一种基于协作中继及频谱聚合的数据传输方法及装置的制造方法

一种基于协作中继及频谱聚合的数据传输方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于协作中继及频谱聚合的数据传 输方法及装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，无线通信技术的发展和高数据速率服务的出现已经消耗了几乎所有可用 频谱，从而使频谱成为了一种非常稀缺的无线资源，在可用频谱范围内很难找到能够满足 新技术和服务需求的带宽。另外，基于现有的固定频谱分配方式，大部分的频谱已被分配给 了指定的授权用户，然而，这种固定的频谱分配方式，不论在时间和空间上对频谱的利用效 率都较低。
[0003] 基于上述原因，现有技术中，在协作中继网络中进行数据传输时，引入了认知无线 电频谱感知技术，使有传输需求的用户能够动态接入空闲频谱。但是，实际应用中，很多空 闲频谱往往都是非连续的，一个单一频段难以满足LTE-Advanced对带宽的需求。因此，为 了满足不断增长的速率需求和多样化业务需求，LTE-Advanced提出了频谱聚合概念。频谱 聚合技术的核心思路是：将多个连续或离散频谱聚合在一起，形成一个更宽的频谱。这种技 术的应用既满足了LTE-Advanced在带宽方面的需求，又可以提高频谱碎片的利用率。另一 方面，实际频谱使用中，很多被授权的频段内都有未被使用的离散频谱段。但是这些闲置的 频段不能被其他非授权用户使用，这就在频谱资源短缺的情况下造成了频谱的浪费，因此， 利用频谱聚合技术进行数据传输，能够提高频谱的利用率。
[0004] 然而，现有技术中，利用频谱聚合技术进行数据传输时，一般只考虑到同一时刻单 用户有数据传输需求的情况，而实际应用中，同一时刻多个用户有数据传输需求的情况也 比较常见，因此，同一时刻多个用户有数据传输需求时，应用现有技术进行数据传输，由于 未考虑整个网络的性能，通信效率较低。

【发明内容】

[0005] 本发明实施例公开了一种基于协作中继及频谱聚合的数据传输方法及装置，以在 同一时刻多个用户有数据传输需求的情况下，提高通信效率。
[0006] 为达到上述目的，本发明实施例公开了一种基于协作中继及频谱聚合的数据传输 方法，所述方法包括：
[0007] 确定当前时刻存在数据传输需求的源节点集合S;
[0008] 针对预设的中继节点集合R中的每个中继节点r」，根据所述S中每个源节点^所 处位置及其对应的目的节点屯所处位置分别与q的服务范围之间的关系，确定q针对源 节点的分配策略，对h进行分配，并根据分配结果获得所述S中每个源节点si对应的备选 中继节点集合Rsi，其中，每个源节点允许存在多个对应的中继节点、或不存在对应的中继节 点；每个中继节点允许存在至多一个对应的源节点、或不存在对应的源节点；
[0009] 根据预设的频谱感知算法，获得所述S中每个源节点^的空闲频谱集合Fsi，以及 Si对应的Rsi的空闲频谱集合FKsi;
[0010] 针对所述S中的每个源节点Si，根据Fsi和FKsi，确定Si的可用空闲频谱集合FAsi， 其中，一个频谱仅属于一个源节点对应的可用空闲频谱集合；
[0011] 所述S中每个源节点Si在其FAsi包含的频谱上，通过Rsi中包含的中继节点向Si 对应的目的节点屯传输数据。
[0012] 在本发明的一种具体实现方式中，所述针对预设的中继节点集合R中的每个中继 节点根据所述S中每个源节点^所处位置及其对应的目的节点d#斤处位置分别与r」的 服务范围之间的关系，确定h针对源节点的分配策略，对q进行分配，并根据分配结果获得 所述S中每个源节点Si对应的备选中继节点集合Rsi，包括：
[0013] 设置第一判断初始值j为1 ;
[0014] 判断中继节点h服务范围内节点对的数量是否等于1，其中，一个节点对中包括： 一个源节点，以及根据该源节点的数据传输需求确定的目的节点；
[0015] 若等于1，将rj分配给rj服务范围内节点对中的源节点；
[0016] 若不等于1，判断&服务范围内节点对的数量是否大于1 ;
[0017] 若大于，分别预测&服务范围内每一节点对中的源节点通过q与该节点对中的目 的节点进行数据通信时的网络吞吐量预测值，并将1^分配给上述计算结果中最大网络吞吐 量预测值对应的源节点；
[0018] 更新j的值为j+1;
[0019] 判断j是否大于所述R中所包括中继节点的数量；
[0020] 若不大于，返回所述判断服务范围内节点对的数量是否等于1的步骤；
[0021] 根据分配结果获得所述S中每个源节点Si对应的备选中继节点集合Rsi。
[0022] 在本发明的一种具体实现方式中，所述分别预测1_服务范围内每一节点对中的源 节点通过h与该节点对中的目的节点进行数据通信时的网络吞吐量预测值，包括：
[0023] 在中继协作通信模式为解码转发协作通信模式的情况下，根据以下表达式，分别 预测h服务范围内每一节点对中的源节点通过与该节点对中的目的节点进行数据通信 时的网络吞吐量预测值，
[0024]
* * ' U''
[0025] 其中，Trj,dt表示st通过中继节点r」与其对应的目的节点dt进行数据通信时的网 络吞吐量预测值，st表示r」服务范围内任一个节点对中的源节点，b表示可用频谱的带宽， &W表示系统的噪声功率，r表示与物理层编码调制关联的冗余量，示预设 的中继节点h与目的节点dt进行数据通信时的发送功率和信道增益。
