无线d2d网络中基于p2p文件共享路由的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种无线D2D网络中基于P2P文件共享 路由的方法。
【背景技术】
[0002] 由于无线通信网络中设备间具有广泛而频繁的信息交互，并且无线资源的日益短 缺，D2D(设备到设备）直连通信技术引起了学术界的普遍关注，它不仅满足了设备间直接 通信的需求，还可以提高蜂窝网络的频谱效率和系统容量。在D2D网络中，由于各节点的发 射功率受限，常常需要通过建立多跳路由来满足可靠通信的需求。但多跳通信的传播速率 有时会达不到要求，这一方面是因为节点发射功率较低，另一方面是因为路由控制过程较 复杂。因此，在D2D网络中引入P2P(点对点）技术可以在一定程度上解决该问题。P2P技 术起源于计算机网络，网络中的节点可以从其他节点处下载数据，而不是必须在服务器处 下载和浏览。对于D2D网络中分散在各处的节点有相同数据下载需求的场景，P2P技术可 以有效提高整个网络的平均数据下载速率。
[0003] 然而，在对干扰控制有严格要求的D2D网络中，如何设计P2P共享策略面临许多新 问题。首先，过多的P2P共享服务会加重网络通信的负担并对蜂窝用户带来更大的干扰。其 次，在干扰敏感的场景中如何进行资源分配以及路由选择仍然是一个待解决的问题。因此， 研宄D2D网络中基于P2P文件共享技术的路由策略具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种无线D2D网络中基于P2P文件 共享路由的方法，能够提高数据下载速率。
[0005] 为达到以上目的，本发明的技术方案为：
[0006] -种无线D2D网络中基于P2P文件共享路由的方法，用于一蜂窝网络和D2D网络 并存的场景，包括以下步骤：
[0007] 1)根据基站端的路径增益、蜂窝用户发射信号在基站端的信干比，以及节点之间 的最高传输速率，构建最大化平均数据下载速率的路由优化模型；
[0008] 2)在路由优化模型中，设计一种不支持P2P文件共享机制的路由策略，对每个订 阅者进行文件服务器选择，然后对每个文件服务器进行频谱分配，最后，为每个文件服务器 选择与其所连接的订阅者之间的最短经，进行数据传输。
[0009] 所述步骤2)后还包括步骤3-1):
[0010] 对相邻订阅者之间进行路由延伸，使得订阅者之间能够获取最短路由连接路径， 当订阅者之间获取的路径小于订阅者与文件路由器之间的路径时，保留订阅者之间获取的 路径，否则不保留，将订阅者与文件路由器之间的路径作为最终通信路径。
[0011]所述步骤3-1)具体为：
[0012] a、在订阅者之间进行路由延伸，该路由延伸的优化模型为：
[0013]
[0018] 其中，纪为由服务器fu的目的订阅者延伸出的路由，艮为所延伸路由的跳数，Rth 为D2D节点间的最低传输速率，元(1)为所延伸路由的源节点，元(交,,+1)为所延伸路由的最 后一跳节点，元(幻为所延伸路由的第w跳，为全网络中文件服务器个数，Nsub为全网络 中订阅者个数；
[0019] 对于上式，如令u=l，v= 2,则代表要从服务器4的目的订阅者延伸路由至另一 个订阅者，即服务器f2的目的订阅者，该延伸路由上的节点仍使用蜂窝用户zu的频谱；相 反，若令u= 2,V= 1，则表示要从服务器f2的目的订阅者延伸路由至服务器f:的目的订 阅者，该延伸路由上的节点使用蜂窝用户z2,3的频谱；
[0020] b、对于上式所示的优化问题，将其转化成有向图，使用Dijkstra算法分别求得从 fu，u= 1，2的目的订阅者延伸出的最短路由兩：；
[0021] c、若
