CN102647246B - 一种d2d对或d2d簇通信建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种D2D对/D2D簇通信建立方法，包括：步骤一，发起方用户设备通过蜂窝链路主动向基站发送簇建立请求信令码本，簇建立请求信令码本的内容包括通信模式、用户设备能力、和业务标签；步骤二，基站接收到簇建立请求信令码本后，测量分析发起方用户设备的相关信息，进而结合系统信息选择调度机制，广播簇建立策略信令码本；步骤三，发起方用户设备及其相邻用户设备接收到簇建立策略信令码本后，针对簇建立策略消息进行分析；步骤四，发起方用户设备发送信道探测信号，相邻用户设备测量D2D链路质量，满足要求的相邻用户设备作为候选簇用户设备发出簇建立确认消息。本发明简化了传统簇通信的建立流程，节省了资源，降低了时延。

Description

一种D2D对或D2D簇通信建立方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种D2D对或D2D簇通信建立方法。

背景技术

随着LTE或LTE-Advanced等蜂窝无线网络的广泛发展，D2D(Device-to-device)通信变得越来越流行。目前主要有两种D2D通信方式。D2D对(D2D pair)通信和D2D簇通信。D2D对通信是指两个用户设备(User Equipment,UE)能够彼此直接交互数据，无需网络侧基站(eNodeB)中继的通信方式。而D2D簇通信是指在一个D2D簇内，一个用户设备能够直接与其他用户设备交互数据，无需网络侧基站中继的通信方式。在传统的蜂窝通信中，如果一个用户设备计划与其它用户设备交互数据，则此用户设备首先将数据发送给网络侧基站，然后借助基站单播或广播或多播方式将数据转发给其它用户设备。在通信过程中，如果有用户设备无法正确译码从基站接收到的数据，则基站还需要负责数据重传。即使收发双方用户设备距离很近，且二者距离基站很远(例如，处于小区边缘的用户设备)，数据交互仍需经过基站中继。由此可见，在一些特殊的场景中，传统的蜂窝通信可能浪费较多的无线资源，降低系统效率，而D2D通信则能大大降低资源消耗，提高频谱效率。

对D2D簇通信而言，D2D簇的建立过程是必不可少的步骤。有效的建立方法不但能够降低簇的建立时延，改善簇的运行开销，甚至减少簇的维护负担，而且具有一定的通用性。图1是现有的针对D2D对通信提出的建立方法，该建立方法流程为：首先，第一个UE向网络基站侧发送携带第二个UE标识的D2D初始化消息；其次，基站分别向这两个UE发送建立D2D通信的资源请求；接着，这两个UE分别向基站反馈D2D建立请求应答；然后，D2D无线承载在这两个UE间建立完成；最后，第一个UE负责向基站发送D2D成功建立消息。此建立方法为基站集中式控制的D2D对通信提供了一个十分合适的网络架构，并未涉及建立请求和建立应答消息的具体内容，因此，从图1所述方法中无法推知建立具有其它特征的D2D簇的任何信息。