[0026] 在本发明的一种具体实现方式中，所述针对所述S中的每个源节点Si，根据Fsi和 FKsi，确定Si的可用空闲频谱集合FAsi，包括：
[0027] 设置第二判断初始值y为1 ;
[0028] 判断标识为y的频谱f是否只针对所述S中的一个源节点&满足以下条件，
[0029]fGFsjfGFKsi;
[0030] 若为是，将f确定为81对应的可用空闲频谱集合中的元素；
[0031] 若为否，从所述S中确定满足上述条件的源节点；预测经确定得到的各个源节点 的备选中继节点集合中的中继节点与该源节点对应的目的节点进行数据通信时的信噪比 预测值；根据预测结果，获得最大信噪比预测值对应的源节点；将f?确定为所获得的源节点 对应的可用空闲频谱集合中的元素；
[0032] 更新y的值为y+1 ;
[0033] 判断y是否大于预设的频谱数量；
[0034] 若不大于，返回所述判断标识为y的频谱f是否只针对所述S中的一个源节点Si 满足以下条件的步骤。
[0035] 在本发明的一种具体实现方式中，所述预测经确定得到的各个源节点的备选中继 节点集合中的中继节点与该源节点对应的目的节点进行数据通信时的信噪比预测值，包 括：
[0036] 根据以下表达式，预测经确定得到的各个源节点的备选中继节点集合中的中继节 点与该源节点对应的目的节点进行数据通信时的信噪比预测值，
[0037]
[0038] 其中，表示在频谱f上，中继节点ri与目的节点dz进行数据通信时的信噪比 预测值，dz为根据数据传输需求确定的ri对应的源节点对应的目的节点，N#表示系统的噪 声功率，r表示与物理层编码调制关联的冗余量，Pf，jPhf，dz表示预设的在频谱f上，中继 节点A与目的节点dz进行数据通信时的发送功率和信道增益。
[0039] 在本发明的一种具体实现方式中，所述S中每个源节点Si在其FAsi包含的频谱上， 通过Rsi中包含的中继节点向s，寸应的目的节点d^专输数据，包括：
[0040] 从所述S中每个源节点8亦FAsi所包含的频谱中确定Rsi中包含的每一中继节点 的空闲频谱；
[0041] 在所确定的每一中继节点的空闲频谱上，通过该中继节点向Si对应的目的节点di 传输数据。
[0042] 为达到上述目的，本发明实施例公开了一种基于协作中继及频谱聚合的数据传输 装置，所述装置包括：
[0043] 源节点集合确定模块，用于确定当前时刻存在数据传输需求的源节点集合S;
[0044] 备选中继节点集合获得模块，用于针对预设的中继节点集合R中的每个中继节点 根据所述S中每个源节点^所处位置及其对应的目的节点d#斤处位置分别与q的服务 范围之间的关系，确定h针对源节点的分配策略，对q进行分配，并根据分配结果获得所述 S中每个源节点Si对应的备选中继节点集合Rsi，其中，每个源节点允许存在多个对应的中 继节点、或不存在对应的中继节点；每个中继节点允许存在至多一个对应的源节点、或不存 在对应的源节点；
[0045] 空闲频谱集合获得模块，用于根据预设的频谱感知算法，获得所述S中每个源节 点空闲频谱集合Fsi ，以及Si对应的Rsi的空闲频谱集合FKsi;
[0046] 可用空闲频谱集合确定模块，用于针对所述S中的每个源节点Si，根据Fsi和FKsi， 确定Si的可用空闲频谱集合FAsi，其中，一个频谱仅属于一个源节点对应的可用空闲频谱集 合；
[0047] 数据传输模块，用于所述S中每个源节点Si在其FAsi包含的频谱上，通过Rsi中包 含的中继节点向Si对应的目的节点di传输数据。
[0048] 在本发明的一种具体实现方式中，所述备选中继节点集合获得模块，包括：
[0049] 第一初始值设置子模块，用于设置第一判断初始值j为1 ;
[0050] 第一节点对数量判断子模块，用于判断中继节点&服务范围内节点对的数量是否 等于1，其中，一个节点对中包括：一个源节点，以及根据该源节点的数据传输需求确定的 目的节点；
[0051] 第一中继节点分配子模块，用于在所述第一节点对数量判断子模块的判断结果为 是的情况下，将rj分配给rj服务范围内节点对中的源节点；
[0052] 第二节点对数量判断子模块，用于在所述第一节点对判断子模块的判断结果为否 的情况下，判断h服务范围内节点对的数量是否大于1 ;
[0053] 第二中继节点分配子模块，用于在所述第二节点对数量判断子模块的判断结果为 是的情况下，分别预测h服务范围内每一节点对中的源节点通过q与该节点对中的目的节 点进行数据通信时的网络吞吐量预测值，并将h分配给上述计算结果中最大网络吞吐量预 测值对应的源节点；
[0054] 第一数值更新子模块，用于更新j的值为j+1 ;
[0055] 第一数值判断子模块，用于判断j是否大于所述R中所包括中继节点的数量，若不 大于，触发所述第一节点对数量判断子模块判断节点对数量；
[0056] 备选中继节点集合获得子模块，用于根据分配结果获得所述S中每个源节点&对 应的备选中继节点集合Rsi。
[0057] 在本发明的一种具体实现方式中，所述可用空闲频谱集合确定模块，包括：
[0058] 第二初始值设置子模块，用于设置第二判断初始值y为1 ;
[0059] 频谱判断子模块，用于判断标识为y的频谱f是否只针对所述S中的一个源节点 81满足以下条件， _]fGFsjfGFKsi;
