本發(fā)明具體涉及一種蜂窩下行通信能效優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，通信已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中必不可少的部分。而人們對(duì)于通信速率和穩(wěn)定性的要求也越來(lái)越高。

d2d(device-to-device)通信模式是提升蜂窩吞吐量的一種有效途徑，已被廣泛認(rèn)同為5g網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。d2d通信的主要應(yīng)用場(chǎng)景包括：1)基站參與構(gòu)建d2d中繼鏈路，提升蜂窩上下行吞吐量；2)基站參與構(gòu)建d2d數(shù)據(jù)傳輸鏈路，減輕基站流量負(fù)載；3)d2d設(shè)備之間協(xié)調(diào)建立d2d數(shù)據(jù)傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)直接通信，減輕基站流量負(fù)載與控制開(kāi)銷(xiāo)；4)d2d設(shè)備之間協(xié)調(diào)選擇d2d中繼，構(gòu)建中繼鏈路，實(shí)現(xiàn)多跳通信，減輕基站流量負(fù)載與控制開(kāi)銷(xiāo)。

最初，d2d通信設(shè)備被允許共享蜂窩網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的授權(quán)頻譜，或使用獨(dú)占的專(zhuān)用蜂窩頻譜，造成了對(duì)蜂窩頻譜資源的占用。為了緩解蜂窩頻譜資源緊張問(wèn)題，研究者已將蜂窩帶內(nèi)d2d通信研究向帶外推進(jìn)，充分利用非授權(quán)的帶外頻段以減少對(duì)蜂窩頻段的依賴(lài)。

關(guān)于利用帶外d2d通信模式研究蜂窩下行吞吐量?jī)?yōu)化問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種延時(shí)約束下的機(jī)會(huì)信道框架模型，并實(shí)現(xiàn)了通過(guò)一跳中繼提升蜂窩下行吞吐量的貪婪算法(即d2dopportunisticrelaywithqosenforcement，dore)，但是其存在如下不足：第一，在選取作為中繼的用戶(hù)設(shè)備時(shí)，沒(méi)有考慮到中繼的剩余能量，所以網(wǎng)絡(luò)壽命可能無(wú)法得到保證；第二，dore通過(guò)全局搜索來(lái)獲得滿(mǎn)足選擇標(biāo)準(zhǔn)的中繼ue，導(dǎo)致通信開(kāi)銷(xiāo)與計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)過(guò)大；第三，對(duì)于處于蜂窩邊緣的ue來(lái)說(shuō)，即使通過(guò)一跳中繼的協(xié)助，接收端還是可能存在較高的比特誤碼率(biterrorrate,ber)，從而難以獲得理想的吞吐量。目前公開(kāi)的已申請(qǐng)專(zhuān)利201710157206.9，即dto-mrod(downlinkthroughputoptimizationbymulti-hoprelay-assistedoutbandd2dcommunications)，已提出了一種針對(duì)上述問(wèn)題的解決方法，但仍存在如下問(wèn)題有待解決：1)dto-mrod方法是一種集中式方法，完全依賴(lài)基站實(shí)施，造成基站負(fù)載過(guò)重；2)dto-mrod沒(méi)有考慮對(duì)d2d鏈路的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，能量效率存在進(jìn)一步提升空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)⒄麄€(gè)計(jì)算過(guò)程與通信開(kāi)銷(xiāo)在基站和數(shù)據(jù)的接收端節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行合理分擔(dān)，從而以較為經(jīng)濟(jì)的開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)蜂窩下行通信能效優(yōu)化的蜂窩下行通信能效優(yōu)化方法。

本發(fā)明提供的這種蜂窩下行通信能效優(yōu)化方法，包括基站輔助決策的步驟和接收點(diǎn)獨(dú)立決策的步驟：

所述的基站輔助決策的步驟，包括啟動(dòng)中繼預(yù)選的步驟；驗(yàn)證預(yù)選中繼的步驟和啟動(dòng)與結(jié)束d2d鏈路發(fā)射功率調(diào)節(jié)過(guò)程的步驟；

所述的接收節(jié)點(diǎn)獨(dú)立決策的步驟，包括d2d中繼預(yù)選決策的步驟，d2d鏈路發(fā)射功率的折半調(diào)節(jié)的步驟和d2d鏈路發(fā)射功率逐步遞減調(diào)節(jié)的步驟。

所述的啟動(dòng)中繼預(yù)選和啟動(dòng)與結(jié)束d2d鏈路發(fā)射功率調(diào)節(jié)過(guò)程的步驟，具體為采用如下步驟進(jìn)行中繼預(yù)選和發(fā)射功率調(diào)節(jié)：

步驟1.0：將cm,m中的元素賦值為0，同時(shí)將pm,m中的每個(gè)元素賦值為pj^max/2，創(chuàng)建空集合d和e，并且將定時(shí)器tδ設(shè)置為δ，向所有節(jié)點(diǎn)廣播中繼預(yù)選啟動(dòng)包，進(jìn)入步驟1.1；所述cm,m中的元素為cij，定義為中繼j到中繼i分配到的wifi信道號(hào)，例如cij為3，則表明中繼j到中繼i的數(shù)據(jù)通信使用的是第3號(hào)wifi信道；所述pm,m中的元素為pij，定義為中繼j向中繼i發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的發(fā)射功率；集合d中的元素為αij，定義為若中繼i選擇中繼j作為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的中繼，則αij的值為1，否則為0；集合e中的元素為αkji，定義為若中繼i選擇中繼k和中繼j幫其依次轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則αkji的值為1，否則為0；

步驟1.1：在定時(shí)器tδ未超時(shí)的情況下，若基站接收到分配給鏈路j→i(鏈路k→j)的wifi信道號(hào)cji(ckj)，則對(duì)矩陣cm,m進(jìn)行更新；若接收到αji，則將其加入到d集合；若接收到αkji，則將其加入到e集合；若定時(shí)器tδ超時(shí)，則進(jìn)入步驟1.2。

