D2D通信中的資源分配問題

楊金玲

摘? 要：自從20世紀(jì)60年代的第五次信息革命以后，計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)正發(fā)生著密切的結(jié)合，人們對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的要求也越來越高，加之近年來逐漸走入人們視野的5G網(wǎng)絡(luò)，更加迫切地反映了當(dāng)今時(shí)代人們對(duì)于快捷網(wǎng)絡(luò)的需要。D2D通信技術(shù)成為了5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵，它改變了之前蜂窩網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻譜資源利用不足的問題，便捷了通信用戶之間的聯(lián)系，減輕了基站的負(fù)擔(dān)，促進(jìn)無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展得到了質(zhì)的飛躍。

關(guān)鍵詞：D2D? 無線網(wǎng)絡(luò)? 資源? 分配

中圖分類號(hào)：TN929.5 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）07（c）-0013-03

The Problem of Resource Allocation in D2D Communication

YANG Jinling

（Liaoning Railway Vocational and Technical College， Jinzhou， Liaoning Province， 121000 China）

Abstract： Since the fifth information revolution in the 1960s， computer technology and communication technology have been undergoing close integration， and peoples requirements for communication networks are becoming higher and higher. The 5G network more urgently reflects people's need for fast networks in today's era. D2D communication technology has become the key to the development of 5G networks. It changes the previous problem of underutilization of spectrum resources in cellular networks， facilitates communication between communication users， reduces the burden of base stations， and promotes the development of wireless networks.

Key Words： D2D; Wireless network; Resources; Allocation

當(dāng)今社會(huì)現(xiàn)代通信技術(shù)已經(jīng)滲透到社會(huì)的方方面面，并且一步步影響著人們的生活，于是各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)業(yè)便應(yīng)運(yùn)而生，但同時(shí)各種網(wǎng)絡(luò)通信問題也逐漸浮出水面。該文接下來提到的D2D通信技術(shù)，就是技術(shù)人員為了解決原有網(wǎng)絡(luò)問題而開發(fā)出的一種新型通信技術(shù)，不過由于正處于技術(shù)發(fā)展初期，所以，在使用中還存在著一系列問題。該文就以D2D通信中的資源分配為切入點(diǎn)，對(duì)D2D通信的含義、具體應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)也展開了一些相關(guān)論述。

1? 關(guān)于D2D通信的介紹

D2D其實(shí)是device to device的簡(jiǎn)稱，意為兩個(gè)對(duì)等的用戶節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信的一種方式，它使用戶之間能夠互相發(fā)送、接受信息和轉(zhuǎn)換信息，同時(shí)用戶能自由儲(chǔ)存信息，在用戶進(jìn)行資源訪問時(shí)，不需要借助任何其他手段就能直接獲取到信息。D2D之所以能夠出現(xiàn)，一方面是5G網(wǎng)絡(luò)力量的崛起，另一方面則是原有通信技術(shù)即蜂窩網(wǎng)絡(luò)不能夠滿足人們的需求，同時(shí)它也存在太多的問題。蜂窩網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了一代又一代的發(fā)展，從一開始模擬移動(dòng)電話系統(tǒng)到最成熟的4G無線寬帶系統(tǒng)，始終無法使用戶之間相互通信，所以5G時(shí)代的到來使得蜂窩網(wǎng)絡(luò)要改變?cè)邪l(fā)展方式，拓寬應(yīng)用范圍。

D2D通信不但能夠提升傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的各種性能，還能在保證資源可控的情況下，解決日益嚴(yán)重的資源緊缺問題;它不同于藍(lán)牙連接和無線局域網(wǎng)這類短距離傳輸信息，因?yàn)樗膫鬏斴d體是電信運(yùn)營商，信息傳輸穩(wěn)定性有了保障，這樣一種不依賴網(wǎng)絡(luò)傳輸基站的直通技術(shù)，憑借其靈活性和處于基站控制下的信息交換，成為了5G網(wǎng)絡(luò)和通信巨頭的寵兒。