[0061] 第一空闲频谱确定子模块，用于在所述频谱判断子模块的判断结果为是的情况 下，将f确定为8,对应的可用空闲频谱集合中的元素；
[0062] 源节点确定子模块，用于在所述频谱判断子模块的判断结果为否的情况下，从所 述S中确定满足上述条件的源节点；
[0063] 信噪比预测值预测子模块，用于预测经确定得到的各个源节点的备选中继节点集 合中的中继节点与该源节点对应的目的节点进行数据通信时的信噪比预测值；
[0064] 源节点获得子模块，用于根据预测结果，获得最大信噪比预测值对应的源节点；
[0065] 第二空闲频谱确定子模块，用于将f确定为所获得的源节点对应的可用空闲频谱 集合中的元素；
[0066] 第二数值更新子模块，用于更新y的值为y+1 ;
[0067] 第二数值判断子模块，用于判断y是否大于预设的频谱数量，若不大于，触发所述 频谱判断子模块进行频谱判断。
[0068] 在本发明的一种具体实现方式中，所述数据传输模块，包括：
[0069] 空闲频谱确定子模块，用于从所述S中每个源节点^的FAsi所包含的频谱中确定 Rsi中包含的每一中继节点的空闲频谱；
[0070] 数据传输子模块，用于在所确定的每一中继节点的空闲频谱上，通过该中继节点 向Si对应的目的节点di传输数据。
[0071] 由以上可见，本发明实施例提供的方案中，确定当前时刻存在数据传输需求的源 节点集合后，先针对预设的中继节点集合中的每个中继节点，获得源节点集合中的每个源 节点对应备选中继节点集合，再确定每个源节点及其备选中继节点集合共同对应的可用空 闲频谱集合，然后各个源节点在其对应的可用空闲频谱集合上，通过其备选中继节点集合 中的中继节点向其目的节点传输数据。由于在确定各个源节点的可用空闲频谱集合时考虑 了协作中继网络中同一时刻存在数据传输需求的其他源节点以及预设的中继节点集合中 所有中继节点的情况，所以，应用本发明实施例提供的方案在进行数据传输时，能够结合整 个网络的性能进行，进而能够提高通信效率。
【附图说明】
[0072] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0073] 图1为本发明实施例提供的一种基于协作中继及频谱聚合的数据传输方法的流 程不意图；
[0074] 图2为本发明实施例提供的一种分配中继节点的方法的流程示意图；
[0075] 图3为本发明实施例提供的一种确定各个源节点的可用空闲频谱集合的方法的 流程示意图；
[0076] 图4为本发明实施例提供的一种基于协作中继及频谱聚合的数据传输装置的结 构示意图。
【具体实施方式】
[0077] 在协作中继网络中利用频谱聚合技术进行数据传输时，由于实际应用中同一时刻 多个用户同时有数据传输需求的情况较为普遍，而现有技术中的数据传输方法，通常是基 于同一时刻单用户有数据传输的情况的，鉴于此，本发明实施例提供了一种基于协作中继 及频谱聚合的数据传输方法及装置，以使得协作中继网络中同一时刻存在多个用户有数据 传输需求的情况时，能够考虑整个网络的性能，提高通信效率。
[0078] 本领域内的技术人员可以理解的是，源节点向其对应的目的节点传输数据时，通 常情况下，源节点先在可用频谱上，将要传输的数据传输给中继节点，然后，中继节点再将 所接收的数据在可用频谱上传出给目的节点。
[0079] 需要说明的是，本发明各个实施例提供的数据传输方法中，各个步骤的执行主体 可以是源节点、中继节点还可以是目的节点，本申请并不对此进行限定。
[0080] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0081] 图1为本发明实施例提供的一种基于协作中继及频谱聚合的数据传输方法的流 程示意图，该方法包括：
[0082] S101 :确定当前时刻存在数据传输需求的源节点集合S。
[0083] 本发明实施例主要是针对当前时刻存在多个源节点有数据传输需求的情况提出 的，即源节点集合S中所包含元素的数量大于1，其中，每个元素表示一个源节点。
[0084] 其中，源节点集合S中的一个源节点可以理解为一个用户所使用的终端设备，源 节点集合S中包含多个源节点时，可以理解为有多个用户希望通过其所使用的终端设备进 行数据传输。
[0085] S102 :针对预设的中继节点集合R中的每个中继节点根据S中每个源节点Si 所处位置及其对应的目的节点屯所处位置分别与q的服务范围之间的关系，确定q针对 源节点的分配策略，对1^_进行分配，并根据分配结果获得S中每个源节点si对应的备选中 继节点集合Rsi。
[0086] 具体的，对中继节点进行分配时，每个源节点允许存在多个对应的中继节点、或不 存在对应的中继节点；每个中继节点允许存在至多一个对应的源节点、或不存在对应的源 节点。
[0087] 上述的&是指源节点集合S中的任一元素，1 <i<N，其中，N为S中元素的个 数；h为中继节点集合R中的任一元素，Kj<M，其中，M为R中元素的个数。本申请并 不对N、M之间的大小关系进行限定。
[0088] 上述的S中每个源节点^所处位置及其对应的目的节点d#斤处位置分别与r#勺 服务范围之间的关系，可以分为以下几种情况：
[0089] sJPd通不位于r』.的服务范围内；
[0090] &位于r」的服务范围内，而cU不位于r』的服务范围内；
[0091] &不位于r」的服务范围内，而1位于r』的服务范围内；