此外，飞利浦(Philips)公司也提出了一种为一组UE建立D2D簇通信的方法，具体流程如图2所示：首先，发起方用户设备UE1将多播请求消息发送给基站eNodeB，此请求消息包含多个接收方用户设备UE2,UE3,UE4的标识(ID)信息；其次，eNodeB与接收方用户设备(UE2,UE3,UE4)交互信息，交互原则为：（1）如果没有用户设备支持D2D簇通信，则流程结束；（2）如果所有的用户设备都支持D2D簇通信，则eNodeB将UE1的标识信息发送给这些用户设备(UE2,UE3,UE4)；（3）如果只有部分用户设备支持D2D簇通信，并且UE1从eNodeB得知这部分用户设备的标识信息，UE1仍愿意继续建立D2D通信，那么UE1将向eNodeB发送继续建立D2D簇通信的指示消息；再次，eNodeB将UE1的标识信息发送给D2D簇的候选接收方；然后，当候选接收方用户设备收到UE1的标识信息后，如果这些用户设备同意UE1建立D2D簇，则这些用户设备将反馈应答信息给eNodeB；最后，eNodeB为收发双方分配信道测量资源和测量上报资源。根据信道测量报告，如果发起方UE1和接收方用户设备的D2D链路质量合适，那么D2D数据传输开始。飞利浦公司提出的建立D2D簇通信的方法需要满足两个假设条件，一是发起方UE1必须掌握候选用户设备UE2,UE3,UE4的标识信息。而这个假设在实际中并不能保证时时成立。二是UE1通过接收来自eNodeB转发的D2D候选用户设备的信息作出是否继续建立簇通信的决定。实际中，候选用户设备可能数量巨大，那么这种UE1与eNodeB、eNodeB与候选用户设备之间的双向交互将造成大量的建立时延和信令开销。

图3是基于位置信息给出的一种D2D簇通信的建立过程。首先，每个愿意进行D2D通信的用户设备将自己的位置信息发送给基站eNodeB；其次，eNodeB根据位置信息建立初选D2D簇，分为发送方D2D用户设备及接收方D2D用户设备；接着，eNodeB将此初选的D2D用户设备及对应的帧结构分配通信资源；然后，发送方D2D用户设备广播信道测量信号，接收方D2D用户设备反馈信道状态信息和期望获得的业务类型；发送方D2D用户设备根据反馈信息确定最终的D2D簇，并将此最终的D2D簇的相关信息上报给eNodeB；最后，簇通信成功建立，开始D2D通信。很显然，图3所述的建立D2D通信的方法分两步走。第一步，根据位置信息初选D2D簇；第二步，在初选的基础上，考虑信道状态信息和业务需求信息，确定最终的D2D簇。这种D2D簇的建立方法首先为所有愿意进行D2D通信的用户设备分配上报位置信息的无线资源，然后为所有可能的初选簇用户设备分配测量信道的无线资源，以保证所有可能的用户设备均有机会建立D2D通信。这无疑会带来很多不必要的资源浪费。

综上所述，现有的D2D簇建立方法存在以下缺点和不足：一是存在比较大的信令开销和时间延迟；二是存在应用局限性。当前大多数D2D簇的建立机制普遍适用于某种特定业务，但无法适用于其它不同类型的业务，这在一定程度上增加了网络复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种D2D对或D2D簇通信建立方法，该方法能节省资源，降低时延。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种D2D对或D2D簇通信建立方法，包括以下步骤：

步骤一，发起方用户设备通过蜂窝链路主动向基站发送簇建立请求信令码本，所述簇建立请求信令码本的内容包括通信模式、用户设备能力、和业务标签；

步骤二，基站接收到所述簇建立请求信令码本后，测量分析所述发起方用户设备的相关信息，进而结合系统信息选择调度机制，广播簇建立策略信令码本；所述簇建立策略信令码本与所述簇建立请求信令码本相关联；

步骤三，所述发起方用户设备及其相邻用户设备接收到簇建立策略信令码本后，针对所述簇建立策略信令码本中的消息进行分析；

步骤四，发起方用户设备发送信道探测信号，所述相邻用户设备测量D2D链路质量，满足簇建立策略信令码本提出的系统要求的相邻用户设备作为候选簇用户设备发出簇建立确认消息。

作为本发明的一种优选方案，步骤二中，基站选择的调度机制为集中式调度机制，基站通过蜂窝链路将所述簇建立策略信令码本广播给发起方用户设备及其相邻用户设备；所述簇建立策略信令码本的内容包括通信模式标识、业务标签、簇建立确认接收方、信道探测用资源配置、簇建立探测信号发送功率控制、簇建立发起方、及本地运行模式。步骤四中，所述满足簇建立策略信令码本提出的系统要求的相邻用户设备作为候选簇用户设备发出簇建立确认消息给基站。所述簇通信建立方法还包括：步骤五，基站根据预定准则从候选簇用户设备中选出簇成员；步骤六，基站将簇成员选择结果及数据传输资源授予消息广播给所述簇成员。

