專利名稱：集中控制式無線中繼網絡的用戶駐留和中繼節點選擇方法
技術領域：
本發明屬于無線通信領域，具體涉及一種無線中繼網絡中由基站對用戶駐留和協同中繼節點的選擇進行集中控制的中繼節點選擇方法，本方法不僅側重于兩跳無線中繼網絡，而且可以推廣到多跳無線中繼網絡，甚至可以推廣到無線Mesh網絡和無線傳感器網絡。
背景技術：
傳統的蜂窩移動通信系統采用蜂窩結構，但是具有超高數據速率的第四代(4G)無線通信系統仍采用傳統的蜂窩結構會存在很多問題，主要原因在于第一，4G系統的傳輸速率比第三代(3G)系統要高兩個級別。在指定發射功率電平的情況下，符號(比特)能量會隨著傳輸速率的提高呈線性下降，因此，這種需求將會產生嚴重的功耗問題。第二，為4G系統發放的頻譜無疑將位于3G系統所使用的2GHz頻段以上。而通常這些頻段的無線電傳播在非可視距條件下，效果是相當差的，而非可視距條件正是當今城區蜂窩通信的典型運行模式。
要解決以上問題，必須大幅增加基站的密度，這會導致相當高的布網成本，而如果用戶數量并沒有以同樣的速度增加的話，這套解決辦法成本太高，經濟效益欠缺。此外，為了實現全網覆蓋，必須大量的布置基站，這對實際系統的網絡設計也是一個挑戰。另外，考慮到4G將以正交頻分復用(OFDM)技術為基礎，為了使下一代無線通信系統的頻率復用盡量達到1，提高系統的頻譜效率，采用傳統的蜂窩結構將面臨很多挑戰。
如何減少小區間的干擾，提高系統性能，一直是業界研究的熱點。目前的無線通信系統一般采用直放站來擴展覆蓋范圍，而隨著無線自組織網絡理論的發展，為了便于方便快捷組網，以及增強無線鏈路的抗毀性等，具有多跳特性的集中式控制網絡體系結構也提出來了。無線中繼技術將在下一代無線通信系統中占有重要作用。
采用中繼站來擴展網絡的覆蓋范圍，是從傳統蜂窩移動通信系統的直放站發展過來的。但是中繼站不再是傳統直放站概念，而是可以看成一個增強的接收機，它不僅具有對中繼的數據進行功放的功能，還能通過采用多天線技術以及編碼等，提高終端接收信號質量。具體來說，中繼站是對直放站的增強，傳統的直放站一般只是對信號具有放大和轉發的功能，而中繼站還具有解碼并轉發的功能。直放站的放大并轉發(AF)功能是指對接收的信號不進行解碼等操作，直接在射頻端進行功率放大，一般來說，這種操作非常簡單，且設備非常便宜。而中繼站的解碼并轉發(DF)先進行數字解碼，然后在轉發之前重新編碼中繼的信號，該過程有時稱為“再生中繼”或者“數字中繼”。通過DF，中繼站可以和基站一起，進行無線資源管理和調度工作，并可采用先進的技術，例如協調沖突管理和聯合傳輸。
從目前的中繼技術來看，根據移動性或部署概念，可將中繼站分為三種主要類型固定中繼站、臨時固定中繼站以及移動中繼站。固定中繼站不能移動，安裝于一個固定位置，主要目的是在未獲得充分覆蓋的接入點小區中擴大覆蓋范圍、增加容量或每個用戶吞吐量，或者將覆蓋范圍擴展至接入點覆蓋范圍以外的區域。可將可移動中繼站定義為，根據覆蓋范圍的需要能夠從一個位置移動到另一位置的中繼站，即中繼站可以位于不同的位置，并且隨時間變化與各種中繼與基站進行通信，但不執行切換過程。而移動中繼站的移動性與要覆蓋的用戶終端人口/目標區域“相關”，需要支持復雜的流程(如切換)，可以看作是一種功能增強的移動終端。
從上面的介紹可知，中繼技術具有很多傳統組網方式無法比擬的好處，是未來無線通信系統的關鍵機制之一。為了保證通過中繼進行傳輸的業務傳輸速率和服務質量能夠滿足需求，一般需要選擇2個或者多個中繼節點進行協同中繼，所以選擇合適的中繼節點，以及如何進行中繼節點的優化配置，是目前業界的難點和熱點問題之一。
另外，在多跳無線中繼網絡中如何實現終端用戶的駐留，具體的通信流程和協議架構如何設計，目前還沒有一個清楚的解決方案。在用戶駐留過程中，如何讓網絡知道該用戶的潛在中繼節點，是無線中繼網絡用戶駐留操作過程需要仔細考慮的。