[0092] sJPdi均位于r』的服务范围内。
[0093] 可以理解的是，不管是源节点还是目的节点只有在其位于中继节点服务范围内 时，源节点或者目的节点才能与中继节点进行数据通信，因此，在确定h针对源节点的分配 策略时，可以是只针对源节点和其目的节点均位于某一中继节点的服务范围内的源 节点进 行分配，还可以是针对仅仅源节点位于某一中继节点的服务范围内的源节点进行分配，这 种情况下，可以考虑多中继相结合的情况。
[0094] 在本发明的一个具体实施例中，参见图2,提供了一种分配中继节点的方法的流程 示意图，该方法包括：
[0095] S102A:设置第一判断初始值j为1。
[0096] S102B:判断中继节点rj服务范围内节点对的数量是否等于1，若等于，执行 S102C，否则，执行S102D。
[0097] 其中，一个节点对中包括：一个源节点，以及根据该源节点的数据传输需求确定的 目的节点。
[0098] S102C:将r」分配给r」服务范围内节点对中的源节点。
[0099] 在本步骤之后，执行S102F以继续后续步骤。
[0100] S102D:判断r」服务范围内节点对的数量是否大于1，若大于，执行S102E，否则，执 行S102F。
[0101] S102E:分别预测&服务范围内每一节点对中的源节点通过q与该节点对中的目 的节点进行数据通信时的网络吞吐量预测值，并将1^分配给上述计算结果中最大网络吞吐 量预测值对应的源节点。
[0102] 具体的，在中继协作通信模式为解码转发协作通信模式的情况下，可以根据以下 表达式，分别预测h服务范围内每一节点对中的源节点通过q与该节点对中的目的节点进 行数据通信时的网络吞吐量预测值，
[0103]
[0104] 其中，Trj,dt表示st通过中继节点r」与其对应的目的节点dt进行数据通信时的网 络吞吐量预测值，st表示r」服务范围内任一个节点对中的源节点，b表示可用频谱的带宽， &W表示系统的噪声功率，r表示与物理层编码调制关联的冗余量，具体的，可以将其设置 为与误码率有关的量，
[0105] 例如
'其中，BER是指误码率。
[0106] Prj,dJPh"_,dt表示预设的中继节点r」与目的节点dt进行数据通信时的发送功率和 信道增益。
[0107] 需要说明的是，在中继协作通信模式中，与DF(DecodeandForward，解码转发）协 作通信模式相对应，还存在AF(AmplifyandForward，放大转发）协作通信模式，在AF协作 通信模式下预测网络吞吐量预测值的方式与DF协作通信模式下所采用的方式不同。
[0108] 较佳的，每一段频谱的带宽是相等的，假设总带宽为B，B被均分为N段，也就是，每 一段频谱的带宽!\= ^，这种情况下，上述的b等于瓦。
[0109] S102F:更新j的值为j+1。
[0110] S102G:判断j是否大于R中所包括中继节点的数量，若不大于，执行S102B，否则， 执行S102H。
[0111] S102H:结束本流程。
[0112] 在根据上述的S102A-S102H完成R中每个中继节点针对源节点的分配后，可以根 据分配结果获得S中每个源节点Si对应的备选中继节点集合Rsi。
[0113] 需要说明的是，根据分配结果所获得的S中每个源节点^对应的备选中继节点集 合Rsi，每个Rsi中所包含中继节点的数量可能大于等于1，还可能为〇。
[0114] S103 :根据预设的频谱感知算法，获得S中每个源节点&的空闲频谱集合Fsi，以及 Si对应的Rsi的空闲频谱集合FKsi。
[0115] 频谱感知技术属于现有技术中比较成熟的技术，本领域内的技术人员可以根据专 业知识容易获知，这里不再进行介绍。
[0116] 获得Si对应的Rsi的空闲频谱集合FKsi时，可以先分别获得si对应的Rsi中每一中 继节点的空闲频谱，然后再根据所获得的空闲频谱生成Rsi的空闲频谱集合FKsi。
[0117]S104:针对S中的每个源节点Si，根据Fsi和FKsi，确定Si的可用空闲频谱集合FAsi。
[0118] 其中，一个频谱仅属于一个源节点对应的可用空闲频谱集合。
[0119] 在本发明的另一个具体实施例中，参见图3,提供了一种确定各个源节点的可用空 闲频谱集合的方法的流程示意图，该方法包括：
[0120]S104A:设置第二判断初始值y为1。
[0121]S104B:判断标识为y的频谱f是否只针对S中的一个源节点Si满足预设的条件， 若为是，执行S104C，若为否，执行S104D。
[0122] 其中，预设的条件为：fG匕且fGFKsi。
[0123]S104C:将f确定为&对应的可用空闲频谱集合中的元素。
[0124] 在本步骤之后，执行S104H以继续后续步骤。
[0125]S104D:从S中确定满足上述条件的源节点。
[0126] S104E:预测经确定得到的各个源节点的备选中继节点集合中的中继节点与该源 节点对应的目的节点进行数据通信时的信噪比预测值。
[0127] 具体的，可以根据以下表达式，预测经确定得到的各个源节点的备选中继节点集 合中的中继节点与该源节点对应的目的节点进行数据通信时的信噪比预测值，
[0128]
[0129] 其中，Tf,rf表示在频谱f上，中继节点ri与目的节点dz进行数据通信时的信噪比 预测值，dz为根据数据传输需求确定的ri对应的源节点对应的目的节点，N#表示系统的噪 声功率，r表示与物理层编码调制关联的冗余量，Pf，jPhf，dz表示预设的在频谱f上，中继 节点A与目的节点dz进行数据通信时的发送功率和信道增益。