步驟1.2：驗(yàn)證預(yù)選的第二中繼，驗(yàn)證預(yù)選的第一中繼，分別根據(jù)如下公式計(jì)算p和t，向所有節(jié)點(diǎn)廣播cm,m,pm,m,p和t，進(jìn)入步驟1.3；

p＝∑i∈u＝{1,2,…n}pi

t＝∑i∈u＝{1,2,…n}ti

其中p為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中下行傳輸路徑上各段鏈路發(fā)射端的發(fā)射功率之和：pi是接收節(jié)點(diǎn)i的下行傳輸路徑上各段鏈路發(fā)射端的發(fā)射功率之和；若接收節(jié)點(diǎn)i確定采用一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)j轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則pi為基站和中繼節(jié)點(diǎn)j的發(fā)射功率之和；若接收節(jié)點(diǎn)i確定采用兩個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)k和j轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則pi為基站、中繼節(jié)點(diǎn)k、以及中繼節(jié)點(diǎn)j的發(fā)射功率之和；若接收節(jié)點(diǎn)i確定不采用中繼節(jié)點(diǎn)，則pi即為基站的發(fā)射功率；t為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中下行鏈路的潛在吞吐能力：ti是接收節(jié)點(diǎn)i的數(shù)據(jù)接收能力；

步驟1.3：將判斷中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率調(diào)節(jié)是否達(dá)到收斂狀態(tài)的標(biāo)記flag賦值為false，將定時(shí)器tδ重新設(shè)置為δ，當(dāng)tδ沒(méi)有超時(shí)的情況下，若基站接收到鏈路j→i(鏈路k→j)發(fā)射端發(fā)射功率pji(pkj)，則將flag設(shè)置true并且對(duì)cm,m進(jìn)行更新；若接收到蜂窩鏈路基站→j(基站→k)發(fā)射端發(fā)射功率p0j(p0k)，則對(duì)cm,m進(jìn)行更新；若tδ超時(shí)，則進(jìn)入步驟1.4；

步驟1.4：若flag為true，則再次計(jì)算p和t，并且向所有節(jié)點(diǎn)廣播cm,m,pm,m,p和t，重新返回步驟1.3；否則向所有節(jié)點(diǎn)廣播功率調(diào)節(jié)終止包，結(jié)束算法的運(yùn)行。

所述的驗(yàn)證預(yù)選中繼的步驟，具體包括驗(yàn)證預(yù)選第二中繼的步驟和驗(yàn)證預(yù)選第一中繼的步驟：

所述的驗(yàn)證預(yù)選第二中繼的步驟，具體包括如下步驟：

步驟2.0：針對(duì)e集合中的所有元素，以αkji為例，將fi,wifi、fj,wifi分別賦值為0，進(jìn)入步驟2.1。

步驟2.1：針對(duì)i的干擾集合ii,nei里除去j的所有元素，以m為例，并且針對(duì)剩余元素的鄰居集合vm里的所有元素，以n為例，若cmn值不為0并且cmn與cji之間差值的絕對(duì)值小于5，則計(jì)算uei所接收到的同頻信道干擾功率fi,wifi；否則不做任何操作；進(jìn)入步驟2.2；

步驟2.2：針對(duì)j的干擾集合ij,nei里除去k的所有元素，以m為例，并且針對(duì)剩余元素的鄰居集合vm里的所有元素，以n為例，若cmn值不為0并且cmn與ckj之間差值的絕對(duì)值小于5，則計(jì)算uej所接收到的同頻信道干擾功率fj,wifi；否則不做任何操作；進(jìn)入步驟2.3；

步驟2.3：基于當(dāng)前cm,m矩陣值和pm,m矩陣值，計(jì)算通過(guò)中繼uek和uej依次轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收端uei從基站獲得的下行吞吐量t^kjid2d；并判斷：若t^kjid2d小于t^jid2d，則進(jìn)入步驟2.4；否則不做任何操作；

步驟2.4：將αkji設(shè)置為0，并且將其發(fā)送到接收端uei；將αji設(shè)置為1，并且將其加入到集合d；將ckj設(shè)置為0，并且更新cm,m矩陣。

所述的驗(yàn)證預(yù)選第一中繼的步驟，具體包括如下步驟：

步驟3.0：針對(duì)d集合中的所有元素，以αji為例，將fi,wifi賦值為0，進(jìn)入步驟3.1。

步驟3.1：針對(duì)i的干擾集合ii,nei里除去j的所有元素，以m為例，并且針對(duì)剩余元素的鄰居集合vm里的所有元素，以n為例，若cmn值不為0并且cmn與cji之間差值的絕對(duì)值小于5，則計(jì)算uei所接收到的同頻信道干擾功率fi,wifi；否則不做任何操作；進(jìn)入步驟3.2；

步驟3.2：基于當(dāng)前cm,m矩陣值和pm,m矩陣值，計(jì)算通過(guò)中繼uej轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，uei從基站獲得的下行吞吐量t^jid2d；并判斷：若t^jid2d小于tⁱcell，則進(jìn)入步驟3.3；否則不做任何操作；

步驟3.3：將αji設(shè)置為0，并且將其發(fā)送到接收端uei；將cji設(shè)置為0，并且更新cm,m矩陣。

所述的d2d中繼預(yù)選決策的步驟，具體為采用如下步驟進(jìn)行中繼預(yù)選決策：

步驟1.0：針對(duì)n個(gè)獲得蜂窩信道的接收節(jié)點(diǎn)，以u(píng)ei為例，若收到基站的中繼選擇啟動(dòng)包，則將α00、αji、αkji、cji、ckj、δt^ji、δt^kji分別初始化為0；若收到基站的αkji值為0，則將ckj賦值為0，αji賦值為1；若收到基站的αji值為0，則將cji賦值為0；賦值完成后進(jìn)入步驟1.1

步驟1.1：分別計(jì)算uei與基站直接通信時(shí)的蜂窩鏈路吞吐量和蜂窩鏈路吞吐量閾值若值比值小，則進(jìn)入步驟1.2；否則結(jié)束運(yùn)行，uei直接從基站接收數(shù)據(jù)；

步驟1.2：針對(duì)uei鄰居集合vi內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)uej，計(jì)算第一中繼選擇度量值δt^ji，進(jìn)入步驟1.3；所述δt^ji表示基站分別與中繼uej、接收端uei直接通信時(shí)蜂窩鏈路吞吐量的差值；

