共享业务需求给imt-advanced系统的容量和覆盖以及服务灵活性提出了较高要求，以基站为中心的小区业务提供模式在适应本地业务的发展方面有明显的局限性。

d2d(device-to-device，即终端直通技术)是指邻近的终端可以在近距离范围内通过直连链路进行数据传输的方式，而不需要通过中心节点(即基站)进行转发。d2d技术本身的短距离通信特点和直接通信方式使其具有如下优势：

1)终端近距离直接通信方式可实现较高的数据速率、较低的延迟和较低的功耗；

2)利用网络中广泛分布的用户终端以及d2d通信链路的短距离特点，可以实现频谱资源的有效利用，获得资源空分复用增益；

3)d2d的直接通信方式能够适应如无线p2p等业务的本地数据共享需求，提供具有灵活适应能力的数据服务；

4)d2d直接通信能够利用网络中数量庞大且分布广泛的通信终端以拓展网络的覆盖范围。

需要注意的是，本发明所指的d2d技术与传统的短距离通信技术有所不同。许多短距离通信技术如蓝牙、wifidirect、zigbee等使用非授权频带如ism频段进行数据直接传输，与蜂窝网络形成相对独立的系统。而本发明的d2d技术专指与蜂窝网络共享使用授权频带资源的终端直通技术，形成统一的混合蜂窝与d2d网络。

本发明是在imt-advanced系统授权频段引入d2d技术，形成蜂窝通信和d2d通信共存的混合网络，如图1所示，图中的每个椭圆代表一个基站所覆盖的范围，且基站有大基站、小基站、家庭基站等，因此图中应用不同的图标来表示。

在图1中，终端可以以两种不同的模式通信。其一，蜂窝通信模式：终端通过基站进行通信；其二，d2d通信模式：终端使用d2d链路直接通信。在该混合网络中，部分终端仍以蜂窝通信模式通过基站进行信息转发和通信，部分终端则以d2d通信模式进行数据的直接传输。

其中，本发明涉及的imt-advancedd2d通信控制方式是指在imt-advanced系统中d2d通信连接建立、d2d通信无线资源管理等控制方式。其可以分为网络集中控制的d2d通信和网络辅助的自主d2d通信两种。

1)网络集中控制的d2d通信。

网络集中控制的d2d通信是指在imt-advanced系统中引入d2d通信以基站的集中控制为基础和前提，基站不仅控制d2d通信连接的建立，还负责无线资源的分配。

这种方式中由于存在中心控制，有利于对全局资源的管理以及对干扰的控制。这种方案的缺点是基站难以获得大量d2d通信链路的相关状态信息，尤其当d2d通信链路数量较多时会导致大量的信令开销，不利于频谱利用率的提升，并且d2d通信的灵活性无法较好地得到体现。该方式适用于蜂窝小区业务量较小、无线资源使用率低且d2d通信链路数量较少时的应用场景。

2)网络辅助的自主d2d通信。

网络辅助的自主d2d通信是指在网络提供辅助信息的前提下，d2d以自主的方式实现通信。该方式的基本特征是：自主d2d通信和网络辅助。

自主d2d通信是利用d2d通信的分布式特点，以类似于认知无线电的概念，让d2d终端对周边无线环境进行全面感知，获取信道情况、干扰信息和蜂窝系统相关信息，以自主方式进行无线资源管理。这样不仅可以保持d2d通信的分布式特性，还可以避免基站集中式控制中因信息共享开销和控制时延造成的问题。

网络辅助是为解决蜂窝与d2d通信间的信息互盲现状，借助基站所具有的蜂窝系统全局信息，为自主d2d通信提供必要且少量的辅助和控制信息，帮助d2d终端进行智能的无线资源管理，实现d2d通信与蜂窝通信之间以及d2d通信间的资源重用共享。

这种方式的优点在于能够实现高效的资源重用，提升系统容量和性能，还可以保留d2d通信的灵活性，结合移动中继技术有效改善系统覆盖。但需要设计更为灵活有效的面向干扰控制协调的通信机制。该方式适用于蜂窝小区业务量较大、无线资源使用率较高且d2d通信链路较多的场景。