[0130]S104F:根据预测结果，获得最大信噪比预测值对应的源节点。
[0131]S104G:将f确定为所获得的源节点对应的可用空闲频谱集合中的元素。
[0132]S104H:更新y的值为y+1。
[0133]S104I:判断y是否大于预设的频谱数量，若不大于，返回S104B，若大于，执行 S104J〇
[0134]S104J:结束本流程。
[0135]S105 :S中每个源节点Si在其FAsi包含的频谱上，通过Rsi中包含的中继节点向si 对应的目的节点屯传输数据。
[0136] 具体的，S中每个源节点Si在其FAsi包含的频谱上，通过Rsi中包含的中继节点向 Si对应的目的节点di传输数据时，可以先从S中每个源节点s^勺FAsi所包含的频谱中确定 Rsi中包含的每一中继节点的空闲频谱，再在所确定的每一中继节点的空闲频谱上，通过该 中继节点向Si对应的目的节点di传输数据。
[0137] 在所确定的每一中继节点的空闲频谱上，通过该中继节点向Si对应的目的节点di 传输数据时，利用了每一中继节点的各个空闲频谱，也就是实现了频谱聚合，这些频谱协作 完成Si通过该中继节点向di发送数据。
[0138] 假设，源节点FAsi为{f^f2,f3,f4,f5}，Rsi为{r^r2}，其中，ri的空闲频谱包 括：f\、匕和f6, 1~2的空闲频谱包括：f2、f4、f5、&和f7,则从FAsi所包含的频谱中确定Rsi中 包含的每一中继节点的空闲频谱，具体为A的空闲频谱为：fi、f3，r2的空闲频谱为：f2、f4、f5, fi、f3上通过ri向目的节点d廣输数据，并在f2、f4、f5上通过r2向目的节点d廣 输数据。
[0139] 由以上可见，上述各个实施例提供的方案中，确定当前时刻存在数据传输需求的 源节点集合后，先针对预设的中继节点集合中的每个中继节点，获得源节点集合中的每个 源节点对应备选中继节点集合，再确定每个源节点及其备选中继节点集合共同对应的可用 空闲频谱集合，然后各个源节点在其对应的可用空闲频谱集合上，通过其备选中继节点集 合中的中继节点向其目的节点传输数据。由于在确定各个源节点的可用空闲频谱集合时考 虑了协作中继网络中同一时刻存在数据传输需求的其他源节点以及预设的中继节点集合 中所有中继节点的情况，所以，应用上述各个实施例提供的方案在进行数据传输时，能够结 合整个网络的性能进行，进而能够提高通信效率。
[0140] 与上述的基于协作中继及频谱聚合的数据传输方法相对应，本发明实施例还提供 了一种基于协作中继及频谱聚合的数据传输装置。
[0141]图4为本发明实施例提供的一种基于协作中继及频谱聚合的数据传输装置的结 构示意图，该装置包括：
[0142] 源节点集合确定模块401，用于确定当前时刻存在数据传输需求的源节点集合S;
[0143] 备选中继节点集合获得模块402,用于针对预设的中继节点集合R中的每个中继 节点根据所述S中每个源节点^所处位置及其对应的目的节点d#斤处位置分别与r」的 服务范围之间的关系，确定h针对源节点的分配策略，对q进行分配，并根据分配结果获得 所述S中每个源节点Si对应的备选中继节 点集合Rsi，其中，每个源节点允许存在多个对应 的中继节点、或不存在对应的中继节点；每个中继节点允许存在至多一个对应的源节点、或 不存在对应的源节点；
[0144] 空闲频谱集合获得模块403,用于根据预设的频谱感知算法，获得所述S中每个源 节点8亦空闲频谱集合Fsi，以及Si对应的Rsi的空闲频谱集合FKsi;
[0145] 可用空闲频谱集合确定模块404,用于针对所述S中的每个源节点Si，根据Fsi和 FKsi，确定Si的可用空闲频谱集合FAsi，其中，一个频谱仅属于一个源节点对应的可用空闲频 谱集合；
[0146] 数据传输模块405,用于所述S中每个源节点Si在其FAsi包含的频谱上，通过Rsi 中包含的中继节点向Si对应的目的节点di传输数据。
[0147] 具体的，所述备选中继节点集合获得模块402可以包括：
[0148] 第一初始值设置子模块，用于设置第一判断初始值j为1 ;
[0149] 第一节点对数量判断子模块，用于判断中继节点服务范围内节点对的数量是否 等于1，其中，一个节点对中包括：一个源节点，以及根据该源节点的数据传输需求确定的 目的节点；
[0150] 第一中继节点分配子模块，用于在所述第一节点对数量判断子模块的判断结果为 是的情况下，将h分配给rj服务范围内节点对中的源节点；
[0151] 第二节点对数量判断子模块，用于在所述第一节点对判断子模块的判断结果为否 的情况下，判断h服务范围内节点对的数量是否大于1 ;
[0152]第二中继节点分配子模块，用于在所述第二节点对数量判断子模块的判断结果为 是的情况下，分别预测h服务范围内每一节点对中的源节点通过q与该节点对中的目的节 点进行数据通信时的网络吞吐量预测值，并将h分配给上述计算结果中最大网络吞吐量预 测值对应的源节点；
[0153] 第一数值更新子模块，用于更新j的值为j+1 ;
[0154] 第一数值判断子模块，用于判断j是否大于所述R中所包括中继节点的数量，若不 大于，触发所述第一节点对数量判断子模块判断节点对数量；
