一種面向5G的D2D簇內(nèi)信息共享新機(jī)制
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作者：張毅
1 引言
5G是4G移動通信技術(shù)的延伸，4G是SG網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，資源利用率將提高10倍以上，系統(tǒng)吞吐率提高25倍，頻率資源擴(kuò)展4倍左右。為了達(dá)到這個目標(biāo)，SG采用了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，包括高頻段傳輸、新型多天線傳輸、同時同頻全雙工、密集組網(wǎng)技術(shù)和超密集組網(wǎng)、D2D (device todevice)和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。其中，D2D是SG網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)重要技術(shù)，增加了蜂窩通信系統(tǒng)頻譜效率，降低了終端發(fā)射功率，在一定程度上解決了無線通信系統(tǒng)頻譜資源匱乏的問題。
在當(dāng)前基于基礎(chǔ)設(shè)施的移動通信網(wǎng)絡(luò)中，基站(BS)作為小區(qū)內(nèi)的中心控制節(jié)點(diǎn)，是移動設(shè)備（終端）獲得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的唯一接入點(diǎn)。移動設(shè)備只能通過蜂窩上行或下行鏈路與網(wǎng)絡(luò)中某個特定基站進(jìn)行無線通信。然而研究表明，當(dāng)多個移動設(shè)備彼此接近時，如果能實(shí)現(xiàn)設(shè)備間直接通信（即D2D通信），會給傳統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)帶來許多顯著性能增益，如更高的無線資源利用率、更長的電池使用時間、更大的信號覆蓋范圍以及更低的網(wǎng)絡(luò)干擾水平。近年來，采用D2D技術(shù)增強(qiáng)傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為一個頗具前景的新概念并受到廣泛重視。上述D2D增強(qiáng)型蜂窩網(wǎng)中，一方面，設(shè)備間的直接通信可以受益于蜂窩網(wǎng)的集中式控制架構(gòu)；另一方面，高質(zhì)量短距離的D2D無線鏈路有助于大幅提高蜂窩通信網(wǎng)的傳輸效率。
D2D通信在蜂窩網(wǎng)的一種典型應(yīng)用為簇內(nèi)信息共享。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分發(fā)(data dissemination)業(yè)務(wù)（如數(shù)據(jù)下載和實(shí)時視頻），可以通過D2D通信而顯著提高效率。D2D還能實(shí)現(xiàn)對蜂窩網(wǎng)中多段無線鏈路的高效聚合，滿足特定場景下的傳輸帶寬需求。鑒于D2D簇內(nèi)信息共享的諸多性能優(yōu)勢，本文以通過D2D通信增強(qiáng)的蜂窩下行數(shù)據(jù)分發(fā)（簡稱為D2D增強(qiáng)多播）為研究對象。
D2D通信受基站直接控制且工作在蜂窩系統(tǒng)授權(quán)頻段，簇內(nèi)信息共享過程中的每次多播傳輸都需要蜂窩系統(tǒng)的下行信令支持，如D2D多播傳輸調(diào)度資源、終端的收發(fā)狀態(tài)通知。因此，為了節(jié)省系統(tǒng)的信令開銷，有必要盡可能減少D2D傳輸與重傳的次數(shù)，實(shí)現(xiàn)信令開銷和傳輸效率聯(lián)合優(yōu)化。這是當(dāng)前D2D增強(qiáng)多播的主要缺陷，也是提升數(shù)據(jù)分發(fā)整體效率的關(guān)鍵所在。