2? D2D通信的具體應(yīng)用

由于D2D通信技術(shù)是側(cè)重于通信，所以它的主要應(yīng)用不外乎是投入本地市場(chǎng)和增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)與通信終端的結(jié)合。首先，它可以用來拉近用戶之間的距離，在社交應(yīng)用中就可以很好地發(fā)揮出其本身的作用，使得兩個(gè)用戶能夠方便資源分享和信息交流，還能通過這類無須中間點(diǎn)的技術(shù)為用戶匹配更多興趣相同的人。其次，可以根據(jù)領(lǐng)近特性直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在分析鄰近居民的消費(fèi)喜好以后，為居民提供相關(guān)產(chǎn)品，運(yùn)用于商業(yè)市場(chǎng)之后，商戶通過D2D通信進(jìn)行有關(guān)產(chǎn)品的宣傳和推廣，以此達(dá)到推廣商品增加盈利的目的。接著便是運(yùn)用于解決未來劇增的互聯(lián)網(wǎng)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的龐大需求量，不出意外，幾年以后會(huì)有越來越多的蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶接入具有物聯(lián)網(wǎng)特征的機(jī)器通信終端，這些用戶呈現(xiàn)出依賴物聯(lián)網(wǎng)通信終端的特征，所以如果可以將D2D通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，就能產(chǎn)生物聯(lián)網(wǎng)增強(qiáng)D2D通信的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)真正意義上的互聯(lián)互通無線通信網(wǎng)絡(luò)。最后，根據(jù)它依靠?jī)蓚€(gè)相鄰終端進(jìn)行信息傳輸和無須基站傳輸這一特點(diǎn)，能夠應(yīng)用到應(yīng)急通信當(dāng)中。接下來主要分析一下D2D通信技術(shù)到底有哪些優(yōu)點(diǎn)，讓它能在通信、商業(yè)、應(yīng)急等方面都能有所應(yīng)用。

3? D2D通信應(yīng)用的優(yōu)、缺點(diǎn)

在D2D通信技術(shù)的運(yùn)用過程中，每一位目的用戶的地位都是同等的，也就是說D2D技術(shù)的作用可以大幅度減少基站的負(fù)載。同時(shí)，在使用本地、對(duì)點(diǎn)通信的過程中，也不需要核心網(wǎng)絡(luò)的接入，對(duì)于減輕核心網(wǎng)絡(luò)負(fù)載起到很大的作用，便于提高網(wǎng)絡(luò)通信的質(zhì)量和速率。同時(shí)電池能耗降低，可以延長(zhǎng)電池的可使用壽命。相對(duì)于其他的一些資源技術(shù)，D2D通信在基站的操控下進(jìn)行運(yùn)用，也可以適當(dāng)?shù)蒯尫藕驮黾右恍┛臻e頻譜。尤其是在進(jìn)行小范圍、相鄰團(tuán)體的互聯(lián)網(wǎng)用戶社交和辦公業(yè)務(wù)等方面，它可以提升用戶的使用體驗(yàn)，并且拓寬通信應(yīng)用的范圍、延長(zhǎng)可使用領(lǐng)域鏈、提升網(wǎng)絡(luò)空間的吞吐量，人群中信息互配也更加快捷，傳速快，性能強(qiáng)。甚至在沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)或者網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施損壞的前提下，都可利用D2D直接接入蜂巢網(wǎng)絡(luò)。相比于其他技術(shù)，它最明顯的特點(diǎn)還在于距離短、信號(hào)質(zhì)量強(qiáng)、低耗能損害和持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)。這對(duì)于我們正在邁進(jìn)的萬物互聯(lián)5G時(shí)代中數(shù)據(jù)傳送與交接、模式開發(fā)和通信技術(shù)深拓意義重大。

當(dāng)然，D2D通信技術(shù)也具有一定的缺點(diǎn)和不足，主要的是在復(fù)用中的資源干擾、在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中建立D2D的難度性、傳輸過程中的切換問題等，仍然需要深入研究和反復(fù)實(shí)踐。

4? D2D通信技術(shù)中資源分配現(xiàn)狀及問題

由于優(yōu)勢(shì)明顯，D2D新型通信技術(shù)的使用更加普遍，但是其使用過程中暴露出來的資源分配問題仍需我們努力解決。在D2D通信的復(fù)用模式中，同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下，資源分配的方法是不同的。前者主要基于小區(qū)的位置分布和信道控制、分布進(jìn)行協(xié)調(diào)，后者可分為：小蜂窩模式和復(fù)用蜂窩模式來進(jìn)行研究。通信用戶可以在復(fù)用過程中獲取資源，若負(fù)載低，即可分配正交頻譜，并且過程中不會(huì)受到干擾，速效較好;當(dāng)負(fù)載高時(shí)，干擾隨即產(chǎn)生。解決這種干擾需要人為地調(diào)節(jié)量度資源和控制發(fā)射的功率。在其復(fù)用上行鏈路資源時(shí)，基站控制調(diào)整其通信發(fā)送功能和效率，將閾值進(jìn)行縮減。這樣，用戶可以使用最大的發(fā)送功率來配置和分調(diào)專用資源。在下行鏈路的復(fù)用過程中，要通過基站對(duì)用戶互聯(lián)網(wǎng)使用功率的長(zhǎng)久察訪，減少產(chǎn)生的干擾，雖然這種干擾對(duì)一定功率下直接傳輸信息資源的情況來說，并不算強(qiáng)烈，但如果是企業(yè)管理活動(dòng)和一些小區(qū)所用網(wǎng)絡(luò)，就有必要加強(qiáng)功率協(xié)調(diào)，以保證通信質(zhì)量，更加合理地調(diào)度通信資源。