步驟1.3：對(duì)uei的第一中繼選擇度量值排序，找出度量值最大的δt^ji：若δt^ji大于0，則進(jìn)入步驟1.4；否則運(yùn)行結(jié)束，uei直接從基站接收數(shù)據(jù)；

步驟1.4：計(jì)算uei通過(guò)中繼uej從基站接收數(shù)據(jù)時(shí)的傳輸延時(shí)d^ji：若d^ji小于中繼延時(shí)門(mén)限值dth并且uej的剩余能量值e^j大于中繼剩余能量門(mén)限值eth，則將αji賦值為1，表示接收節(jié)點(diǎn)uei選擇uej作為其第一中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，其中uej直接從基站接收數(shù)據(jù)，而uej與uei之間通過(guò)d2d通信來(lái)傳輸下行數(shù)據(jù)；同時(shí)將cji賦值，表示uej與uei之間d2d通信時(shí)使用的wifi信道的子信道號(hào)，并且將cji發(fā)送到基站，進(jìn)入步驟1.5；否則將δt^ji賦值為0，進(jìn)入步驟1.3；

步驟1.5：計(jì)算當(dāng)uei選擇uej作為第一中繼時(shí)，uej與基站直接通信時(shí)的蜂窩鏈路吞吐量t^jicell：若t^jicell值小于值，則進(jìn)入步驟1.6；否則接收節(jié)點(diǎn)uei使用一個(gè)中繼從基站接收數(shù)據(jù)，進(jìn)入步驟1.9；

步驟1.6：針對(duì)uej鄰居集合vj內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)uek，計(jì)算第二中繼選擇度量值δt^kji，進(jìn)入步驟1.7；δt^kji表示基站分別與中繼uek、中繼uej直接通信時(shí)蜂窩鏈路吞吐量之間的差值；

步驟1.7：對(duì)uei的第二中繼選擇度量值排序，找出度量值最大的δt^kji：若δt^kji大于0，則進(jìn)入步驟1.8；否則運(yùn)行結(jié)束，uei使用一個(gè)中繼從基站接收數(shù)據(jù)；

步驟1.8：計(jì)算uei分別通過(guò)中繼uek、中繼uej從基站接收數(shù)據(jù)時(shí)的傳輸延時(shí)d^kji：若d^kji小于中繼延時(shí)門(mén)限值dth、uej的剩余能量值e^j大于中繼剩余能量門(mén)限值eth并且δt^kji大于0，則將αkji賦值為1，表示接收節(jié)點(diǎn)uei選擇uek、uej作為其中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，其中uek直接從基站接收數(shù)據(jù)，而uek與uej、uej與uei之間都是通過(guò)d2d通信來(lái)傳輸蜂窩下行數(shù)據(jù)；并將cji賦值，表示uek與uej之間d2d通信時(shí)使用的wifi信道的子信道號(hào)，并且將ckj發(fā)送到基站，進(jìn)入步驟1.9；否則uei使用一個(gè)中繼從基站接收數(shù)據(jù)，進(jìn)入步驟1.9；

步驟1.9：若αkji值為1，則將αkji發(fā)送到基站；否則不做任何操作；否則若αji值為1，則將αji發(fā)送到基站。

所述的d2d鏈路發(fā)射功率的折半調(diào)節(jié)的步驟，具體為采用如下步驟進(jìn)行折半調(diào)節(jié)：

步驟2.0：針對(duì)n個(gè)獲得蜂窩信道的接收節(jié)點(diǎn)，假設(shè)數(shù)據(jù)依次通過(guò)中繼uek、中繼uej從基站傳輸?shù)絬ei，將用來(lái)記錄d2d鏈路k→j是否完成發(fā)射功率折半調(diào)節(jié)的標(biāo)記flagkj、用來(lái)記錄d2d鏈路j→i是否完成發(fā)射功率折半調(diào)節(jié)的標(biāo)記flagji都初始化為false，進(jìn)入步驟2.1；

步驟2.1：若接收到基站的cm,m、pm,m、p和t，則進(jìn)入步驟2.2；否則，重新進(jìn)入步驟2.1；若收到基站的功率調(diào)整終止包，則結(jié)束算法的運(yùn)行；否則不做任何操作；

步驟2.2：針對(duì)接收節(jié)點(diǎn)uei，若αkji值為1，則進(jìn)入步驟2.3；否則若αji值為1，則進(jìn)入步驟2.11；否則不做任何操作；

步驟2.3：計(jì)算t^kth和p^kth，其分別代表當(dāng)接收端uek比特誤碼率達(dá)到閾值ber時(shí)，接收端與基站之間的蜂窩鏈路下行吞吐量以及此時(shí)基站的發(fā)射功率；并將p^kth賦值給p0k并且將p0k發(fā)送到基站，進(jìn)入步驟2.4；

步驟2.4：基于當(dāng)前cm,m矩陣值和pm,m矩陣值，計(jì)算t^kjwifi和t^jiwifi：若中繼uek與中繼uej之間下行wifi鏈路吞吐量t^kjwifi大于中繼uej與接收端uei之間下行wifi鏈路吞吐量t^jiwifi，則進(jìn)入步驟2.5；否則進(jìn)入步驟2.8；

步驟2.5：若t^kjwifi大于t^kth并且flagkj的值為false，則進(jìn)入步驟2.6；否則若t^kjwifi大于t^kth并且flagkj的值為true，則逐步遞減調(diào)節(jié)中繼uek的發(fā)射功率；否則不做任何操作；

步驟2.6：將flagkj賦值為true，若此時(shí)uek發(fā)射功率pkj(p^kmax的一半)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于uek發(fā)射功率為最大發(fā)射功率p^kmax時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則進(jìn)入步驟2.7；否則將pkj賦值為p^kmax，并且若uek發(fā)射功率為pkj減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pkj減去ε的值賦給pkj，發(fā)送pkj到基站；否則不做任何操作；

步驟2.7：若此時(shí)uek發(fā)射功率pkj減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pkj減去ε的值賦給pkj，發(fā)送pkj到基站；否則不做任何操作；