現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)中的重傳由數(shù)據(jù)分組的初始發(fā)射者發(fā)起，該機(jī)制如果直接應(yīng)用在D2D簇內(nèi)信息共享的場景中，會導(dǎo)致重傳次數(shù)過多，信令開銷和分發(fā)時延也同比例急劇上升。為此，本文在具體分析了現(xiàn)有算法的缺陷后，提出了一種適用于該場景的信令開銷建模與分析方法。以此為理論基礎(chǔ)，設(shè)計了一種基于多維矢量分析的D2D簇內(nèi)信息共享算法，包含集中與分布兩種實(shí)現(xiàn)方式。該算法通過對簇內(nèi)共享狀態(tài)的實(shí)時收集與分析，自適應(yīng)地選擇最佳重傳發(fā)射者和待重傳數(shù)據(jù)分組，有效減少簇內(nèi)重傳次數(shù)，達(dá)到最小化信令開銷的目的。
2 系統(tǒng)模型
以D2D通信（或簇內(nèi)信息共享）增強(qiáng)的下行數(shù)據(jù)分發(fā)方案由圖1所示。首先，多個已接入蜂窩網(wǎng)且地理位置彼此接近的移動設(shè)備，通過協(xié)商建立起D2D簇。同簇的移動設(shè)備除了可以進(jìn)行正常蜂窩上下行通信外，還能在D2D鏈路上進(jìn)行設(shè)備間直接通信。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)方案中，當(dāng)D2D簇中的所有設(shè)備都希望從云端下載同一個數(shù)據(jù)文件，每個設(shè)備都需要通過各自的蜂窩下行鏈路從所屬基站接收完整的該文件（設(shè)為C byte），如圖1(a)所示。而通過使用D2D簇內(nèi)信息共享增強(qiáng)的蜂窩下行數(shù)據(jù)分發(fā)方案，基站側(cè)的完整數(shù)據(jù)文件被切分為若干個數(shù)據(jù)塊(假設(shè)分為3塊，大小為Cl、C2和C3且C1+C2+C3=C)，簇內(nèi)每個設(shè)備分別通
過各自的蜂窩下行鏈路接收其中的一個數(shù)據(jù)塊；然后，為了在各個設(shè)備處重新產(chǎn)生完整的數(shù)據(jù)文件，簇內(nèi)每個設(shè)備需要將自己成功收到的數(shù)據(jù)塊轉(zhuǎn)發(fā)給簇內(nèi)其他所有的設(shè)備，該過程稱為“D2D簇內(nèi)信息共享”。經(jīng)過多次D2D簇內(nèi)信息共享和交換后，完整的數(shù)據(jù)文件可成功地從蜂窩基站側(cè)被傳送到D2D簇內(nèi)的每個移動設(shè)備側(cè)。上述方案同時使用了蜂窩下行鏈路和D2D直接鏈路，通過D2D通信實(shí)現(xiàn)了提高下行數(shù)據(jù)分發(fā)效率與吞吐量的目的，如圖1(b)所示。
本文關(guān)于D2D通信的研究假設(shè)如下。
首先，D2D通信作為移動蜂窩通信網(wǎng)的補(bǔ)充和增強(qiáng)，必須能夠與蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)共存。D2D通信和蜂窩通信采用相同的空口技術(shù)并工作在時分雙工模式下。D2D通信占用蜂窩網(wǎng)授權(quán)頻段。為了降低干擾，D2D和蜂窩通信盡可能使用正交時頻資源。
其次，D2D通信在蜂窩基站控制下進(jìn)行，基站采用集中式調(diào)度的無線資源管理策略。蜂窩下行單播和D2D簇內(nèi)信息共享可通過時分復(fù)用而共存于每個物理子幀。通常假設(shè)D2D簇內(nèi)信息共享部分原上行時隙。此外，蜂窩系統(tǒng)需要設(shè)計額外的D2D控制信令，實(shí)時指示設(shè)備進(jìn)行發(fā)射狀態(tài)與接收狀態(tài)的切換。
再次，由于簇內(nèi)各設(shè)備的間距較短．D2D鏈路的可達(dá)速率通常較高。因此，簇內(nèi)信息共享傳輸一般在基站發(fā)射了多個下行單播幀后才會進(jìn)行一次。多個在下行鏈路上成功接收到的數(shù)據(jù)分組可以級聯(lián)成一個更大的D2D數(shù)據(jù)分組，用于簇內(nèi)信息共享傳輸�；靖鶕�(jù)無線鏈路質(zhì)量、QoS、設(shè)備緩存大小等因素調(diào)度簇內(nèi)信息共享的通信行為。