作为本发明的另一种优选方案，步骤二中，基站选择的调度机制为分布式调度机制，基站通过蜂窝链路将所述簇建立策略信令码本广播给发起方用户设备及其相邻用户设备；所述簇建立策略信令码本的内容包括通信模式标识、业务标签、簇建立确认接收方、信道探测用资源配置、簇建立探测信号发送功率控制、簇建立发起方、本地运行模式、簇建立确认资源配置、最大可允许的设备个数、及持续时间。步骤四中，所述满足簇建立策略信令码本提出的系统要求的相邻用户设备作为候选簇用户设备发出簇建立确认消息给发起方用户设备。所述簇通信建立方法还包括：步骤五，发起方用户设备作为簇头从候选簇用户设备中选出簇成员；步骤六，簇头通过蜂窝链路向基站请求用以管理维护簇运行及数据传输的资源；步骤七，基站通过蜂窝链路向簇头发送资源授予信令。作为本发明的再一种优选方案，步骤五中，如果所述候选簇用户设备与发起方用户设备的链路质量均满足要求，并且基站有足够的空闲资源，则基站为所有候选簇用户设备分配专用信道，候选簇用户设备通过D2D链路在专用信道上向簇头反馈簇建立确认消息；如果所述候选簇用户设备与发起方用户设备的链路质量均满足要求，但基站没有足够的空闲资源，则所述候选簇用户设备以竞争资源方式通过D2D链路向簇头发送簇建立确认消息；如此反复，直至簇头选出足够的簇成员或者超时为止。

作为本发明的再一种优选方案，所述发起方用户设备的相关信息包括发起方用户设备的上下文信息以及簇建立请求信令码本的隐含信息、干扰情况信息、位置信息、和用户设备密集度信息。

本发明的有益效果在于：本发明所述的D2D对或D2D簇通信建立方法简化了传统簇通信的建立流程，节省了资源，降低了时延。

附图说明

图1为现有的D2D建立请求与响应流程示意图；

图2为飞利浦公司提出的D2D多播通信建立流程示意图；

图3为利用位置信息建立D2D簇的流程示意图；

图4为基站eNodeB控制下的多播分组传输的场景示意图；

图5为D2D簇的本地信息共享的场景示意图；

图6为实施例一所述的基于集中式调度机制的簇建立流程示意图；

图7为实施例二所述的基于分布式调度机制的簇建立流程示意图。

具体实施方式

D2D通信用于信息共享与传输有各种各样的业务和应用场景，如图4所示的是基站eNodeB控制下的多播分组传输，图5所示的D2D簇的本地信息共享，此外还有在线游戏等其他业务。然而，不管D2D簇通信应用于哪种业务或者场景，首要完成的都是建立D2D簇，否则其他都无从谈起。因此，快速建立稳定的D2D簇是D2D通信的关键步骤。现有的D2D簇的建立方法仅仅适合于某种特定的应用业务或者场景，一旦应用场景变化了，D2D簇的建立信令或者相关机制就会失效。此外，目前的建立方法也存在其他缺点，比如，D2D通信的建立流程过于复杂，导致资源浪费严重，时延过大，降低系统效率。因此，尽量简化D2D建立过程，减少资源消耗和时延是非常有难度的问题。与此同时，建立通用于各种应用和业务需求的簇也是要优先考虑的。

本发明致力于为D2D通信设计一种新型信令码本和建立机制，来简化建立过程，节省蜂窝资源，降低时间延迟，为此提出了一种D2D对或D2D簇通信建立方法，该方法包括一种新型D2D通信的建立过程以及与之对应的信令码本。