技术实现要素：

目前业界对d2d场景下通信连接的建立与释放，以及抗干扰和覆盖优化等场景已经出现了很多解决方案，但是针对连接建立前路由的协商和下一跳路由的选择，目前还鲜有解决方案出现。

本发明的目的是提供一种采用d2d机制实现物联网设备路由优化的方法，该方法针对终端设备与终端设备之间在建立连接前，如何选择最优的终端设备连接，如何协商资源提出了一种协商路由优化方法。且本发明主要是以网络辅助的自主d2d通信为基础，提出自主的路由优化建立方法。

针对上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种采用d2d机制实现物联网设备路由优化的方法，其步骤包括：

1)基站根据终端能力确定覆盖范围内d2d终端的列表，并下发指示信息给该列表中的各d2d终端；

2)上述列表中的各d2d终端广播自己的配置信息，并协商配置信息以得到双方互连的频段信息；

3)当一发送方d2d终端发现自己的信号强度低于预配置门限时，搜索上述列表中的其它d2d终端作为中继终端；

4)发送方d2d终端从协商集合中选择接收sinr(信噪比)最高的d2d终端作为中继终端，并向该中继终端发送带宽协商请求；

5)该中继终端接收到上述带宽协商请求后，向基站发送新的承载建立请求；

6)当承载建立成功时，该中继终端向发送方d2d终端发送协商成功指示信息，且发送方d2d终端根据自己的ip版本信息以及步骤2)中双方互连的频段信息与该中继终端建立ip连接以进行通信。

进一步地，当承载建立失败时，该中继终端携带相关失败原因通知发送方d2d终端协商失败；且发送方d2d终端重新在所述协商集合中寻找新的中继终端。

进一步地，步骤1)中所述终端能力包括但不限于终端所支持的协议、带宽、上下行传输速率；所述指示信息是指指示各d2d终端直接通信使用的频率信息以及触发各d2d终端打开d2d功能的信息。

进一步地，步骤2)中所述配置信息包括终端标识、ip版本信息(ipv4或者ipv6)、到网络的时延信息、中继链路的发射功率和最大中继带宽信息。

进一步地，步骤3)中所述发送方d2d终端为上述列表中的d2d终端；所述预配置门限是指d2d终端与基站通信的最低信号强度数值，且由基站广播通知各d2d终端。

进一步地，步骤4)中所述协商集合由d2d终端的中继链路的发射功率与rsrp(信号接收功率)的差值高于预设门限的各d2d终端组成。

更进一步地，所述预设门限根据网管omc或者基站广播来进行配置，且各d2d终端收到后保存该预设门限。

进一步地，步骤4)中所述带宽协商请求包括终端标识、发送方d2d终端的接收sinr和上下行最大请求传输速率。

进一步地，步骤5)中所述承载建立请求中包括承载速率值；所述承载速率值是指发送方d2d终端提供给中继终端的下行最大请求速率。

进一步地，步骤6)中所述指示信息包括核心网用户面的ip地址信息和上下行能够传输的最大的速率值。

本发明的有效果在于：本发明提供一种采用d2d机制实现物联网设备路由优化的方法，该方法通过基站作为中心节点下发终端设备之间通信所必需的配置信息(即一些小区级别的信息)以及各d2d终端广播的自身的配置信息来辅助终端设备与终端设备之间直接通信，然后通过d2d技术协商设备的路由优化选择方案，使得在基站信号覆盖范围之外的终端设备也能够通过连接其他终端设备进行通信。本发明的优点具体体现在：