最后，為提高效率，D2D簇內(nèi)信息共享可以采用點(diǎn)到多點(diǎn)的多播傳輸協(xié)議。
3 當(dāng)前D2D增強(qiáng)多播的主要缺陷
以D2D通信增強(qiáng)的蜂窩下行數(shù)據(jù)分發(fā)方案可抽象為3個連續(xù)的階段。
階段一 D2D蔟的建立。該階段包括鄰居伙伴發(fā)現(xiàn)、直接鏈路探測、簇頭選舉等一系列建簇所需的信令交互。根據(jù)部署場景和業(yè)務(wù)模式，D2D簇的建立既可采用設(shè)備自主的分布式建簇方式，也可采用基站輔助的集中式建簇方式。
階段二D2D鏈路測量和匯報。在該階段，簇內(nèi)的各移動設(shè)備需要分別廣播導(dǎo)頻信號，估計D2D鏈路的大尺度衰落和信道質(zhì)量，并在蜂窩系統(tǒng)的控制下向基站匯報測量結(jié)果。
階段三下行數(shù)據(jù)傳輸與簇內(nèi)信息共享。該階段為D2D增強(qiáng)多播的核心。首先各設(shè)備在下行鏈路上分別接收不同的切分后的數(shù)據(jù)塊（C1，C2和C3），然后，各設(shè)備在基站下行信令的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)塊簇內(nèi)的共享轉(zhuǎn)發(fā)。
當(dāng)某個設(shè)備有D2D數(shù)據(jù)分組需要在簇內(nèi)共享時，基站需要為其在簇內(nèi)的多播傳輸調(diào)度資源。相關(guān)信令包括D2D調(diào)度信令許可和D2D調(diào)度信息。前者用于向簇內(nèi)發(fā)射者指示資源調(diào)度結(jié)果和多播傳輸?shù)木幋a調(diào)制格式，后者用于向簇內(nèi)多個接收者通知調(diào)度信息。只有當(dāng)簇內(nèi)所有設(shè)備都收到了上述信令，一次有效可控的D2D簇內(nèi)多播及相應(yīng)ACK/NACK反饋過程才能被執(zhí)行。經(jīng)過一輪（多次）完整的D2D簇內(nèi)多播后，部分D2D數(shù)據(jù)分組在設(shè)備間交換成功，而另一些D2D數(shù)據(jù)分組在簇內(nèi)交換失敗。此時，D2D簇內(nèi)重傳的請求需要上報給基站，然后在基站的調(diào)度下，新一輪的D2D簇內(nèi)多播被執(zhí)行，直到所有的簇內(nèi)設(shè)備都擁有了完整的數(shù)據(jù)文件。
值得注意的是，每次D2D簇內(nèi)多播和重傳都需要基站調(diào)度和蜂窩下行信令。因此，多次的D2D簇內(nèi)多播或重傳會產(chǎn)生大量信令開銷和較長時延。傳統(tǒng)D2D增強(qiáng)多播方案無法有效克服上述問題，形成了高效率數(shù)據(jù)傳輸與低效率信令流程之間的矛盾，嚴(yán)重抵銷了引入D2D通信帶來的性能增益。
綜上，簇內(nèi)信息共享所需的信令開銷與簇內(nèi)多播或重傳的次數(shù)成正比。為有效降低信令開銷，必須采取適當(dāng)措施來減少簇內(nèi)多播和重傳的次數(shù)。本文解決的問題為：(1)如何選擇最合適的設(shè)備作為D2D簇內(nèi)重傳的發(fā)射者；(2)在D2D簇內(nèi)多播和重傳中，如何確定需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組；(3)如何實(shí)現(xiàn)D2D簇內(nèi)多播和重傳效率的最大化。
4信令開銷的建模與分析方法
考慮一個包含Ⅳ個設(shè)備的D2D簇，記作VN={1，2，…，N}，其中VN表示簇內(nèi)設(shè)備序號的集合，序號是標(biāo)識設(shè)備的自然數(shù)。簇內(nèi)設(shè)備均屬于同一小區(qū)且位置彼此接近，各獲得了一個來自基站的同一文件切分后的數(shù)據(jù)塊，記作C1，C2，…，CN。為了達(dá)到簇內(nèi)信息共享的目的，各個設(shè)備需要依次將其所擁有的數(shù)據(jù)塊以多播方式發(fā)送給其余所有設(shè)備。由于無線信道衰落的影響，假設(shè)在每次D2D多播中，只有部分設(shè)備能正確接收并反饋ACK信號，其余未能正確接收的設(shè)備反饋NACK信號。