表1给出了为发起方用户设备UE建立D2D簇的信令码本，该信令码本包括UE期望的通信方式、自身能力及期望获得的业务类型。此建立D2D簇的信令码本消息在一定程度上决定了后续的信令码本消息的内容和通信建立流程。

表1：“簇建立请求”的信令码本

从表1给出的D2D簇的建立请求消息可以看出，不同的业务类型和UE能力有可能导致基站eNodeB作出不同的通信调度决定。一般说来，调度方式有两种：一种是集中式调度，由eNodeB控制，另一种是分布式调度，由簇头控制。因此，根据发起方UE的请求消息和系统信息，eNodeB将作出不同的处理方案，如表2和表3所示。表2为基于集中式调度机制的“簇建立策略”的信令码本，表3为基于分布式调度机制的“簇建立策略”的信令码本。

表2：基于集中式调度机制的“簇建立策略”的信令码本

表3：基于分布式调度机制的“簇建立策略”的信令码本

实现本发明所述方法的前提条件是：每个UE与eNodeB同步。在此基础上，本发明设计了一种在用户设备侧的簇建立请求的新型信令码本集合以及在网络侧的簇建立策略信令码本集合，这两种信令码本集合彼此关联。本发明所述的D2D对或D2D簇通信建立方法的主要实现过程为：

1、D2D簇通信的发起方用户设备向网络侧基站发送簇建立请求信令码本，所述簇建立请求信令码本的选择依据用户设备的通信要求，用户设备的自身能力以及期望获得的业务类型而定；

2、网络侧基站生成簇的建立策略信令码本，所述簇的建立策略信令码本对应不同的调度机制有不同的类型：

1）对应集中式调度机制，D2D簇的建立策略信令码本包含通信模式标记，业务类型，簇建立确认接收方，探测用资源块分配，簇建立探测发射功率控制，簇建立发起方，本地运行模式等信息；

2）对应分布式调度机制，D2D簇的建立策略信令码本包含诸如通信模式标记，业务类型，簇建立确认接收方，探测用资源块分配，簇建立探测发射功率控制，簇建立发起方，本地运行模式，簇建立确认的资源块分配，可允许的最大设备个数，建簇持续时间值等信息。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种D2D对或D2D簇通信建立方法，该方法采用基于集中式调度的D2D簇通信的建立机制，如图6所示，流程如下：

（1）当发起方用户设备(UE1)计划建立D2D通信时，它主动向基站eNodeB发送“簇建立请求”消息，其中消息内容包括通信模式，UE自身能力和业务类型等(并不涉及接收方用户设备的信息)，以表4为例(信息类型及比特长度参照表1)，UE1通过蜂窝链路发送该消息；

表4：基于eNodeB多播的簇建立请求信令码本信息表

信息类型	长度比特
		通信模式标识	1
UE能力	0
		业务标签	01

（2）eNodeB接收到“簇建立请求”请求消息后，结合系统信息（如系统的空闲资源、系统当前负载等有关信息），测量分析UE1的相关信息，例如干扰情况，位置信息以及用户设备密集度等。如果网络适合为D2D通信做集中式调度，则eNodeB选择集中式调度方式，并根据表2填充“簇建立策略”信令码本；然后，eNodeB通过蜂窝链路将“簇建立策略”信令码本的消息广播给UE1及其相邻的用户设备UE。这里以表5为例，簇由eNodeB集中式调度，候选UE通过RRC信令将“簇建立确认”消息反馈给eNodeB；

表5：基于eNodeB多播的簇建立策略信令码本信息表

信息类型	长度或比特
		通信模式标识	0
业务标签	01
		簇建立确认接收方	1
信道探测资源配置
		簇建立测量信号发送功率控制	01
簇建立发起方	UE ID
		本地运行模式	0