1)本发明通过基站(中心节点)辅助下发终端设备之间通信所必需的配置信息，有效地避免了终端设备与终端设备之间的互盲状态。

2)终端设备与终端设备之间能够通过本发明提出的协商机制协商所需要的配置资源，然后再确定是否连接通信。

3)通过本发明提出的路由优化方法，能够有效的使得在基站覆盖范围之外的终端设备也能够高效率的传输通信。

4)通过d2d的自主协商通信，可以保证终端设备的下一跳路由连接上最优的终端资源，以提高网络的传输效率。

附图说明

图1为本发明imt-advanced系统中的d2d通信场景示意图。

图2为本发明一种采用d2d机制实现物联网设备路由优化的方法的场景示意图。

图3为本发明一种采用d2d机制实现物联网设备路由优化的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

本发明提供一种采用d2d机制实现物联网设备路由优化的方法，其场景示意图与流程图分别如图2及图3所示，其步骤包括：

1)基站(中心节点)根据终端能力，确定覆盖范围内d2d终端的列表(如图2中的d2d终端a、b、c、d、e、f)，并按照该列表下发一个指示信息给其覆盖范围内的各d2d终端，指示各d2d终端直接通信使用的频率信息，触发各d2d终端打开d2d功能并通告上述列表中的其他d2d终端。所述终端能力包括但不限于终端所支持的协议、带宽、上下行传输速率等。

2)上述列表中的各d2d终端广播自己的终端标识、自己的ip版本信息(ipv4或者ipv6)、到网络的时延信息以及中继链路的发射功率tx1和其他配置信息(例如最大中继带宽信息等)；并协商配置信息以得到双方互连的频段信息。

3)当一个处于弱覆盖区域中的d2d终端a(即发送方d2d终端)，发现自己的信号强度低于预配置门限时，则d2d终端a启动搜索功能。其中所述信号强度是指发送方d2d终端发现自己进行蜂窝通信时基站所覆盖的信号强度。所述预配置门限是经过无数测试之后得出的d2d终端与基站通信的最低信号强度数值，且由基站广播通知d2d终端a。

4)d2d终端a通过搜索确定周围哪些d2d终端(例如b或者c)可以作为中继终端进行通信。当周围的d2d终端的中继链路的发射功率与rsrp的差值高于预设门限时，将该d2d终端加入到协商集合中。其中所述预设门限根据网管omc或者基站广播来进行配置，且d2d终端收到后保存该预设门限。若协商集合列表不为空，则执行步骤5)，否则不进行任何操作。

5)d2d终端a选择上述协商集合中接收sinr最高的d2d终端作为中继终端(例如d2d终端b)，并发起与该d2d终端b的带宽协商请求。所述带宽协商请求中包括终端标识、d2d终端a的接收sinr和上下行最大请求传输速率。

6)d2d终端b收到d2d终端a的宽带协商请求后，向基站发起新的承载建立请求，为d2d终端a的中继数据单独申请一个承载。其中所述承载请求消息中携带的承载速率值为d2d终端a提供给d2d终端b的下行最大请求传输速率。

7)基站与核心网侧确定目前的网络负载是否能够接纳新的承载，如果可以接受则指示基站承载建立成功并执行步骤9)，否则返回承载建立失败信息以及相关失败原因并执行步骤8)。

8)d2d终端b收到新承载建立失败信息后，则携带相关失败原因通知d2d终端a协商失败。d2d终端a接收到协商失败后，尝试与上述协商集合中的其它d2d终端(例如d2d终端c)进行连接，并返回步骤5)。

9)d2d终端b向d2d终端a发送协商成功指示信息，所述指示信息包含核心网用户面的ip地址信息、上下行能够传输的最大的速率值。d2d终端a根据上述自己广播的配置信息提供的ip版本信息以及步骤2)中得到的其与d2d终端b互连的频段信息，尝试与d2d终端b建立ip连接，并完成与核心网用户面的ip网络连接。

本发明通过d2d技术使得终端设备与终端设备之间能够协商路由直连，从而保证基站覆盖范围以外的终端设备也能够正常通信。上述作为本发明的一个实施例，终端设备与终端设备协商配置信息的协议可以通过发送发现报文、同步报文、协商报文到通信对端，然后按照协议中规定的流程完成设备发现、设备同步和参数协商的功能(详见draft-ietf-anima-grasp-08中定义的协商协议)。

以上实施仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。