步驟2.8：若t^jiwifi大于t^kth并且flagji的值為false，則進(jìn)入步驟2.9；否則若t^jiwifi大于t^kth并且flagji的值為true，則逐步遞減調(diào)節(jié)中繼uej的發(fā)射功率；否則不做任何操作；

步驟2.9：將flagji賦值為true，若此時(shí)uej發(fā)射功率pji(p^jmax的一半)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于uej發(fā)射功率為最大發(fā)射功率p^jmax時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則進(jìn)入步驟2.10；否則將pji賦值為p^jmax，并且若uej發(fā)射功率為pji減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pji減去ε的值賦給pji，發(fā)送pji到基站；否則不做任何操作；

步驟2.10：若uej發(fā)射功率為pji減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pji減去ε的值賦給pji，發(fā)送pji到基站；否則不做任何操作；

步驟2.11：計(jì)算t^jth和p^jth，其分別代表當(dāng)接收端uej比特誤碼率達(dá)到閾值ber時(shí)，接收端與基站之間的蜂窩鏈路下行吞吐量以及此時(shí)基站的發(fā)射功率；將p^jth賦值給p0j并且將p0j發(fā)送到基站，進(jìn)入步驟2.12；

步驟2.12：基于當(dāng)前cm,m矩陣值和pm,m矩陣值，計(jì)算中繼uej與接收端uei之間下行wifi鏈路吞吐量t^jiwifi：若t^jiwifi大于t^jth并且flagji的值為false，則進(jìn)入步驟2.13；否則若t^jiwifi大于t^jth并且flagji的值為true，則逐步調(diào)節(jié)中繼uej的發(fā)射功率；否則不做任何操作；

步驟2.13：將flagji賦值為true，若此時(shí)uej發(fā)射功率pji(p^jmax的一半)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于uej發(fā)射功率為最大發(fā)射功率p^jmax時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則進(jìn)入步驟2.14；否則將pji賦值為p^jmax，并且若uej發(fā)射功率為pji減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pji減去ε的值賦給pji，發(fā)送pji到基站；否則不做任何操作；

步驟2.14：若uej發(fā)射功率為pji減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pji減去ε的值賦給pji，發(fā)送pji到基站；否則不做任何操作。

所述的d2d鏈路發(fā)射功率逐步遞減調(diào)節(jié)的步驟，具體為采用如下步驟進(jìn)行逐步遞減調(diào)節(jié)：

步驟3.0：若αkji值為1，則進(jìn)入步驟3.1；否則若αji值為1，則進(jìn)入步驟3.4；

步驟3.1：基于當(dāng)前cm,m矩陣值和pm,m矩陣值，計(jì)算t^kjwifi和t^jiwifi：若t^kjwifi大于t^jiwifi并且t^kjwifi大于t^kth，則進(jìn)入步驟3.2；否則若t^kjwifi小于或等于t^jiwifi并且t^jiwifi大于t^kth進(jìn)入步驟3.3；

步驟3.2：若uek發(fā)射功率為pkj減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pkj減去ε的值賦給pkj，發(fā)送pkj到基站；否則不做任何操作；

步驟3.3：若uej發(fā)射功率為pji減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pji減去ε的值賦給pji，發(fā)送pji到基站；否則不做任何操作；

步驟3.4：基于當(dāng)前cm,m矩陣值和pm,m矩陣值，計(jì)算t^jiwifi；若t^jiwifi大于t^jth，則進(jìn)入步驟3.5；否則不做任何操作；

步驟3.5：若uej發(fā)射功率為pji減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pji減去ε的值賦給pji，發(fā)送pji到基站；否則不做任何操作。

本發(fā)明提供的這種蜂窩下行通信能效優(yōu)化方法，為接收節(jié)點(diǎn)特別是處于蜂窩邊緣的接收節(jié)點(diǎn)提供了選擇至多2個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)以輔助其接收蜂窩下行數(shù)據(jù)，并提出了確定中繼節(jié)點(diǎn)的合理發(fā)射功率的有效控制方法，提升了蜂窩下行通信的能量效率；此外，通過(guò)采用基站輔助每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中繼選擇決策，以及對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行發(fā)射功率調(diào)節(jié)，有助于將本發(fā)明方法的通信代價(jià)和計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)在各個(gè)接收節(jié)點(diǎn)與基站之間進(jìn)行合理分擔(dān)；最后，本發(fā)明提出的改進(jìn)博弈決策過(guò)程算法，能夠加快每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)對(duì)自己所選中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行發(fā)射功率調(diào)節(jié)的收斂速率，即接收節(jié)點(diǎn)可以先采用折半搜索，然后順序搜索博弈的決策空間，以加快博弈決策過(guò)程的收斂速率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法的方法流程圖。

圖2為本發(fā)明的蜂窩下行平均傳輸路徑能量效率隨固定區(qū)域中節(jié)點(diǎn)數(shù)量的變化趨勢(shì)圖。

圖3為本發(fā)明的蜂窩下行平均傳輸路徑持續(xù)服務(wù)能力隨固定區(qū)域中節(jié)點(diǎn)數(shù)量的變化趨勢(shì)。

具體實(shí)施方式

如圖1所示為本發(fā)明方法的方法流程圖：本發(fā)明提出一種基于帶外d2d功率博弈的蜂窩下行鏈路能量效率優(yōu)化方法，即deeo-gpa(downlinkenergyefficiencyoptimizationbygame-basedpoweradjustmentforoutbandd2dcommunications)。deeo-gpa是一種基站輔助決策的分布式算法，包括基站輔助決策和接收節(jié)點(diǎn)獨(dú)立決策兩部分?；据o助決策部分分為三個(gè)階段，即啟動(dòng)中繼預(yù)選、驗(yàn)證預(yù)選中繼、啟動(dòng)與結(jié)束d2d鏈路發(fā)射功率調(diào)節(jié)過(guò)程。接收節(jié)點(diǎn)獨(dú)立決策部分分為三個(gè)階段，即d2d中繼預(yù)選決策、d2d鏈路發(fā)射功率的折半調(diào)節(jié)、d2d鏈路發(fā)射功率的逐步遞減調(diào)節(jié)。通過(guò)上述兩部分三階段的劃分，將整個(gè)方法實(shí)際執(zhí)行的計(jì)算與通信開(kāi)銷(xiāo)在基站和數(shù)據(jù)的接收端節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行合理分擔(dān)，達(dá)到以較為經(jīng)濟(jì)的開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)蜂窩下行通信能效的優(yōu)化目標(biāo)。