發明內容
本發明的目的在于提供一種有效的無線多跳中繼節點選擇方法，并描述與其相關的通信流程和協議設計，給出具體的中繼節點優化選擇算法。
本發明主要包括以下幾部分的內容(1)無線多跳中繼網絡節點駐留；(2)基于信號強度的中繼節點選擇(粗確定)；(3)基于多目標優化的中繼節點的選擇(細確定)；(4)中繼節點的功率配置和資源分配。
一個剛剛開機的用戶終端要駐留到無線多跳中繼網絡，具體的方法包括以下步驟第一步，終端用戶開機后，根據搜索到的基站或者鄰居中繼節點的無線信號，選擇信號強度最好的節點，并將其被標識為友好中繼節點；第二步，友好中繼節點把尚未駐留到無線接入網的終端用戶信息發送給基站，由基站進行集中管理和控制，并把成功駐留的信息通過友好中繼節點反饋給終端用戶；(注如果該友好中繼節點就是基站本身，則終端與基站直接進行駐留信令交互)第三步，終端用戶收到了來自基站的成功接入確認信息后，表明自己已經成功駐留到無線網絡。
待用戶終端成功駐留到無線多跳中繼網絡后，需要對用產是否需要通過中繼節點進行多跳通信進行判決，選擇協同中繼節點所基于的標準是用戶終端接收到的相鄰中繼節點和基站發送的廣播信號強度，通過對接收到的超過一定門限值的廣播信號強度進行排序得到備選的中繼節點集合，以供后續進行多跳通信需求判決和第一次中繼節點選擇，即中繼節點的粗確定。需要注意的是，如果多跳通信判決結果是終端直接與基站進行通信，那么下面選擇的中繼節點本身就是基站，不需要考慮中繼節點和基站間的通信。具體步驟如下第四步，用戶終端以某一恒定發射功率向周圍的中繼節點廣播信息，該信息包括用戶終端在無線網絡中的個體標識(ID)信息以及相關中繼節點選擇信息，相關中繼節點選擇信息是包含了用戶屬性以及相關業務特性等，它們與用戶終端的ID信息一起進行廣播。對于能正確接收到來自該用戶終端信息的中繼節點，將根據接收到的終端廣播信息內容進行記錄判斷，如果能夠滿足用戶終端的需求，則把該用戶終端網絡標識加入到自己的鄰居終端識別號列表(RN_UID_List)，否則將對該用戶終端廣播信息不做進一步處理；
第五步，基站根據已完成網絡駐留的用戶注冊信息向中繼節點廣播包含有該用戶終端識別號(UID)的信息，中繼節點如果能正確接收并識別出該UID信息，將檢查該UID是否在自己的RN_UID_List中，如果該UID存在于該中繼節點的RN_UID_List中，那么該中繼節點分別向基站和終端用戶返回確認信息，否則將對基站發送的廣播信息不做進一步處理；第六步，基站根據中繼節點反饋信息，確定不同終端用戶的潛在可服務中繼節點集合，并且為每個終端用戶建立一個潛在可服務中繼節點集合儲存列表(BS_UID_RN_List)。終端根據中繼節點反饋信息，可以確定自己周圍的鄰居中繼節點，并且把質量最好的中繼節點更新為友好中繼節點；以上步驟完成了中繼節點粗確定的功能，接著要執行中繼節點的第二次選擇，基于要傳輸的業務特性，當前無線信道狀況，采用多目標聯合優化策略，進行多中繼節點的細確定。需要注意的是，對于終端來說，如果其對應的BS_UID_RN_List中成員只有基站自己，則不需要采用中繼節點細確定步驟。否則，執行如下步驟第七步，當基站向終端用戶發起下行業務傳輸時，或者終端用戶通過友好中繼節點向基站發起上行業務傳輸請求時，基站將對處于BS_UID_RN_List中的中繼節點進行調度，安排中繼節點和用戶終端的多址接入資源；第八步，中繼節點根據基站安排的多址資源，向終端用戶發送訓練序列，終端用戶根據接收到的對應中繼節點的訓練序列的信號質量，結合自身業務特性，選擇合適的中繼節點，并向中繼節點發送確認信息，中繼節點收到來自終端用戶的確認信息后轉發給基站；第九步，基站收到來自中繼節點的確認信息，將再一次進行集中調度，確定最終的承載業務傳輸的中繼節點，并進行功率和發送機會的配置等，并將配置信息通過友好中繼節點發送給用戶終端，保證多中繼節點間的數據傳輸能協同進行，從而為終端用戶提供高效的數據傳輸。
