P2P和中继在蜂窝通信中的应用(2)

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2.4 暴露设备问题 10

3 基于蜂窝通信的P2P模型 11

3.1 P2P直链通信 11

3.2 多跳中继通信 13

4 邻居发现 14

4.1 邻居发现基本原理 14

4.2 邻居发现基本模型 15

4.3 发现信道 15

4.4 TDID的获取 16

4.5 邻居列表 17

5 P2P操作 19

5.1 蜂窝系统中的直链通信 19

5.2 资源的空间复用 20

6 仿真模型的建立及仿真结果的分析 23

结论 29

已发表文献 30

致谢 31

参考文献 32

1 引言

1.1 研究的背景

移动设备（包括电话和传感器）的广泛使用促进了我们对更高数据速率的需求，这对如今蜂窝通信系统的传统构架进行了挑战。如今的蜂窝系统的是一个典型的基于中心式主从结构的通信网络。所有的通信发生必须通过的基站（也就是网络的接入点），设备之间不以任何形式直接交流。从时延、系统资源使用、能量损耗和干扰管理角度来看，这种同通信结构显然不是最有效的。当一些设备在地理位置上的距离非常接近的时候，设备之间就可以直通信，比如“机器对机器”（M2M）的通信和玩游戏时设备之间的通信。另一个限制了传统蜂窝通信高数据速率、高效通信的致命缺点就是著名的小区边缘效应。也就是说设备的通信质量高度依赖于该设备与基站之间的距离（也就是设备的地理位置）。一个远离基站的设备（地理位置处于劣势），由于不足的链路覆盖范围，会遭受到非常差的通信质量甚至发生中断。

自组织的点对点（P2P）网络增强了设备的交流与合作。P2P通信，是一种合作通信。这种方式具有弥补传统蜂窝通信弊端的潜力，还能提高网络的可扩展性、容错性和对于中心式主从结构网络结构的依赖性。近年来，基于蜂窝网络的P2P通信受到了广泛的关注。很多文章也描述了基于蜂窝网络构架的P2P通信，这些P2P通信与蜂窝网络共享同样的频率资源。一些高层研究表明，通过设备间的合作和直接通信，P2P可以提高设备的吞吐量表现。结果还表明把P2P通信应用于蜂窝系统中有希望提升网络容量，减少能量消耗和增大覆盖范围。因此这是对当今蜂窝构架的完美补充。

1.2 研究的意义

尽管高层研究表明P2P通信能够解决传统蜂窝网络的许多问题，但是许多实际的问题还有待于深入研究。尤其，用于P2P通信资源分配和干扰管理所需要的信号会带来额外的支出。这样的支出，若不加以严格管理很可能会抵消使用P2P得到的收益。发现信号（discovery signal）是设备发出用于发现射频上接近的用户，这对P2P操作是非常重要的。邻居发现（也就是侦测到一个设备可能的邻居），这是P2P通信过程的第一步。由于设备在蜂窝系统中的移动特性，网络的拓扑结构不断的在变化。甚至对于一些静止的设备，即使网络已经被建立它们的连接也会改变。设备的邻居寻找必须建立在可容纳网络拓扑结构变化的基础上。当多个设备同时发送他们的discovery signal时，discovery signal应该被设计成不互相干扰的形式。能量节省也是大多数无线设备不能忽视的问题，由于邻居发现是一个持续的、周期性的过程，邻居发现过程的复杂度和能量效率队设备电池寿命有着很大的影响。用于蜂窝通信的高效率的discovery signal的设计详见我们已发表的论文（详见28页的发表文献）。