定義1對于D2D簇VN內(nèi)任意給定的多播發(fā)射者k，當(dāng)其以多播方式在簇內(nèi)共享一個D2D數(shù)據(jù)分組后，會收到來自簇內(nèi)其余N-1個多播接收者反饋的ACK/NACK信號，該信號序列與多播發(fā)射者可共同構(gòu)成一個Nxl維的矢量，記作多播誤差矢量(packet error vector，PEV)，PEV
中的1表示接收到ACK信號、0表示接收到NACK信號，如式(1)所示。
定義2為了實(shí)現(xiàn)D2D簇內(nèi)信息的完全共享，每個簇內(nèi)設(shè)備要依次成為多播傳輸?shù)陌l(fā)射者，因此，所有的PEV共同構(gòu)成了一個N×N維的矩陣，記作多播誤差矩陣(packet error matrix，PEM)，如式(2)所示。
PEM={PEV1,..,PEVk，…，PEVN}，k∈VN (2)
PEM包含了標(biāo)志當(dāng)前D2D簇內(nèi)信息共享傳輸成功與否的接收狀態(tài)信息，可用于對信令開銷進(jìn)行定量分析和最優(yōu)重傳策略設(shè)計。若PEM中不存在0，則在當(dāng)前這輪D2D簇內(nèi)信息共享中，所有D2D數(shù)據(jù)分組都被所有的移動設(shè)備成功接收了，簇內(nèi)信息共享成功，無需進(jìn)行再一次的多播重傳。否則，仍然需要啟動D2D簇內(nèi)的多播重傳，直至PEM中的所有0都被1更新。
如圖2所示，假設(shè)D2D簇中包含4個設(shè)備，VN={1，2，3，4}。在每個移動設(shè)備分別完成一次D2D多播后，PEV1=[1,1,0,1]T，P V2=[0,1,1,O]T,PE V3=[0,0,1,O]T,PE V4=[1,1,0,1]T。重傳之前，PEM初始值為{PEV1，PEV 2,PE V3，PE V4}。
根據(jù)現(xiàn)有的D2D簇內(nèi)重傳算法，對于每一次簇內(nèi)多播，只要對應(yīng)的PEV中包含0，則原多播發(fā)射者就必須將相同的數(shù)據(jù)分組在簇內(nèi)重新多播一次。如圖2和圖3所示，當(dāng)設(shè)備l向設(shè)備2、3、4多播了D2D數(shù)據(jù)分組C，后，假設(shè)只有設(shè)備3沒能正確接收并反饋NACK。由于此次多播沒有使所有的接收者都成功接收，因此設(shè)備1需要向基站發(fā)出D2D簇內(nèi)重傳請求。經(jīng)過基站的資源調(diào)度和信令通知，設(shè)備1再次向設(shè)備2、3、4重傳Cl，PEM第一列隨即得到更新。相同的過程依次發(fā)生在設(shè)備2、3、4的簇內(nèi)多播中，從而確保了PEM中所有含0列向量都依次更新，直至矩陣中不含O。
在上述傳統(tǒng)方案中，由于每次重傳只能更新刪的一列，所以圖2的刪至少需要4次簇內(nèi)重傳才能保證PEM中不含0。傳統(tǒng)方案的重傳次數(shù)直接取決于D2D簇的大小。隨著簇內(nèi)設(shè)備增多，該方案的信令開銷和系統(tǒng)時延將線性增長，導(dǎo)致數(shù)據(jù)分發(fā)性能的急劇惡化。假設(shè)在簇內(nèi)信息共享過程中，多播接收者的平均譯碼錯誤概率為Pe（即D2D數(shù)據(jù)分組的傳輸誤塊率）。在不考慮重傳錯誤的情況下，D2D簇VN至少需要進(jìn)行Ⅳ次重傳的概率為：
其中，Nretrans表示在D2D簇內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全信息共享所需的最小重傳次數(shù)。根據(jù)式(3)進(jìn)行計算可知，隨著Pe和N的增加，平均最小重傳次數(shù)會快速增長，意味著信令開銷和數(shù)據(jù)分發(fā)時延也將相應(yīng)地急劇上升。
5最小化信令開銷的信息共享算法
本節(jié)提出了一種最小化信令開銷的D2D簇內(nèi)信息共享算法，設(shè)計動機(jī)歸納如下：如果能夠在簇內(nèi)找出一個最合適的候選重傳發(fā)射者，由它一次性盡可能多地重傳所有需要在簇內(nèi)重傳的D2D數(shù)據(jù)分組，則簇內(nèi)信息共享所需要的平均重傳次數(shù)就會明顯降低。