deeo-gpa算法涉及的計(jì)算公式與相關(guān)參數(shù)闡述如下：

對(duì)任一ue(如i)，它采用直接從基站接收數(shù)據(jù)的通信方式，可獲得的吞吐量可使用香農(nóng)公式估算，具體表示如下：

在公式(1)中，和分別是從基站到uei的直接通信鏈路上的吞吐量和信號(hào)干擾噪聲比(signaltointerferencenoiseratio,sinr)；是該鏈路上的信道帶寬。可由公式(2)估算。

在公式(2)中，ni表示uei感知到的環(huán)境噪聲功率；fi,cell表示當(dāng)基站通過(guò)蜂窩信道向uei發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，uei感知到的來(lái)自其他蜂窩鏈路的干擾功率，因?yàn)樵趗ei接收數(shù)據(jù)期間無(wú)其它節(jié)點(diǎn)從基站接收數(shù)據(jù)，所以u(píng)ei不會(huì)感知到干擾功率的存在，因此，fi,cell為0；pc是基站向uei發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)采用的發(fā)射功率(通常取10瓦)；gi表示從基站到uei的鏈路上的信道衰減系數(shù)；pc與gi的乘積表示uei感知到的接收功率強(qiáng)度；gi的值涉及路徑損耗、多徑衰落、陰影衰落等因素，通常較難獲得。既然pc與gi的乘積表示uei感知到的接收功率強(qiáng)度，我們可采取如下近似公式直接得到接收功率。

在公式(3)和(4)中，gt和gr分別是發(fā)射天線和接收天線增益；ht和hr分別是發(fā)射天線高度和接收天線高度；λ和l分別是載波信號(hào)波長(zhǎng)和系統(tǒng)損耗因子；du,v表示發(fā)射節(jié)點(diǎn)u與接收節(jié)點(diǎn)v之間的距離；當(dāng)發(fā)射節(jié)點(diǎn)u向接收節(jié)點(diǎn)v發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，p^tu,v和p^ru,v分別表示發(fā)射節(jié)點(diǎn)u的發(fā)射功率和接收節(jié)點(diǎn)v的接收功率。依據(jù)任一對(duì)通信節(jié)點(diǎn)間的距離與節(jié)點(diǎn)交叉距離dcrossover之間的關(guān)系，確定使用公式(3)和(4)中的哪一個(gè)。對(duì)任一鏈路u→v，若其鏈路長(zhǎng)度小于dcrossover，則使用公式(3)，否則使用公式(4)。交叉距離dcrossover由公式(5)得到。

任一ue(如i)通過(guò)中繼ue(如j)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)提升下行吞吐量，uej從基站獲得的吞吐量可由公式(6)估算。

在公式(6)中，和分別表示從基站到uej的直接鏈路上的吞吐量和信號(hào)干擾噪聲比，這里uej使用了uei的蜂窩信道，因此，其帶寬為

當(dāng)中繼uej將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給uei時(shí)，其d2d鏈路的吞吐量可由公式(7)估算。

在公式(7)中，和分別是從uej到uei的wifi鏈路上的吞吐量和信號(hào)干擾噪聲比；是該wifi鏈路上的信道帶寬。由公式(8)估算。

在公式(8)中，pji是uej向uei發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)采用的發(fā)射功率；gji表示從uej到uei的鏈路上的信道衰減系數(shù)；既然pji與gji的乘積表示uei感知到的接收功率強(qiáng)度，我們可采用公式(3)或(4)近似得到；fi,wifi表示當(dāng)uej通過(guò)wifi信道向uei發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，uei感知到的來(lái)自其他同頻wifi鏈路的干擾功率，由公式(9)估算。

在公式(9)中，ii,nei表示uei鄰居范圍內(nèi)的干擾源集合，而uek表示該集合中的一個(gè)元素；pk是uek采用的發(fā)射功率；gki表示從uek到uei的鏈路上的信道衰減系數(shù)；pk與gki的乘積表示uei感知到的干擾功率強(qiáng)度，同樣我們可采用公式(3)或(4)近似得到之。

uei通過(guò)信道狀態(tài)更優(yōu)的中繼uej進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，達(dá)到優(yōu)化該通信鏈路下行吞吐量的目的，綜合公式(8)和(9)，其吞吐量值可由公式(10)估算。

為進(jìn)一步優(yōu)化下行鏈路吞吐量，uei通過(guò)信道狀態(tài)更優(yōu)的中繼uek和uej依次進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，同理，該通信鏈路下行吞吐量值可由公式(11)估算。

在deeo-gpa算法中，若uei選擇中繼uej幫它轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則將αji置為1來(lái)記錄這種情況，同樣，若uei選擇中繼uek和uej幫它依次轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則將αkji置為1來(lái)記錄這種情況；若cji值為n(n取值范圍是從1到13)，則表示uej與uei之間的數(shù)據(jù)通信使用的是第n號(hào)wifi子信道，而ckj與cji的含義類(lèi)似；這三個(gè)參數(shù)在算法初始化階段都要置為0。t^ji表示數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)uej的中轉(zhuǎn)從基站傳輸?shù)浇邮斩藆ei的傳輸延時(shí)；t^kji表示數(shù)據(jù)依次經(jīng)過(guò)uek、uej的中轉(zhuǎn)從基站傳輸?shù)浇邮斩藆ei的傳輸延時(shí)；dth表示延時(shí)閾值(可取110納秒/比特)。t^ji和t^kji的估算公式見(jiàn)“具體實(shí)施方式”部分。

vi,vj分別表示uei與uej的鄰居節(jié)點(diǎn)集合，對(duì)uei來(lái)說(shuō)，vi集合內(nèi)的任一節(jié)點(diǎn)以給定的發(fā)射功率(如pue，通常取值為0.1瓦)向uei發(fā)送數(shù)據(jù)都應(yīng)保證接收端uei的誤碼率不高于設(shè)定的ber值(可取10^-10)。vi集合內(nèi)節(jié)點(diǎn)的分布范圍(即接收節(jié)點(diǎn)uei的覆蓋半徑di)可根據(jù)公式(12)估算得到。