至此，為承載基站與終端之間業務的協同中繼節點已經選擇完畢并完成相關配置，終端已獲得網絡承載配置信息進入等待業務傳輸狀態。
以上介紹了本方法的具體執行步驟，其原理及優化算法如下為了保證新用戶能駐留到無線多跳網絡，每個新節點在接入網絡時都需要尋找一個網絡內的節點作為其友好中繼節點以幫助新節點接入并駐留到無線多跳網絡。友好中繼節點為新節點開放負責信道，幫助其完成節點ID獲取，與基站之間的業務QoS協商等一系列的接入過程。當新節點能夠接受基站集中的調度并能收發數據，友好節點關閉負責信道，標志著新用戶成功駐留到無線網絡。具體過程包括1.搜索網絡，與網絡建立粗同步在初始化或丟失信號之后，新節點應該搜索各中繼節點定時發送的系統廣播消息，并根據基站或中繼節點發送的廣播信息的信號強度進行友好中繼節點或基站直接接入的選擇，并根據選擇結果接收相應的同步信息獲取與網絡的粗同步。通過讀取接收到的系統廣播消息，節點從消息的時間戳區域得到網絡時間。每個新節點中都儲存有最近一次接入的網絡信息，新節點進行在網絡接入時，首先根據所儲存的最近的網絡信息和相關操作參數嘗試與網絡的粗同步；如果粗同步失敗，則該新節點搜索運營帶寬上可能存在的其它信道直到找到一個可用的網絡為止。當新節點的物理層獲得與可用網絡的同步后，新節點的MAC層將嘗試通過讀取網絡的廣播信道上的信息獲得相關的網絡參數，同時新節點根據能夠正確接收到的相鄰網絡節點的廣播信息開始建立物理鄰點列表。
2.獲得網絡參數新節點接收的系統廣播消息使它能和網絡保持同步。新節點將定期搜集并更新這些周期性廣播的系統消息，直到它從同一個節點中收到兩次系統廣播消息；新節點從存儲的物理鄰節點列表中選擇一個信號強度最好的中繼節點作為友好節點，同時完成與友好節點的同步；然后新節點向其友好節點發送包括它的友好節點ID的接入請求消息。通過友好節點的信息中繼，新節點可以進行網絡接入鑒權和協商基礎容量。為了確保新節點與基站之間的消息交換更高效更可靠，新節點應首先請求友好節點開放負責信道。
3.開放負責信道當新節點選擇了友好節點后，將進一步完成網絡接入的初始化過程，包括為實現新節點信息更新的相關信道定義和信道分配等，以便新節點能夠和網絡進行基本容量協商和新節點的鑒權等。
4.新節點需要經過鑒權才能進入網絡。在鑒權過程中，新節點將發送鑒權信息并請求鑒權；收到鑒權信息和鑒權請求的友好中繼節點將該消息管道化后發送給基站，基站將接收到新節點的友好節點轉發的鑒權請求信息和鑒權信息送入相關鑒權模塊進行處理，鑒權模塊將根據接收到的鑒權信息對新節點進行驗證并判斷新節點是否能加入到網絡中。
5.當新節點鑒權通過后，新節點將通過友好節點實現網絡注冊，注冊是給新節點分配UE ID的過程。友好節點在收到新用戶的注冊請求消息后，將它傳給基站，基站將接收到新節點的友好節點轉發的注冊請求信息送入相關注冊模塊進行注冊，注冊模塊的反饋確認信息將通過友好中繼節點把確認消息發送給新節點。
6.建立網絡連接節點通過動態主機分配協議(DHCP)獲得IP地址，此過程在負責信道上發生，同時完成與IP網絡相關的功能。
當完成了新節點的網絡駐留后，網絡與新用戶將共同進行第一次中繼節點選擇。新用戶/目標用戶(SS)為了能夠實現和基站(BS)的協同通信，將執行以下5個步驟，以初步確定合適的協同中繼節點(RS)SS通過廣播選擇協同RS、BS進行廣播選擇協同RS、已確定協同的RS把信息反饋給BS和SS、BS調度RS和SS的多址干擾、BS和SS實現協同通信。