以圖2和圖3為例，如果設(shè)備2被選為簇內(nèi)首次重傳的發(fā)射者，在重傳時多播數(shù)據(jù)分組C．、C2和C4，則PEM可在一次重傳中被更新3個含0列：如果設(shè)備3被選為簇內(nèi)第二次重傳的發(fā)射者，在重傳時多播數(shù)據(jù)分組C3，則PEM最后一個含0列也可被更新，如圖4所示。上述重傳方案僅僅通過兩次簇內(nèi)多播重傳就實(shí)現(xiàn)了完全的簇內(nèi)信息共享，而第3節(jié)中的傳統(tǒng)方案至少需要4次簇內(nèi)多播重傳才能達(dá)到相同效果。
最小化信令開銷的D2D簇內(nèi)信息共享算法包含4個連續(xù)的步驟，具體描述如下。
第1步接收狀態(tài)信息獲取與PEM生成。
在D2D簇內(nèi)重傳開始之前，首先需要獲取簇內(nèi)各個設(shè)備的接收狀態(tài)信息，并在網(wǎng)絡(luò)中生成PEM。具體方法有集中式與分布式兩種。對于集中式，完整的PEM在基站側(cè)生成：而對于分布式，完整的PEM則分別在D2D簇內(nèi)的每個設(shè)備側(cè)生成。D2D ACK/NACK特指簇內(nèi)多播接收者反饋的確認(rèn)信息。
(1)集中式流程
①每一次D2D簇內(nèi)多播之后，基站立即監(jiān)聽由多播接收者反饋的D2D ACK/NACK：或者由D2D簇內(nèi)多播發(fā)射者監(jiān)聽D2D ACK/NACK，然后轉(zhuǎn)發(fā)給基站。
②當(dāng)簇內(nèi)每個設(shè)備都完成一次多播發(fā)送后，基站即可獲得完整的PEM�；靖鶕�(jù)PEM，完成簇內(nèi)最優(yōu)重傳發(fā)射者的選擇后，通過蜂窩下行信令通知該設(shè)備。
(2)分布式流程
①每一次D2D簇內(nèi)多播之后，各多播接收者依次在簇內(nèi)廣播自己的D2D ACK/NACK;在不發(fā)送D2D ACK/NACK的時隙，上述多播接收者切換至接收狀態(tài)，監(jiān)聽其他多播接收者發(fā)送的D2D ACK/NACK。
②當(dāng)簇內(nèi)每個設(shè)備都完成一次多播發(fā)送后，每個簇內(nèi)設(shè)備均可獲得完整的PEM，并可根據(jù)PEM完成簇內(nèi)最優(yōu)重傳發(fā)射者的選擇。
第2步D2D簇內(nèi)重傳增益因子計算。
為了找出最優(yōu)簇內(nèi)重傳發(fā)射者，需要計算簇內(nèi)每個設(shè)備的“重傳增益因子”。本算法中，某個移動設(shè)備的重傳增益因子定義為“該設(shè)備已經(jīng)成功獲得并且至少有一個簇內(nèi)其他設(shè)備沒有成功獲得的D2D數(shù)據(jù)分組的個數(shù)”，如式(4)所示。
第3步最優(yōu)D2D重傳發(fā)射者選擇。
擁有最高的重傳增益因子的設(shè)備被選為簇內(nèi)重傳發(fā)射者。如果多個設(shè)備同時擁有最大重傳增益因子，則根據(jù)預(yù)設(shè)優(yōu)先級或隨機(jī)在多個候選設(shè)備中進(jìn)行選擇。上述優(yōu)先級可以是建簇時為每個設(shè)備分配的臨時編號。若PEM為集中式生成，最優(yōu)重傳發(fā)射者的選擇由基站執(zhí)行：若PEM為分布式生成，最優(yōu)重傳發(fā)射者的選擇則由簇內(nèi)各設(shè)備分別執(zhí)行。由于PEM和重傳增益因子的計算方法是相同的，所以各設(shè)備分別運(yùn)行的重傳發(fā)射者選擇流程將得到完全相同的結(jié)果。
D2D簇內(nèi)待重傳數(shù)據(jù)分組為同時滿足下列條件的所有數(shù)據(jù)分組：發(fā)射者已經(jīng)成功獲得的數(shù)據(jù)分組：至少有一個簇內(nèi)其他設(shè)備沒有成功獲得的數(shù)據(jù)分組。為提高重傳效率，簇內(nèi)重傳的發(fā)射者可以將所有滿足條件的數(shù)據(jù)分組級聯(lián)在一起，生成一個更大的D2D數(shù)據(jù)分組一次性在簇內(nèi)多播。
第4步簇內(nèi)重傳和PEM更新。
D2D簇內(nèi)重傳后，如果更新后的PEM仍然包含0，返回第1步，直至PEM矩陣被更新為全1矩陣。