在公式(12)中，γth是與設(shè)定的ber值對(duì)應(yīng)的信號(hào)干擾噪聲比值，其值可以通過(guò)公式(13)得到。

γth＝-2lnber(13)

由于任一接收節(jié)點(diǎn)(如uei)無(wú)法獲得實(shí)際的干擾節(jié)點(diǎn)數(shù)目、分布、干擾節(jié)點(diǎn)采用的發(fā)射功率等估算干擾大小的相關(guān)信息，因此，fi,wifi是一個(gè)不確定的值。通過(guò)公式(12)得到的近似覆蓋范圍，其覆蓋范圍邊緣上節(jié)點(diǎn)采用發(fā)射功率pue向uei發(fā)送數(shù)據(jù)，可能不能確保接收端(即uei)的比特誤碼率不高于設(shè)定閾值ber的目標(biāo)。所以通過(guò)將公式(12)得到的結(jié)果再乘以一個(gè)折扣系數(shù)η會(huì)提高接收端比特誤碼率不高于設(shè)定閾值ber的概率，乘以折扣系數(shù)后的近似覆蓋半徑表示如下：

d`i＝η·di(14)

在(14)中，0<η≤1，在uei近似覆蓋半徑范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成uei的vi集合。

為了確定中繼的數(shù)量及分布，現(xiàn)有典型方法(如文獻(xiàn)[2]中的方法dore)利用了各個(gè)ue反饋的實(shí)時(shí)吞吐量作為決策的部分輸入信息，這需要多次迭代，以便達(dá)到確定中繼后蜂窩下行吞吐量與實(shí)時(shí)反饋值基本一致的目的，即達(dá)到收斂狀態(tài)。不同于dore的做法，本發(fā)明與我們先前申請(qǐng)的已公開(kāi)申請(qǐng)專(zhuān)利201710157206.9(即dto-mrod)一樣，都通過(guò)先預(yù)選中繼，再驗(yàn)證預(yù)選中繼是否帶來(lái)了吞吐量的提升，以決定是保留還是放棄預(yù)選的中繼。這樣無(wú)需多次迭代，加快了決策速度。

對(duì)任一接收節(jié)點(diǎn)(如uei)來(lái)說(shuō)，它至少需要知道它鄰近區(qū)域內(nèi)中繼的數(shù)量及d2d信道分布情況，才能估算出從uei所選擇中繼到自身之間的d2d鏈路上的同頻干擾值，進(jìn)而估算該d2d鏈路上的吞吐量。由于uei在選擇中繼時(shí)暫時(shí)無(wú)法獲得這些信息，因此，從基站經(jīng)由所選中繼到自身的路徑上的吞吐量也無(wú)法計(jì)算得到，從而也無(wú)法知道該路徑上吞吐量是否比uei直接從基站接收數(shù)據(jù)的吞吐量更大。由于從基站到uei所選中繼之間的鏈路吞吐量是可以估算的，因此，本發(fā)明依據(jù)該吞吐量值相比于從基站到uei的直接鏈路吞吐量的提升幅度來(lái)預(yù)選中繼，相應(yīng)的度量由公式(15)估算。

同時(shí)，為避免包括中繼在內(nèi)的最終傳輸路徑上的d2d鏈路的吞吐量過(guò)小而限制了整條路徑吞吐量的提升，本發(fā)明對(duì)uei選擇的中繼范圍做了限制，即限制在公式(14)估算的范圍內(nèi)。即使采用了這樣措施，也難以確保所選中繼最終都能滿(mǎn)足提升吞吐量的要求。因此，在所有預(yù)選中繼確定后，需要進(jìn)行傳輸路徑吞吐量驗(yàn)證，無(wú)法提升吞吐量的預(yù)選中繼將被放棄。若部分預(yù)選中繼被放棄，相應(yīng)的d2d信道也會(huì)被放棄，因此會(huì)減小對(duì)其它節(jié)點(diǎn)造成同頻干擾的概率，使得其余預(yù)選中繼真正能提升吞吐量的概率隨之增大。

在本發(fā)明關(guān)注的問(wèn)題場(chǎng)景(即只考慮單一蜂窩內(nèi)的干擾，或假定相鄰蜂窩間的同頻干擾能得到很好管控)下，對(duì)一個(gè)蜂窩信道來(lái)說(shuō)，能夠方便地確定保障接收端接收誤碼率不低于接收比特誤碼率閾值(該閾值間接反映了用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體驗(yàn))的發(fā)射功率，只要知道用戶(hù)設(shè)備的接收比特誤碼率閾值(如10^-10)，接收端的環(huán)境噪聲功率，信道帶寬、信道衰減系數(shù)(基于接收端測(cè)量的csi信息進(jìn)行量化得到)即可。若接收比特誤碼率閾值表示為ber，結(jié)合公式(13)，相應(yīng)的吞吐量和發(fā)射功率可以通過(guò)公式(16)，(17)估算得到。

若從基站到任一接收端i之間的蜂窩信道的發(fā)射端功率不小于按式(17)所得的pⁱth，則可確保接收端接收誤碼率不低于接收比特誤碼率閾值ber。若發(fā)射端的最大發(fā)射功率達(dá)不到pⁱth，則最好采用最大發(fā)射功率以盡量保障接收質(zhì)量。

對(duì)任一采用wifi信道的d2d通信鏈路j→i來(lái)說(shuō)，為確保接收端i的比特誤碼率不高于ber，發(fā)射端j的發(fā)射功率不應(yīng)低于其值可以通過(guò)下式估算。