1.SS給RS廣播協同信息RS與SS之間的信道狀況是時變和未知的，因此SS有必要周期性的廣播自己的信息，讓RS中存儲的與SS相關的信息能夠定期及時更新，同時通過接收周圍中繼節點的廣播信息以更新備選中繼結合中的RS信息。SS在廣播自己的ID信息之外，還可以廣播一定的業務和用戶屬性，以便讓RS判決自己是否屬于SS的可能協同中繼節點。
除了可以由SS主動廣播自己的信息，讓RS選擇是否可以作為該SS的中繼節點外，還可以通過讓中繼節點周期性地以某一功率廣播中繼節點信息，由SS與RS通過相互的廣播信息確定有協同傳輸需求的終端和可以用于為該終端進行協同傳輸的中繼節點集合，這樣提高了中繼節點的選擇速度和節省系統的信令開銷，從而達到提高中繼節點選擇性能的目的。具體的操作步驟是經過終端用戶的周期性廣播，臨近的終端用戶的中繼節點可以確知其周圍存在需要中繼傳輸的終端用戶，所以在特定時間內這些附近存在有中繼傳輸需求的用戶終端的中繼節點根據自己節點的通信狀態，決定是否可以為此終端進行協同通信。如果可以，則這些RS會以某一特定的發射功率在特定時間內進行訓練序列的廣播發送(RS之間的多址傳輸方式由物理層采用的技術決定)，目標SS根據接收到的RS發送的訓練序列的信號強度大小進行排序，根據一定信號強度門限值要求確定潛在的可提供協同傳輸服務的K(K≥1)個RS。終端用戶再把選擇的這K個可能RS再反饋給RS，RS收到這些信息后，更新自己的鄰居終端識別號列表(RN_UID_List)。
2.BS的廣播通信BS通過廣播模式與RS進行通信，即BS以固定功率將消息廣播至多個協同工作RS。需要注意的是廣播給RS的信息也能被臨近BS的SS接收到，由于BS的這些廣播信息是安排專門下行傳輸時隙發送給RS的，SS在這段時間段并不需要進行信息接收，所以不會產生干擾及消耗額外的能量。
3.確定協同RS由于BS是通過廣播模式發送控制信息的，所以RS間不存在信號干擾。每個RS確定自己接收信號的信噪比，只有當信噪比大于一定門限值時，RS才能正確解碼其信息并把解碼成功確認信息連帶其能中繼的目標用戶信息都反饋給基站。
此時所有能正確解碼信號的M(M≥1)個RS初步確定為針對目標用戶而能協同工作的RS，并在BS處進行相關中繼信息的記錄和定時更新。
中繼節點能識別出BS的廣播信息后，將讀取其中的廣播信息。BS廣播信息中會包含相關SS的中繼節點選擇信息，假設對某用戶(用UID標識)來說，中繼節點如果能正確接收該廣播信息并識別出該UID信息，將檢查該UID是否在自己的RN_UID_List中，如果該UID存在于該中繼節點的RN_UID_List中，那么該中繼節點分別向基站和終端用戶返回確認信息，否則將對基站發送的廣播信息不做進一步處理。
4.BS調度RS和SS的多址干擾BS根據RS反饋的信息，對選定的RS如何和目標用戶(SS)通信進行資源的合理分配和調度，以減少RS和SS間的多址干擾。
5.BS和SS的協同通信當SS與BS要通過多個RS協同進行通信時，BS要根據與SS已進行的業務協商結果進行資源的調度以支持SS業務傳輸的需求。BS將采用集中控制和調度機制，在盡量提高整個系統頻譜效率的同時，滿足業務的QoS，同時減少整個系統的能量消耗。
有了以上的通信機制，協同中繼節點的核心問題包括如果SS需要通過RS接入BS，如何選擇合適的協同中繼節點，這是協同中繼節點關心的核心問題，下面詳細闡述。
中繼節點的選擇采用多目標聯合優化方案，聯合考慮整個通信鏈路的能量總消耗，通信鏈路的總體傳輸速率，傳輸的服務質量，消耗的無線資源，提出一個優化后的中繼節點選擇調度算法。