6性能仿真
本節(jié)采用MATLAB語言進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，比較了3種D2D簇內(nèi)信息共享方案的平均重傳次數(shù)。方案一為現(xiàn)有簇內(nèi)重傳方案，由各個多播發(fā)射者分別負(fù)責(zé)每次多播的重傳，直至信息完全共享。方案二為本文所提的最小化信令開銷的重傳方案。方案三為理論上最優(yōu)重傳方案（性能上界），最小重傳次數(shù)通過窮盡式搜索獲得，方法如下：如果PEM中存在任意一個不含0行向量，則重傳次數(shù)設(shè)為1；如果在PEM中能夠找到任意兩個行向量，它們逐元素相加后得到的“和向量”中不含0，則重傳次數(shù)設(shè)為2；如果在PEM中能夠找到任意3個行向量，它們逐元素相加后得到的“和向量”中不含0，則重傳次數(shù)設(shè)為3；以此類推，窮舉出理論上的最小重傳次數(shù)。該最優(yōu)重傳方案雖可得到最少的簇內(nèi)重傳次數(shù)，但是計算復(fù)雜，很難在實(shí)際系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
表3與圖5比較了上述3種不同的重傳方案在D2D簇大小和D2D鏈路目標(biāo)誤塊率不同的情況下的平均簇內(nèi)重傳次數(shù)。其中，誤塊率表示D2D簇內(nèi)多播接收者的平均譯碼錯誤概率(即Pe)，簇大小表示D2D簇內(nèi)所含設(shè)備的個數(shù)（即Ⅳ）。
觀察性能仿真結(jié)果，可以得出結(jié)論：本文所提的簇內(nèi)重傳算法，能顯著地降低D2D簇內(nèi)信息共享所需的多播重傳次數(shù)，從而能夠大幅減少系統(tǒng)的信令開銷和傳輸時延：比較本文所提算法（方案二）和通過窮舉搜索獲得的理論上限（方案三）可知，本文所提算法可以使簇內(nèi)重傳次數(shù)降低到與理論最小值非常接近的水平；隨著簇內(nèi)設(shè)備個數(shù)不斷增加，現(xiàn)有重傳方案的性能不斷惡化，重傳次數(shù)與簇內(nèi)設(shè)備個數(shù)基本為線性關(guān)系，而本文所提算法的性能非常穩(wěn)定，重傳次數(shù)隨著簇內(nèi)設(shè)備個數(shù)的增加增長緩慢；相比現(xiàn)有重傳方案，本文所提算法能夠更好地支持較大規(guī)模的D2D簇，而包含較多設(shè)備的大D2D簇通常能夠提供更多的協(xié)作增益和更高的傳輸效率。
7結(jié)束語
提升D2D增強(qiáng)多播性能的關(guān)鍵在于設(shè)計高效的簇內(nèi)重傳方案以實(shí)現(xiàn)信令開銷和傳輸效率聯(lián)合優(yōu)化。傳統(tǒng)的簇內(nèi)重傳必須由多播發(fā)射者完成，重傳次數(shù)多，信令開銷大，影響了D2D增強(qiáng)多播的效率。本文提出了一種適用于該場景的信令開銷建模與分析方法，以此為理論基礎(chǔ)，設(shè)計了一種最小化信令開銷的D2D簇內(nèi)信息共享算法，含集中與分布兩種實(shí)現(xiàn)方式。通過自適應(yīng)選擇多播重傳發(fā)射者和多播重傳數(shù)據(jù)分組，有效減少簇內(nèi)重傳次數(shù)，顯著降低了信令開銷和傳輸時延。仿真結(jié)果表明，本文所提算法充分逼近理論上限，且隨著簇的增大，優(yōu)勢更明顯。
8摘 要：D2D( device-to-device)通信是5G網(wǎng)絡(luò)中的重要技術(shù)，有利于提升數(shù)據(jù)分發(fā)業(yè)務(wù)傳輸效率；然而，由于D2D通信引入了大量額外信令開銷，當(dāng)前的增強(qiáng)多播方案無法解決高效數(shù)據(jù)傳輸與低效信令流程之間的矛盾，降低了整體性能增益。為此，提出了一種基于多維矢量分析的最小化信令開銷的D2D簇內(nèi)信息共享算法，包含集中式與分布式兩種實(shí)現(xiàn)方式，能通過自適應(yīng)地選擇D2D多播重傳發(fā)射者和多播重傳數(shù)據(jù)分組，大幅減少簇內(nèi)重傳次數(shù)，達(dá)到顯著降低信令開銷和傳輸時延的目的。