（3）当用户设备UE1及其相邻用户设备UE接收到“簇建立策略”消息后，将针对此消息分别作出分析。如果UE本身无法满足系统要求，则不作回应；否则，满足簇建立策略信令码本提出的系统要求（如相邻用户设备能否进行D2D通信、是否愿意与簇建立发起方用户设备进行通信等）的UE准备测量UE1发出的探测信号，称为候选用户设备UE。UE1则按照系统要求通过D2D链路广播探测信号。

（4）如果候选用户设备UE和UE1间的链路质量满足要求，则候选用户设备UE通过RRC信令反馈“簇建立确认”消息给eNodeB。否则，此候选用户设备UE不作任何回应，退出建立过程；在网络侧，eNodeB依据预定准则（如：在保证簇通信正常运行的前提下，eNodeB可以随机选取簇成员；或者eNodeB依据候选用户设备与eNodeB间的蜂窝链路质量选取簇成员）选出簇成员；

（5）eNodeB将簇成员选取结果及数据传输资源授予消息广播给D2D簇。至此，D2D簇通信的建立过程结束。

实施例二

本实施例提供另一种D2D对或D2D簇通信建立方法，该方法采用基于分布式调度的D2D簇通信的建立机制，如图7所示，流程如下：在分布式解决方案中，D2D簇通信建立流程的步骤（1）至（3）与实施例一相似，然而，由于簇通信业务或簇应用场景不同，故导致调度方式有所不同，信令码本也随之有所不同(参照表3)。本实施例给出了基于分布式调度的D2D簇的建立流程，如图7所示，包括以下步骤：

（1）发起方用户设备(UE1)通过蜂窝链路发送“簇建立请求”信令，如表6所示，该信令信息表表明UE1试图建立本地数据共享传输。

表6：基于本地文件共享的簇建立请求信令码本信息表

信息类型	长度比特
		通信模式标识	1
UE能力	1
		业务标签	11

（2）基站eNodeB接收到“簇建立请求”信令后，采用分布式调度方式，然后根据表3的信息类型填充“簇建立策略”消息，如表7所示。之后，eNodeB通过蜂窝链路将填充后的“簇建立策略”消息广播给UE1及候选用户设备（UE2、UE3、UE4）。

表7：基于本地文件共享的簇建立策略信令码本信息表

信息类型	长度或比特
		通信模式标识	1
业务标签	11
		簇建立确认接收方	0
信道探测用资源配置
		簇建立探测信号发送功率控制	0
簇建立发起方	UE ID
		本地运行模式	1
簇建立确认资源配置
		最大可允许的设备个数	11
持续时间	0

（3）UE1通过D2D链路发送信道探测信号，候选簇UE（UE2、UE3、UE4）测量D2D链路质量；

（4）如果候选簇UE和UE1的链路质量满足要求，并且eNodeB有足够的空闲资源，则eNodeB可以为所有候选簇UE分配专用信道，候选簇UE分别通过D2D链路在专用信道上向簇头UE1反馈“簇建立确认”消息；如果候选簇UE和UE1的链路质量满足要求，但eNodeB没有足够的空闲资源，则候选簇UE可以通过竞争资源方式（如载波侦探或冲突避免，CSMA或CA）向簇头发送“簇建立确认”消息（其余不符合要求的UE不反馈任何消息），如此反复，直至UE1选出足够的D2D成员（也就是说，UE1的D2D成员等于“最大可允许的设备个数”值）或者超时为止。如图6所示，该簇采用分布式调度方式，且簇头是UE1，簇建立确认消息反馈给簇头UE1。

（5）UE1通过蜂窝链路从eNodeB请求资源，用于管理维护簇运行及数据传输；

（6）eNodeB通过蜂窝链路发送资源授予信令。至此，D2D簇通信的建立过程结束。

值得一提的是，如果D2D簇通信是全连接通信，那么，无论是集中式调度还是分布式调度，接下来都需要进行簇内信道测量。

本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。

Claims (9)