中繼節點的優化目標為 具體限制條件包括Σi=1LEi+EBS+ESS≤Cmax,Σi=1LRi≥Rtarget,Σi=1LTi≤ΔTmax.]]>其中L表示所有選定的中繼的個數，Ei表示選定中繼節點i消耗的總能量，EBS為基站的能耗，ESS為SS的能耗，SNRi是指中繼節點i和用戶終端之間的信噪比，Ti是指中繼節點i和用戶終端通信的傳輸時延，Cmax是指最大允許的功耗，Rtarget是指低傳輸速率要求，ΔTmax是指總時延最低要求。根據以上優化模型可知，在選擇中繼節點的時候，需要選擇合適的中繼節點，保證此時能夠獲得最佳的頻譜效率，但是不能大于最大允許的總功耗Cmax，同時總傳輸速率和總時延要求要滿足業務的QoS要求。以上優化目標實際上是一個多目標聯合優化模型，是一個非線性(NP)問題，這里給出了一個次優解示例，即將所有中繼的 進行降序排列，即各中繼節點的選擇次序按照 進行選擇，選定參與轉發的中繼節點，直到剛好滿足條件Σi=1LEi+EBS+ESS≤Cmax]]>為止。
本發明的有益效果是本發明的中繼節點選擇方法不僅側重于兩跳無線中繼網絡，而且可以推廣到多跳無線中繼網絡，甚至可以推廣到無線Mesh網絡和無線傳感器網絡。由于無線中繼網絡中的用戶駐留和協同中繼節點的選擇均由基站來集中控制，因此在資源調度、功率控制以及端到端的服務質量(QoS)保障等方面均優于現有的中繼節點選擇方法。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1網絡基本結構示意2終端駐留無線多跳網絡流程3終端經過中繼節點進行網絡駐留信令流程4終端經過基站直接進行網絡駐留信令流程5中繼節點粗選擇流程6中繼節點粗選擇信令流程7中繼節點細選擇流程8集中控制式無線協同中繼節點選擇流程圖具體實施方式
圖1是網絡基本結構示意圖，圖1中目標用戶SS1和SS2在基站覆蓋區以外，通過中繼節點與基站連接，它們的可服務中繼節點集合分別是RS1、RS2、RS3、RS4和RS4、RS5，根據信號強度確定RS2為SS1的友好中繼節點，RS5為SS2的友好中繼節點。由于目標用戶SS3和SS4在基站覆蓋區以內，其直接與基站進行連接。
圖2是終端駐留無線多跳網絡的流程圖，用戶終端開機后搜索基站和相鄰中繼節點的廣播信號，并依據信號強度選擇出友好中繼節點，如果該友好中繼節點是基站，則基站在接收到終端的接入請求后根據接入信息進行鑒權并發送鑒權結果信息，終端根據接收到的鑒權結果信息判斷是否成功駐留網絡，若成功駐留網絡則等待發起或接收業務；如果該友好中繼節點不是基站，則終端向友好中繼節點發送接入請求信息，友好中繼節點再向基站轉發終端的接入請求，再由基站發送鑒權結果信息，還是要經過中繼節點進行轉發。如果最后終端沒有成功駐留網絡則需要重新對基站和相鄰中繼節點的廣播信號進行搜索。
圖3是終端經過中繼節點進行網絡駐留的信令流程圖，首先終端向友好中繼節點發送接入請求信息；其次友好中繼節點向基站轉發終端的接入請求信息；再次基站根據終端接入請求信息進行終端鑒權，并向友好中繼節點發送鑒權結果信息，由友好中繼節點向終端轉發鑒權結果信息；最后終端根據接收到的鑒權結果信息判斷是否完成網絡駐留，若未成功接入則重復以上步驟。
圖4是終端經過基站直接進行網絡駐留的信令流程圖，首先終端向基站發送接入請求信息；其次基站根據終端接入請求信息進行終端鑒權，并向終端發送鑒權結果信息；最后終端根據接收到的鑒權結果信息判斷是否完成網絡駐留，若未成功接入則重復以上步驟。
圖5是中繼節點粗選擇流程圖，終端根據中繼站和基站周期發送的廣播信號強度進行排序，并根據排序結果判決是否需要通過中繼節點通信，如果需要的話，則終端以某一恒定功率廣播信息，中繼節點接收終端的廣播信息并讀取廣播信息內容，判斷其中是否含有該中繼節點網絡標識，若沒有則對終端廣播信息不做進一步處理，若有中繼節點將該終端的網絡標識加入到鄰居終端識別號列表RN_UID_List中，中繼節點向基站和用戶終端發送確認信息，基站根據中繼節點的反饋信息為用戶終端建立潛在可服務中繼集合列表BS_UID_RN_List，用戶終端根據中繼節點反饋信息確定周圍可服務的中繼節點并完成最佳友好中繼節點的更新。對于基站廣播已駐留但中繼節點列表空或者中繼節點列表不再優異的用戶終端的UID信息，中繼節點檢查接收到的UID信息是否在RN_UID_List中，若沒有則對接收到的基站廣播信息不做進一步處理，若有則向基站和用戶終端發送確認信息，基站根據中繼節點的反饋信息為用戶終端建立潛在可服務中繼集合列表BS_UID_RN_List，用戶終端根據中繼節點反饋信息確定周圍可服務的中繼節點并完成最佳友好中繼節點的更新。