[0155] 备选中继节点集合获得子模块，用于根据分配结果获得所述S中每个源节点^对 应的备选中继节点集合Rsi。
[0156] 可选的，所述第二中继节点分配子模块，可具体用于在中继协作通信模式为解码 转发协作通信模式的情况下，根据以下表达式，分别预测h服务范围内每一节点对中的源 节点通过&与该节点对中的目的节点进行数据通信时的网络吞吐量预测值，并将 rj分配给 上述计算结果中最大网络吞吐量预测值对应的源节点，
[0157]
[0158] 其中，Trj,dt表示st通过中继节点r」与其对应的目的节点dt进行数据通信时的网 络吞吐量预测值，st表示r」服务范围内任一个节点对中的源节点，b表示可用频谱的带宽， &W表示系统的噪声功率，r表示与物理层编码调制关联的冗余量，示预设 的中继节点h与目的节点dt进行数据通信时的发送功率和信道增益。
[0159] 具体的，所述可用空闲频谱集合确定模块404可以包括：
[0160] 第二初始值设置子模块，用于设置第二判断初始值y为1 ;
[0161] 频谱判断子模块，用于判断标识为y的频谱f是否只针对所述S中的一个源节点 81满足以下条件，
[0162] fGFsjfGFKsi;
[0163] 第一空闲频谱确定子模块，用于在所述频谱判断子模块的判断结果为是的情况 下，将f确定为8,对应的可用空闲频谱集合中的元素；
[0164] 源节点确定子模块，用于在所述频谱判断子模块的判断结果为否的情况下，从所 述S中确定满足上述条件的源节点；
[0165] 信噪比预测值预测子模块，用于预测经确定得到的各个源节点的备选中继节点集 合中的中继节点与该源节点对应的目的节点进行数据通信时的信噪比预测值；
[0166] 源节点获得子模块，用于根据预测结果，获得最大信噪比预测值对应的源节点；
[0167] 第二空闲频谱确定子模块，用于将f确定为所获得的源节点对应的可用空闲频谱 集合中的元素；
[0168] 第二数值更新子模块，用于更新y的值为y+1 ;
[0169] 第二数值判断子模块，用于判断y是否大于预设的频谱数量，若不大于，触发所述 频谱判断子模块进行频谱判断。
[0170] 可选的，所述信噪比预测值预测子模块，可具体用于根据以下表达式，预测经确定 得到的各个源节点的备选中继节点集合中的中继节点与该源节点对应的目的节点进行数 据通信时的信噪比预测值，
[0171]
[0172] 其中，表示在频谱f上，中继节点ri与目的节点dz进行数据通信时的信噪比 预测值，dz为根据数据传输需求确定的ri对应的源节点对应的目的节点，N#表示系统的噪 声功率，r表示与物理层编码调制关联的冗余量，Pf，jPhf，dz表示预设的在频谱f上，中继 节点A与目的节点dz进行数据通信时的发送功率和信道增益。
[0173] 具体的，所述数据传输模块405可以包括：
[0174] 空闲频谱确定子模块，用于从所述S中每个源节点^的FAsi所包含的频谱中确定 Rsi中包含的每一中继节点的空闲频谱；
[0175] 数据传输子模块，用于在所确定的每一中继节点的空闲频谱上，通过该中继节点 向Si对应的目的节点di传输数据。
[0176] 由以上可见，上述各个实施例提供的方案中，确定当前时刻存在数据传输需求的 源节点集合后，先针对预设的中继节点集合中的每个中继节点，获得源节点集合中的每个 源节点对应备选中继节点集合，再确定每个源节点及其备选中继节点集合共同对应的可用 空闲频谱集合，然后各个源节点在其对应的可用空闲频谱集合上，通过其备选中继节点集 合中的中继节点向其目的节点传输数据。由于在确定各个源节点的可用空闲频谱集合时考 虑了协作中继网络中同一时刻存在数据传输需求的其他源节点以及预设的中继节点集合 中所有中继节点的情况，所以，应用上述各个实施例提供的方案在进行数据传输时，能够结 合整个网络的性能进行，进而能够提高通信效率。
[0177] 对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关 之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0178] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存 在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵 盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要 素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备 所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除 在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0179] 本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可 以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中， 这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
[0180] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围 内。