1.一种D2D对或D2D簇通信建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，发起方用户设备通过蜂窝链路主动向基站发送簇建立请求信令码本，所述簇建立请求信令码本的内容包括通信模式、用户设备能力、和业务标签；

步骤二，基站接收到所述簇建立请求信令码本后，测量分析所述发起方用户设备的相关信息，进而结合系统信息选择调度机制，广播簇建立策略信令码本；所述簇建立策略信令码本与所述簇建立请求信令码本相关联；

步骤三，所述发起方用户设备及其相邻用户设备接收到簇建立策略信令码本后，针对所述簇建立策略信令码本中的消息进行分析；

步骤四，发起方用户设备发送信道探测信号，所述相邻用户设备测量D2D链路质量，满足簇建立策略信令码本提出的系统要求的相邻用户设备作为候选簇用户设备发出簇建立确认消息。

2.根据权利要求1所述的D2D对或D2D簇通信建立方法，其特征在于：步骤二中，基站选择的调度机制为集中式调度机制，基站通过蜂窝链路将所述簇建立策略信令码本广播给发起方用户设备及其相邻用户设备；所述簇建立策略信令码本的内容包括通信模式标识、业务标签、簇建立确认接收方、信道探测用资源配置、簇建立探测信号发送功率控制、簇建立发起方、及本地运行模式。

3.根据权利要求2所述的D2D对或D2D簇通信建立方法，其特征在于：步骤四中，所述满足簇建立策略信令码本提出的系统要求的相邻用户设备作为候选簇用户设备发出簇建立确认消息给基站。

4.根据权利要求3所述的D2D对或D2D簇通信建立方法，其特征在于，所述簇通信建立方法还包括：

步骤五，基站根据预定准则从候选簇用户设备中选出簇成员；

步骤六，基站将簇成员选择结果及数据传输资源授予消息广播给所述簇成员。

5.根据权利要求1所述的D2D对或D2D簇通信建立方法，其特征在于：步骤二中，基站选择的调度机制为分布式调度机制，基站通过蜂窝链路将所述簇建立策略信令码本广播给发起方用户设备及其相邻用户设备；所述簇建立策略信令码本的内容包括通信模式标识、业务标签、簇建立确认接收方、信道探测用资源配置、簇建立探测信号发送功率控制、簇建立发起方、本地运行模式、簇建立确认资源配置、最大可允许的设备个数、及持续时间。

6.根据权利要求5所述的D2D对或D2D簇通信建立方法，其特征在于：步骤四中，所述满足簇建立策略信令码本提出的系统要求的相邻用户设备作为候选簇用户设备发出簇建立确认消息给发起方用户设备。

7.根据权利要求6所述的D2D对或D2D簇通信建立方法，其特征在于，所述簇通信建立方法还包括：

步骤五，发起方用户设备作为簇头从候选簇用户设备中选出簇成员；

步骤六，簇头通过蜂窝链路向基站请求用以管理维护簇运行及数据传输的资源；

步骤七，基站通过蜂窝链路向簇头发送资源授予信令。

8.根据权利要求7所述的D2D对或D2D簇通信建立方法，其特征在于：步骤五中，

如果所述候选簇用户设备与发起方用户设备的链路质量均满足要求，并且基站有足够的空闲资源，则基站为所有候选簇用户设备分配专用信道，候选簇用户设备通过D2D链路在专用信道上向簇头反馈簇建立确认消息；

如果所述候选簇用户设备与发起方用户设备的链路质量均满足要求，但基站没有足够的空闲资源，则所述候选簇用户设备以竞争资源方式通过D2D链路向簇头发送簇建立确认消息；如此反复，直至簇头选出足够的簇成员或者超时为止。

9.根据权利要求1所述的D2D对或D2D簇通信建立方法，其特征在于：步骤二中，所述发起方用户设备的相关信息包括发起方用户设备的上下文信息以及簇建立请求信令码本的隐含信息、干扰情况信息、位置信息、和用户设备密集度信息。