圖6是中繼節點粗選擇信令流程圖，首先用戶終端根據接收到的廣播信號強度排序結果選擇友好中繼節點和備選中繼集合，向中繼節點廣播終端信息和備選中繼集合中的中繼信息；其次中繼節點根據接收到的終端廣播的備選中繼集合中包含的中繼節點標識，將該終端標識加入RN_UID_List，基站向中繼節點廣播終端UID信息；再次由于中繼節點接收到基站廣播終端UID信息，且中繼RN_UID_List中包含該終端UID，中繼節點分別向用戶終端和基站廣播發送確認信息；最后用戶終端根據接收到的中繼反饋信息確定可服務中繼集合和友好中繼節點更新，基站根據接收到的中繼節點的反饋信息為終端建立BS_UID_RN_List。
圖7是中繼節點細選擇流程圖，基站向用戶終端發起下行業務，同時用戶終端通過中繼節點向基站發起上行業務請求，基站對處于BS_UID_RN_List中的中繼節點進行調度，為中繼節點用戶終端安排多址接入資源，中繼節點根據基站安排多址資源向終端用戶發送訓練序列信息，用戶終端根據接收到的中繼節點的信號質量結合自身業務特性選擇合適的中繼節點，并通過友好中繼節點向基站發送中繼節點選擇信息，基站接收到來自友好中繼節點轉發的信息后再次進行集中調度，確定業務承載的中繼節點，并進行相關配置，通過友好中繼節點向用戶終端發送配置信息。
圖8是集中控制式無線協同中繼節點選擇流程圖，主要由網絡駐留過程、中繼節點粗選擇過程、中繼節點細選擇過程三大部分組成。在網絡駐留過程中終端開機后搜索網絡節點廣播信息，根據信號強度進行排序，根據搜索結果判斷是否采用中繼，若不采用中繼則直接與基站進行通信，若采用則確定友好中繼節點，通過友好中繼向基站發送接入和駐留請求信息，基站根據接收的請求信息對終端進行鑒權等操作，并通過中繼發送鑒權結果，終端根據反饋的確認信息判決是否駐留成功，若不成功則重新根據搜索結果進行判斷，若成功則轉入中繼節點粗選擇過程。
在中繼節點粗選擇過程中，基站和終端分別周期的發送廣播信息，附近的中繼節點將在不同時間分別接收這些廣播信息，根據讀取的廣播信息內容進行存儲。只有基站和終端的廣播信息都包含了同一終端的信息，執行下面操作。
判決該終端ID是否在自己的中繼列表中，如果沒有在中繼列表中則中繼節點將該終端加入到服務列表，同時向基站和終端發送確認信息，根據接收到來自中繼節點的確認信息，基站為終端建立服務中繼列表，終端從可服務中繼節點中選擇最佳的節點作為友好中繼節點，完成友好中繼更新，并進入中繼節點細選擇過程。
在中繼節點細選擇過程中，基站發起下行業務或終端通過友好中繼發起業務請求，或者在通信過程中由于觸發了中繼節點粗選擇過程，則觸發中繼節點細選擇過程，基站對該終端對應列表中的中繼節點進行調度，安排中繼節點和終端的多址資源，并通過中繼節點把這些調度資源信息發送給終端，終端根據接收到的中繼節點發送的信息，選擇中繼節點，并通過選擇的友好中繼節點向基站發送相關信息(包括各中繼節點和用戶的有用信息)，基站根據終端反饋的信息，再次進行調度，確定最終的中繼節點，并完成各中繼信道的傳輸配置，并通過友好中繼節點發送必要的信道配置信息給終端，至此節點選擇完畢。
盡管本發明已參照具體實施方式
進行描述和舉例說明，但是并不意味著本發明限于這些描述的實施方式。同時要說明的是本發明中的技術方案并不專門針對哪一種特定的無線通信系統。
權利要求