【主权项】
1. 一种基于协作中继及频谱聚合的数据传输方法，其特征在于，所述方法包括： 确定当前时刻存在数据传输需求的源节点集合S ; 针对预设的中继节点集合R中的每个中继节点根据所述S中每个源节点Si所处位 置及其对应的目的节点屯所处位置分别与q的服务范围之间的关系，确定q针对源节点 的分配策略，对1^_进行分配，并根据分配结果获得所述S中每个源节点s，寸应的备选中继 节点集合R si，其中，每个源节点允许存在多个对应的中继节点、或不存在对应的中继节点； 每个中继节点允许存在至多一个对应的源节点、或不存在对应的源节点； 根据预设的频谱感知算法，获得所述S中每个源节点^的空闲频谱集合F si，以及^对 应的Rsi的空闲频谱集合F Ksi; 针对所述S中的每个源节点Si，根据Fsi和FKsi，确定Si的可用空闲频谱集合F Asi，其中， 一个频谱仅属于一个源节点对应的可用空闲频谱集合； 所述S中每个源节点Si在其F Asi包含的频谱上，通过Rsi中包含的中继节点向s i对应 的目的节点Cli传输数据。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对预设的中继节点集合R中的每个 中继节点h，根据所述S中每个源节点^所处位置及其对应的目的节点d #斤处位置分别与 1^.的服务范围之间的关系，确定r」针对源节点的分配策略，对 r」进行分配，并根据分配结果 获得所述S中每个源节点S i对应的备选中继节点集合R si，包括： 设置第一判断初始值j为1 ; 判断中继节点h服务范围内节点对的数量是否等于1，其中，一个节点对中包括：一个 源节点，以及根据该源节点的数据传输需求确定的目的节点； 若等于1，将h分配给rj服务范围内节点对中的源节点； 若不等于1，判断h服务范围内节点对的数量是否大于1 ; 若大于，分别预测h服务范围内每一节点对中的源节点通过q与该节点对中的目的节 点进行数据通信时的网络吞吐量预测值，并将h分配给上述计算结果中最大网络吞吐量预 测值对应的源节点； 更新j的值为j+1 ; 判断j是否大于所述R中所包括中继节点的数量； 若不大于，返回所述判断h服务范围内节点对的数量是否等于1的步骤； 根据分配结果获得所述S中每个源节点Si对应的备选中继节点集合R si。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别预测q服务范围内每一节点对 中的源节点通过h与该节点对中的目的节点进行数据通信时的网络吞吐量预测值，包括： 在中继协作通信模式为解码转发协作通信模式的情况下，根据以下表达式，分别预测 h服务范围内每一节点对中的源节点通过q与该节点对中的目的节点进行数据通信时的 网络吞吐量预测值，其中，Trj,dt表示s t通过中继节点r」与其对应的目的节点d t进行数据通信时的网络吞 吐量预测值，st表示rj服务范围内任一个节点对中的源节点，b表示可用频谱的带宽，N tlW 表示系统的噪声功率，Γ表示与物理层编码调制关联的冗余量，P^dJPhddt表示预设的中 继节点h与目的节点d t进行数据通信时的发送功率和信道增益。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对所述S中的每个源节点s i，根据 Fsi和F Ksi，确定Si的可用空闲频谱集合F Asi，包括： 设置第二判断初始值y为1 ; 判断标识为y的频谱f是否只针对所述S中的一个源节点^满足以下条件， f e Fsj f e F Ksi; 若为是，将f确定为81对应的可用空闲频谱集合中的元素； 若为否，从所述S中确定满足上述条件的源节点；预测经确定得到的各个源节点的备 选中继节点集合中的中继节点与该源节点对应的目的节点进行数据通信时的信噪比预测 值；根据预测结果，获得最大信噪比预测值对应的源节点；将f确定为所获得的源节点对应 的可用空闲频谱集合中的元素； 更新y的值为y+l ; 判断y是否大于预设的频谱数量； 若不大于，返回所述判断标识为y的频谱f是否只针对所述S中的一个源节点Si满足 以下条件的步骤。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预测经确定得到的各个源节点的备 选中继节点集合中的中继节点与该源节点对应的目的节点进行数据通信时的信噪比预测 值，包括： 根据以下表达式，预测经确定得到的各个源节点的备选中继节点集合中的中继节点与 该源节点对应的目的节点进行数据通信时的信噪比预测值，其中，T f,rl表示在频谱f上，中继节点r i与目的节点d龙行数据通信时的信噪比预测 值，dz为根据数据传输需求确定的r i对应的源节点对应的目的节点，N #表示系统的噪声功 率，Γ表示与物理层编码调制关联的冗余量，Pf^Phtdz表示预设的在频谱f上，中继节点 A与目的节点d z进行数据通信时的发送功率和信道增益。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S中每个源节点s i在其F Asi包含的 频谱上，通过Rsi中包含的中继节点向s，寸应的目的节点d ^专输数据，包括： 从所述S中每个源节点81的F Asi所包含的频谱中确定R si中包含的每一中继节点的空 闲频谱； 在所确定的每一中继节点的空闲频谱上，通过该中继节点向Si对应的目的节点Cli传输 数据。