在研究資源分配的問題時(shí)，關(guān)鍵在使它負(fù)載均衡的處理，現(xiàn)階段有關(guān)負(fù)載、調(diào)度的研究算法主要有輪詢算法、最大載干比算法和比例公平算法等。而這些算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在這些算法、研究的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行優(yōu)化整合過的資源分配策略才能夠更好地于吞吐量性能、公平性中選取到合適的平衡值，進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。資源分配優(yōu)化過程中，基站的工作較為復(fù)雜細(xì)致，需要及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)控用戶端數(shù)據(jù)的使用情況，再通過頻譜寬帶上下調(diào)度合理分配閾值。

在進(jìn)行調(diào)度時(shí)，其中功率的控制和資源的分銷，只能是在多條線路復(fù)用的過程中且用戶一定的條件下，根據(jù)信道的相關(guān)反映數(shù)據(jù)調(diào)整基站控制方向。在D2D通信接受系統(tǒng)基站的策略化分配過程中，根據(jù)現(xiàn)有小區(qū)通道運(yùn)行狀態(tài)、通信設(shè)施環(huán)境情況、用戶所在地理位置，來判定通信過程中利用的是復(fù)用用戶資源還是正交資源進(jìn)行通信。進(jìn)一步來講，即進(jìn)行上行鏈路復(fù)用還是下行鏈路復(fù)用，復(fù)用資源時(shí)的區(qū)域和對(duì)象是否一定，干擾是否會(huì)產(chǎn)生。較多的信息干擾是由于復(fù)用距離太廣而產(chǎn)生的，在考慮D2D通信技術(shù)中資源優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，打破復(fù)用距離過大產(chǎn)生的干擾限制，也是一個(gè)重要研究方向。

5? 結(jié)語

D2D新型通信技術(shù)的運(yùn)用是未來網(wǎng)絡(luò)世界新發(fā)展的“敲門磚”。我們享受它所帶來的更加快捷、簡(jiǎn)易的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)，如何協(xié)調(diào)蜂窩基站網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的干擾、進(jìn)行資源分配，以保證通信質(zhì)量，也是未來通信技術(shù)研究需要再度深入的課題。

參考文獻(xiàn)

[1] 張河昌.LTE網(wǎng)絡(luò)下D2D通信資源分配與調(diào)度方案的研究[D].南京郵電大學(xué)，2017.

[2] 劉在爽，王堅(jiān)，孫瑞，王昭誠.無線通信物理層安全技術(shù)綜述[J].通信技術(shù)，2014，47（2）：128-135.

[3] 梁敏豪.基于復(fù)用模式選擇的D2D干擾協(xié)調(diào)算法研究[D].深圳大學(xué)，2016.

[4] 喬錚，李鵬舉.LTE中D2D通信資源優(yōu)化與分配的研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2018，36（10）：33-34.

[5] 劉小翠.蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D通信的能效優(yōu)化資源分配算法研究[D].重慶大學(xué)，2018.

[6] 吳晨.基于D2D通信資源分配的專利技術(shù)綜述[J].中國新通信，2020，22（3）：84.

[7] 尹國慶.D2D通信中設(shè)備發(fā)現(xiàn)和資源分配的研究[D].南京郵電大學(xué)，2019.

[8] 陶靜.D2D通信系統(tǒng)中的資源分配及緩存節(jié)點(diǎn)選擇算法[D].南京郵電大學(xué)，2019.

[9] 張素娟.D2D通信系統(tǒng)中資源優(yōu)化與干擾協(xié)調(diào)研究[D].長(zhǎng)春理工大學(xué)，2019.

[10] 吳倍駿，王文旭.D2D資源分配提案分析[J].中國新通信，2019，21（10）：50-51.

[11] 張海波，向煜，劉開健，等.基于D2D通信的V2X資源分配方案[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，40（5）：92-97.