1.一種集中控制式無線中繼網絡的用戶駐留和中繼節點選擇方法，其中中繼節點的選擇分為中繼節點粗選擇和中繼節點細選擇兩個步驟，其特征在于●用戶終端通過友好中繼節點完成網絡駐留；●在中繼節點粗選擇過程中確定中繼節點備選集合；●在中繼節點細選擇過程中確定最終承載業務的中繼節點子集。
2.根據權利要求1所述的集中控制式無線中繼網絡的用戶駐留和中繼節點選擇方法，其特征在于第一步，終端用戶開機后，將根據搜索到的鄰居節點定時廣播的包含節點信息的無線信號的強度，進行友好中繼節點的選擇，將信號強度超過一定門限值且信號強度最強的中繼節點標識為友好中繼節點，并根據滿足該中繼節點能夠接收到并正確解調出用戶終端信息的發射功率發送接入請求；如果該友好中繼節點為基站本身，則轉到第三步，否則轉到第二步；第二步，友好中繼節點把尚未駐留到無線接入網的終端用戶接收到的接入請求信息轉發給基站，基站根據友好中繼節點轉發的終端用戶接入請求信息進行鑒權認證等操作，并依據鑒權認證等操作結果決定是否將用戶終端納入基站的集中管理和控制，同時向用戶終端的友好中繼節點發送操作結果信息，友好節點將接收到的操作結果信息反饋給終端用戶；第三步，如果用戶終端通過鑒權等操作，則用戶終端會收到來自基站的成功接入確認信息，表明用戶終端已經成功駐留到無線網絡；否則失敗，終端將重復以上三步驟。
3.根據權利要求2所述的集中控制式無線中繼網絡的用戶駐留和中繼節點選擇方法，其特征在于終端經過中繼節點進行網絡駐留的信令流程是，首先終端向友好中繼節點發送接入請求信息；其次友好中繼節點向基站轉發終端的接入請求信息；再次基站根據終端接入請求信息進行終端鑒權，并向友好中繼節點發送鑒權結果信息，由友好中繼節點向終端轉發鑒權結果；最后終端根據接收到的鑒權結果信息判斷是否完成網絡駐留，若未成功接入則重復以上步驟。
4.根據權利要求2所述的集中控制式無線中繼網絡的用戶駐留方法，進行中繼節點選擇，其特征在于當用戶終端成功駐留到無線中繼網絡后，用戶要周期性地廣播自己的信息，以便讓周圍的中繼節點確知用戶的存在和用戶的配置信息，同時用戶終端通過接收相鄰中繼節點的廣播信息完成友好中繼節點的更新，從而通過友好中繼節點或者基站保持駐留無線網絡；用戶終端根據中繼站和基站周期發送的廣播信號強度進行排序，并根據排序結果判決是否需要通過中繼節點通信，如果需要通過中繼節點進行通信，則繼續執行本方法中的余下步驟，即中繼節點粗選擇過程第四步，用戶終端以某一恒定發射功率向周圍的中繼節點廣播信息，對于能正確接收到來自該用戶終端信息的中繼節點，將根據接收到的終端廣播信息內容進行記錄判斷，如果能夠滿足用戶終端的需求，則把該用戶終端網絡標識加入到自己的鄰居終端識別號列表，否則將對該用戶終端廣播信息不做進一步處理；第五步，基站根據已完成網絡駐留的用戶注冊信息向中繼節點廣播包含有該用戶終端識別號的信息，中繼節點如果能正確接收并識別出該信息，將檢查該信息是否在自己的鄰居終端識別號列表中，如果該信息存在于該中繼節點的鄰居終端識別號列表中，那么該中繼節點分別向基站和終端用戶返回確認信息，否則將對基站發送的廣播信息不做進一步處理；第六步，基站根據中繼節點反饋信息，確定不同終端用戶的潛在可服務中繼節點集合，并且為每個終端用戶建立一個潛在可服務中繼節點集合儲存列表，終端根據中繼節點反饋信息，可以確定自己周圍的鄰居中繼節點，并且把廣播信號強度最高的中繼節點更新為友好中繼節點。
5.根據權利要求4所述的集中控制式無線中繼網絡的中繼節點選擇方法，其特征在于用戶終端向周圍的中繼節點廣播的信息包括，用戶終端在無線網絡中的個體標識信息以及包含了用戶屬性以及相關業務特性等的相關中繼節點選擇信息。