7. -种基于协作中继及频谱聚合的数据传输装置，其特征在于，所述装置包括： 源节点集合确定模块，用于确定当前时刻存在数据传输需求的源节点集合S ; 备选中继节点集合获得模块，用于针对预设的中继节点集合R中的每个中继节点根 据所述S中每个源节点^所处位置及其对应的目的节点d #斤处位置分别与q的服务范围 之间的关系，确定h针对源节点的分配策略，对1^_进行分配，并根据分配结果获得所述S中 每个源节点Si对应的备选中继节点集合R si，其中，每个源节点允许存在多个对应的中继节 点、或不存在对应的中继节点；每个中继节点允许存在至多一个对应的源节点、或不存在对 应的源节点； 空闲频谱集合获得模块，用于根据预设的频谱感知算法，获得所述S中每个源节点Si 的空闲频谱集合Fsi，以及Si对应的R si的空闲频谱集合F Ksi; 可用空闲频谱集合确定模块，用于针对所述S中的每个源节点Si，根据Fsi和F Ksi，确定 Si的可用空闲频谱集合FAsi，其中，一个频谱仅属于一个源节点对应的可用空闲频谱集合； 数据传输模块，用于所述S中每个源节点S i在其F Asi包含的频谱上，通过R si中包含的 中继节点向Si对应的目的节点d i传输数据。8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述备选中继节点集合获得模块，包括： 第一初始值设置子模块，用于设置第一判断初始值j为1 ; 第一节点对数量判断子模块，用于判断中继节点h服务范围内节点对的数量是否等于 1，其中，一个节点对中包括：一个源节点，以及根据该源节点的数据传输需求确定的目的节 占 . 第一中继节点分配子模块，用于在所述第一节点对数量判断子模块的判断结果为是的 情况下，将h分配给r j服务范围内节点对中的源节点； 第二节点对数量判断子模块，用于在所述第一节点对判断子模块的判断结果为否的情 况下，判断h服务范围内节点对的数量是否大于1 ; 第二中继节点分配子模块，用于在所述第二节点对数量判断子模块的判断结果为是的 情况下，分别预测h服务范围内每一节点对中的源节点通过q与该节点对中的目的节点进 行数据通信时的网络吞吐量预测值，并将h分配给上述计算结果中最大网络吞吐量预测值 对应的源节点； 第一数值更新子模块，用于更新j的值为j+1 ; 第一数值判断子模块，用于判断j是否大于所述R中所包括中继节点的数量，若不大 于，触发所述第一节点对数量判断子模块判断节点对数量； 备选中继节点集合获得子模块，用于根据分配结果获得所述S中每个源节点Si对应的 备选中继节点集合Rsi。9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述可用空闲频谱集合确定模块，包括： 第二初始值设置子模块，用于设置第二判断初始值y为1 ; 频谱判断子模块，用于判断标识为y的频谱f是否只针对所述S中的一个源节点^满 足以下条件， f e Fsj f e F Ksi; 第一空闲频谱确定子模块，用于在所述频谱判断子模块的判断结果为是的情况下，将f 确定为81对应的可用空闲频谱集合中的元素； 源节点确定子模块，用于在所述频谱判断子模块的判断结果为否的情况下，从所述S 中确定满足上述条件的源节点； 信噪比预测值预测子模块，用于预测经确定得到的各个源节点的备选中继节点集合中 的中继节点与该源节点对应的目的节点进行数据通信时的信噪比预测值； 源节点获得子模块，用于根据预测结果，获得最大信噪比预测值对应的源节点； 第二空闲频谱确定子模块，用于将f确定为所获得的源节点对应的可用空闲频谱集合 中的元素； 第二数值更新子模块，用于更新y的值为y+1 ; 第二数值判断子模块，用于判断y是否大于预设的频谱数量，若不大于，触发所述频谱 判断子模块进行频谱判断。10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述数据传输模块，包括： 空闲频谱确定子模块，用于从所述S中每个源节点^的FAsi所包含的频谱中确定Rsi中 包含的每一中继节点的空闲频谱； 数据传输子模块，用于在所确定的每一中继节点的空闲频谱上，通过该中继节点向Si 对应的目的节点Cli传输数据。
【专利摘要】本发明实施例公开了一种基于协作中继及频谱聚合的数据传输方法及装置，涉及无线通信技术领域，包括：确定当前时刻存在数据传输需求的源节点集合S；针对预设的中继节点集合R中的每个中继节点rj，根据每个源节点si所处位置及其目的节点所处位置分别与rj的服务范围之间的关系，对rj进行分配，获得每个源节点si的备选中继节点集合Rsi；获得每个源节点si的空闲频谱集合Fsi，以及si的Rsi的空闲频谱集合FRsi；针对每个源节点si，确定si的可用空闲频谱集合FAsi；每个源节点si在其FAsi包含的频谱上，通过Rsi中包含的中继节点向si对应的目的节点传输数据。应用本发明实施例提供的方案，能够提高通信效率。
【IPC分类】H04B7/02, H04W72/12, H04L27/00
【公开号】CN104883212
【申请号】CN201510309583
【发明人】魏翼飞, 张勇, 龚霞, 宋梅, 马跃, 王小军, 刘宁宁, 战晓苏
【申请人】北京邮电大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月8日