對(duì)wifi信道來(lái)說(shuō)，獲得保障接收端接收誤碼率不低于比特誤碼率閾值的發(fā)射功率相對(duì)困難。這是因?yàn)閣ifi信道之間存在同頻干擾，如在常用的2.4ghz頻段，不重疊信道只有3個(gè)。當(dāng)存在大量并發(fā)使用wifi信道的通信流時(shí)，同頻干擾難以避免。而任一發(fā)射端發(fā)射功率的調(diào)整也會(huì)影響到其同頻干擾源對(duì)自身發(fā)射功率的調(diào)整，這使得每個(gè)發(fā)射端在調(diào)節(jié)自身發(fā)射功率時(shí)必須考慮到鄰近區(qū)域同頻信道的干擾問(wèn)題，否則難以提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)吞吐量。因此，該求解問(wèn)題屬于np問(wèn)題。

在廣泛使用的802.11b/g/n協(xié)議中，wifi工作在ism的2.4g頻段，其劃分的基本信道標(biāo)號(hào)為1,6,11的頻段互不重疊，因此，若同一下行傳輸路徑上有不多于3段的wifi鏈路，則可以確保每段wifi鏈路之間分配到頻段互不重疊的wifi信道。對(duì)一條wifi鏈路來(lái)說(shuō)，其同頻干擾源來(lái)自于其它下行傳輸路徑中使用其同頻信道的wifi鏈路的發(fā)射端。同樣，本wifi鏈路的發(fā)射端也是其它下行傳輸路徑中使用其同頻信道的wifi鏈路的干擾源。當(dāng)本wifi鏈路的發(fā)射端調(diào)整功率以確保本鏈路吞吐量目標(biāo)時(shí)，是以假定其干擾源分布、數(shù)量、所采用的發(fā)射功率已知為前提的，調(diào)整后的結(jié)果又成為其它wifi鏈路的發(fā)射端調(diào)整功率的依據(jù)，因此，構(gòu)成了一種典型的博弈關(guān)系。我們建模這種博弈關(guān)系為一種有向潛博弈(ordinalpotentialgame(opg))模型，其中包括效用函數(shù)(utilityfunction)與博弈決策算法(gamedecisionprocessalgorithm)的設(shè)計(jì)。博弈的參與者為每條下行傳輸路徑上數(shù)據(jù)流的接收節(jié)點(diǎn)，行動(dòng)集為每條下行傳輸路徑上各段wifi鏈路的發(fā)射端(即接收節(jié)點(diǎn)選定的中繼節(jié)點(diǎn))可使用的發(fā)射功率調(diào)節(jié)級(jí)別數(shù)量。參與者采取行動(dòng)要達(dá)到的目標(biāo)是，在確保本wifi鏈路的吞吐能力不低于同一下行傳輸路徑上蜂窩鏈路的吞吐能力的前提下，盡可能降低wifi鏈路的發(fā)射功率。每個(gè)參與者擁有一個(gè)評(píng)估自身收益的效用函數(shù)和一組行為規(guī)則集。對(duì)任一接收端i,其效用函數(shù)μi(p)表示如下。

在(19)中，等式右邊第一項(xiàng)表示網(wǎng)絡(luò)整體吞吐能力的提升給個(gè)體(如接收端i)帶來(lái)的效用；等式右邊第二項(xiàng)表示個(gè)體(如接收端i)的收益代價(jià)比；wg和wl是權(quán)值系數(shù)，兩者取值范圍都為(0,1)，且兩者之和為1；ti是接收節(jié)點(diǎn)i的數(shù)據(jù)接收能力，若接收節(jié)點(diǎn)i確定采用一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)(如選擇節(jié)點(diǎn)j作為中繼)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則可使用公式(10)估算傳輸路徑上的數(shù)據(jù)接收能力。若接收節(jié)點(diǎn)i確定采用兩個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)(如選擇節(jié)點(diǎn)k和j作為中繼)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則可使用公式(11)估算傳輸路徑上的數(shù)據(jù)接收能力。若接收節(jié)點(diǎn)i確定不采用中繼節(jié)點(diǎn)，則可使用公式(1)估算它從基站直接接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收能力；pi是接收節(jié)點(diǎn)i的下行傳輸路徑上各段鏈路發(fā)射端的發(fā)射功率之和，若接收節(jié)點(diǎn)i確定采用一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)(如選擇節(jié)點(diǎn)j作為中繼)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則pi為基站和中繼節(jié)點(diǎn)j的發(fā)射功率之和。若接收節(jié)點(diǎn)i確定采用兩個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)(如選擇節(jié)點(diǎn)k和j作為中繼)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則pi為基站、中繼節(jié)點(diǎn)k、以及中繼節(jié)點(diǎn)j的發(fā)射功率之和。若接收節(jié)點(diǎn)i確定不采用中繼節(jié)點(diǎn)，則pi即為基站的發(fā)射功率；p為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中下行傳輸路徑上各段鏈路發(fā)射端的發(fā)射功率之和，而t為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中下行鏈路的潛在吞吐能力，可分別由公式(20)和(21)估算。

p＝∑i∈u＝{1,2,…n}pi(20)

t＝∑i∈u＝{1,2,…n}ti(21)

參與者僅對(duì)其傳輸路徑上吞吐能力大于同一路徑上蜂窩鏈路吞吐能力的wifi鏈路進(jìn)行發(fā)射端功率調(diào)節(jié)。已存在的一種博弈決策過(guò)程算法(即betterresponsealgorithm)能使得所有參與者的發(fā)射功率值分布更為合理，從而獲得更高的網(wǎng)絡(luò)整體效用。該算法的基本思想是，首先選擇最大發(fā)射功率為當(dāng)前發(fā)射功率，當(dāng)決策時(shí)，使用當(dāng)前發(fā)射功率減去一個(gè)步長(zhǎng)后得到調(diào)整后的功率，再依據(jù)效用函數(shù)判斷，若更新后的功率能帶來(lái)更高的收益，則確定使用更新后的功率，否則，仍使用更新前的功率。因此，該類(lèi)算法按照從高到底順序調(diào)整發(fā)射功率的決策過(guò)程導(dǎo)致系統(tǒng)收斂慢(即到達(dá)每個(gè)參與者都不再更新發(fā)射功率的均衡點(diǎn)所需時(shí)間更長(zhǎng))，尤其在步長(zhǎng)太小的情況下，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用將無(wú)法容忍極慢的收斂速度。若步長(zhǎng)太大，則獲得的均衡點(diǎn)精度又不夠。因此，基于該類(lèi)算法思想，我們提出一種更快的博弈決策過(guò)程算法，其基本思想是，先通過(guò)折半查找縮短順序調(diào)整發(fā)射功率的行動(dòng)集空間，然后從高到底順序調(diào)整發(fā)射功率。