6.根據權利要求4所述的集中控制式無線中繼網絡的中繼節點選擇方法，其特征在于中繼節點粗選擇的信令流程是，首先用戶終端根據接收到的廣播信號強度排序結果選擇友好中繼節點和備選中繼集合，向中繼節點廣播終端信息和備選中繼集合中的中繼信息；其次中繼節點根據接收到的終端廣播的備選中繼集合中包含的中繼節點標識，將該終端標識加入鄰居終端識別號列表，基站向中繼節點廣播終端用戶終端識別號信息；再次由于中繼節點接收到基站廣播終端用戶終端識別號信息，且中繼鄰居終端識別號列表中包含該終端識別號，中繼節點分別向用戶終端和基站廣播發送確認信息；最后用戶終端根據接收到的中繼反饋信息確定可服務中繼集合和友好中繼節點更新，基站根據接收到的中繼節點的反饋信息為終端建立集合儲存列表。
7.根據權利要求4所述的集中控制式無線中繼網絡的中繼節點選擇方法，其特征在于在完成中繼節點粗確定后，接著要執行中繼節點的第二次選擇，基于要傳輸的業務特性，當前無線信道狀況，采用多目標聯合優化策略，進行多中繼節點的細選擇，對于終端來說，如果其對應的集合儲存列表中成員只有基站自己，則不需要采用中繼節點細確定步驟，否則，繼續執行本方法中的余下步驟，即中繼節點細選擇過程第七步，當基站向終端用戶發起下行業務傳輸時，或者終端用戶通過友好中繼節點向基站發起上行業務傳輸請求時，基站將對處于集合儲存列表中的中繼節點進行調度，安排中繼節點和用戶終端的多址接入資源；第八步，中繼節點根據基站安排的多址資源，向終端用戶發送訓練序列，終端用戶根據接收到的對應中繼節點的訓練序列的信號質量，結合自身業務特性，選擇合適的中繼節點，并向中繼節點發送確認信息，中繼節點收到來自終端用戶的確認信息后轉發給基站；第九步，基站收到來自中繼節點的確認信息，將再一次進行集中調度，確定最終的承載業務傳輸的中繼節點，并進行功率和發送機會的配置等，并將配置信息通過友好中繼節點發送給用戶終端，保證多中繼節點間的數據傳輸能協同進行，從而為終端用戶提供高效的數據傳輸；至此，節點選擇完畢。
8.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的集中控制式無線中繼網絡的用戶駐留和中繼節點選擇方法，其特征在于進行中繼節點細選擇的優化算法如下中繼節點的優化目標為 具體限制條件包括Σi=1LEi+EBS+ESS≤Cmax,Σi=1LRi≥Rtarget,Σi=1LTi≤ΔTmax]]>其中L表示所有選定的中繼的個數，Ei表示選定中繼節點i消耗的總能量，EBS為基站的能耗，ESS為SS的能耗，SNRi是指中繼節點i和用戶終端之間的信噪比，Ti是指中繼節點i和用戶終端通信的傳輸時延，Cmac是指最大允許的功耗，Rtarget是指低傳輸速率要求，ΔTmax是指總時延最低要求，在選擇中繼節點的時候，需要選擇合適的中繼節點，保證此時能夠獲得最佳的頻譜效率，但是不能大于最大允許的總功耗Cmax，同時總傳輸速率和總時延要求要滿足業務的服務質量要求。
全文摘要
本發明涉及無線多跳中繼網絡中用戶駐留機制和由基站集中控制的協同中繼節點的選擇方法。本發明提出了用戶駐留機制，采用友好中繼節點中繼控制信令傳輸完成；同時提出一種由基站對整個中繼節點的選擇過程進行集中控制和管理，同時通過潛在的中繼節點和目標終端協同進行的中繼節點選擇方法。中繼節點的確定和選擇分兩步第一步確定哪些是合適的中繼節點，構成備選集合；第二步根據多優化目標選擇算法從備選集合中選出將承載業務傳輸的中繼節點子集，同時根據業務屬性，以及空中接口特性完成對子集中的中繼節點的業務承載配置。本方法不僅側重于兩跳無線中繼網絡，而且可以推廣到多跳無線中繼網絡，甚至可以推廣到無線Mesh網絡和無線傳感器網絡。
文檔編號H04W88/08GK101039526SQ20071009871
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月25日 優先權日2007年4月25日
發明者彭木根, 袁廣翔, 王文博 申請人:北京郵電大學