，则保留步骤b所述路由延伸方法的结果，若 定则不保留该结果，其中交pi)为所延伸路由的跳数，Kpy为从服务器 fu通往其目的订阅者的路由跳数。
[0022] 所述步骤2)后还包括步骤3-2):
[0023] 获取文件服务器与订阅者之间的路由路径，根据所获取的路由路径获取订阅者的 候选者节点；从候选节点中到一个节点，使得从文件服务器到该节点以及该节点到相邻订 阅者的两段路由总跳数之和最少；若该两段路由总跳数之和小于文件服务器与订阅者之间 的路由跳数，则保存该结果；若该两段路由总跳数之和大于等于文件服务器与订阅者之间 的路由跳数时，则不保存该结果，以文件服务器与订阅者之间的路由作为最终路由。
[0024] 所述步骤3-2)具体为：
[0025]a、对于从服务器fu发出的路由，与其对应的分配方案记录单元为=( 乂,\，m)， 定义订阅者sv的候选节点集合为，该集合的计算公式如下：
[0026]
[0027] b、从候选节点集合Nk.；)中找到一点<，使得从服务器fu到该点以及从该点到除 sv外另一订阅者s/的两段路由总跳数最少，即：
[0028]
[0029] 其中，J为从服务器fu到网络中节点n的路由长度，为从节点!!到 另一订阅者sv'的路由长度；
[0030]则从fu发出的路由，经过节点《!最终到达订阅者sv'，而订阅者sv也可以从节点 <直接接收到数据包；
[0031] 。、若)<K(K)，则保留该述路由延伸方法的结果；若K卜以hK(?:)，则 不保留该结果，以文件服务器与订阅者之间的路由作为最终路由。
[0032] 所述步骤1)的具体步骤包括：
[0033]1-1)、计算基站端的路径增益，其计算公式为：
[0034]
[0035] 其中，Peell为蜂窝用户的发射功率，dm为第m个蜂窝用户和基站之间的距离，0是 路径损耗指数，《是天线的固定功率增益；
[0036] 1-2)、计算第m个蜂窝用户发射信号在基站端的信干比SIRrall，m，并要求其值大于 等于门限值Pth:
[0037]
[0038] 其中，PnSD2D节点n的发射功率，An为节点n和基站之间的距离；
[0039]1-3)、由上式计算出节点n发射功率的上界为：
[0040]
[0041]1-4)、计算节点n到节点k的最高传输速率Rfc，k)，其计算公式为：
[0042]
[0043] 其中，B为蜂窝用户的带宽，A为节点k和第m个蜂窝用户之间的距离，dnk为 节点n和节点k之间的距离；
[0044] 1-5)、假设网络中共有凡"个文件服务器和Nsub个订阅者，定义从第u个服务器到 第v个订阅者的数据下载速率R(fu-sv)为：
[0045]
[0046] 其中，H(fu-sv)为一个数据包从第u个文件服务器传到第v个订阅者所需经过 的跳数，Rth为D2D节点间的最低传输速率；
[0047] 1-6)、由于一个订阅者可以从所有服务器下载数据，因此第v个订阅者的总数据 下载速率R(sv)计算公式如下：
[0048]
[0049] 1-7)、基于上式所给出的定义，我们可以得到对所有订阅者下载速率平均后的平 均数据下载速率R为：
[0050]
[0051] 1-8)、基于以上定义与公式，我们得到最大化平均数据下载速率的路由优化模型 如下：
[0052]
[0053] 其中，…，是从各服务器发出的路由的集合，％代表由服 务器fu通往其目的订阅者的路由，泛$'^1，22,...，1，..1&}表示服务器、订阅者以及通信 使用频谱的分配方案，2"4(^,1,\2,2,,3) = (乂,\,/?)为与第4个服务器对应的分配方案记 录单元，该单元由三个变量构成，表示第fu个服务器以第Sv个订阅者作为路由的目的节点， 这条路由上的所有节点使用第m个蜂窝用户的频谱进行通信。在我们所构建的模型中，只 考虑有两个服务器、两个