本發(fā)明算法描述中用到的一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述如下：cm,m表示用戶(hù)之間的wifi信道分配關(guān)系矩陣，其任一元素cji的值若為k(即k∈{1,2,…,13})，則表示從某用戶(hù)j(即j∈{1,…,m})到某用戶(hù)i(即i∈{1,…,m})之間的wifi鏈路被分配了某中繼信道k，為0則表示沒(méi)有分配中繼信道。pm,m表示用戶(hù)之間的wifi鏈路發(fā)射端發(fā)射功率取值關(guān)系矩陣，其任一元素pji的值表示用戶(hù)j(即j∈{1,…,m})通過(guò)wifi信道cji向用戶(hù)i(即i∈{1,…,m})發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)射功率。

本發(fā)明提供的這種蜂窩下行通信能效優(yōu)化方法，包括基站輔助決策的步驟和接收點(diǎn)獨(dú)立決策的步驟：

所述的基站輔助決策的步驟，包括啟動(dòng)中繼預(yù)選的步驟；驗(yàn)證預(yù)選中繼的步驟和啟動(dòng)與結(jié)束d2d鏈路發(fā)射功率調(diào)節(jié)過(guò)程的步驟；

所述的接收節(jié)點(diǎn)獨(dú)立決策的步驟，包括d2d中繼預(yù)選決策的步驟，d2d鏈路發(fā)射功率的折半調(diào)節(jié)的步驟和d2d鏈路發(fā)射功率逐步遞減調(diào)節(jié)的步驟。

下面分別對(duì)上述分布式算法的兩部分三階段進(jìn)行詳細(xì)闡述。

基站輔助決策部分：

階段1：中繼預(yù)選和d2d鏈路發(fā)射功率調(diào)節(jié)的調(diào)度方法

步驟1.0：將cm,m、pm,m中的每個(gè)元素，以cji、pji為例，分別賦值為0和pj^max/2，創(chuàng)建空集合d、e，并且將定時(shí)器tδ設(shè)置為δ，向所有節(jié)點(diǎn)廣播中繼預(yù)選啟動(dòng)包，進(jìn)入步驟1.1。

步驟1.1：在定時(shí)器tδ沒(méi)有超時(shí)的情況下，若基站接收到分配給鏈路j→i(鏈路k→j)的wifi信道子信道號(hào)cji(ckj)，則對(duì)矩陣cm,m進(jìn)行更新；若接收到αji，則將其加入到d集合；若接收到αkji，則將其加入到e集合。若定時(shí)器tδ超時(shí)，則進(jìn)入步驟1.2。

步驟1.2：驗(yàn)證預(yù)選的第二中繼，驗(yàn)證預(yù)選的第一中繼，分別根據(jù)公式(20)、(21)計(jì)算p和t，向所有節(jié)點(diǎn)廣播cm,m,pm,m,p和t，進(jìn)入步驟1.3。

步驟1.3：將判斷中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率調(diào)節(jié)是否達(dá)到收斂狀態(tài)的標(biāo)記flag賦值為false，將定時(shí)器tδ重新設(shè)置為δ，當(dāng)tδ沒(méi)有超時(shí)的情況下，若基站接收到鏈路j→i(鏈路k→j)發(fā)射端發(fā)射功率pji(pkj)，則將flag設(shè)置true并且對(duì)cm,m進(jìn)行更新；若接收到蜂窩鏈路基站→j(基站→k)發(fā)射端發(fā)射功率p0j(p0k)，則對(duì)cm,m進(jìn)行更新。若tδ超時(shí)，則進(jìn)入步驟1.4。

步驟1.4：若flag為true，則分別根據(jù)公式(20)、(21)計(jì)算p和t，并且向所有節(jié)點(diǎn)廣播cm,m,pm,m,p和t，重新返回步驟1.3。否則向所有節(jié)點(diǎn)廣播功率調(diào)節(jié)終止包，結(jié)束算法的運(yùn)行。

階段2：驗(yàn)證預(yù)選第二中繼

步驟2.0：針對(duì)e集合中的所有元素，以αkji為例，將fi,wifi、fj,wifi分別賦值為0，進(jìn)入步驟2.1。

步驟2.1：針對(duì)i的干擾集合ii,nei里除去j的所有元素，以m為例，并且針對(duì)m的鄰居集合vm里的所有元素，以n為例，若cmn值不為0并且cmn與cji之間差值的絕對(duì)值小于5，則說(shuō)明中繼uej與接收端uei使用wifi信道通信時(shí)，uem與uen之間的通信會(huì)對(duì)其造成同頻信道干擾，計(jì)算uei所接收到的同頻信道干擾功率fi,wifi；否則不做任何操作。進(jìn)入步驟2.2。

步驟2.2：針對(duì)j的干擾集合ij,nei里除去k的所有元素，以m為例，并且針對(duì)m的鄰居集合vm里的所有元素，以n為例，若cmn值不為0并且cmn與ckj之間差值的絕對(duì)值小于5，則說(shuō)明中繼uek與中繼uej使用wifi信道通信時(shí)，uem與uen之間的通信會(huì)對(duì)其造成同頻信道干擾，計(jì)算uej所接收到的同頻信道干擾功率fj,wifi；否則不做任何操作。進(jìn)入步驟2.3。

步驟2.3：基于當(dāng)前cm,m矩陣值和pm,m矩陣值，根據(jù)公式(11)計(jì)算通過(guò)中繼uek和uej依次轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接收端uei從基站獲得的下行吞吐量t^kjid2d。若t^kjid2d小于t^jid2d，則進(jìn)入步驟2.4；否則不做任何操作。

步驟2.4：將αkji設(shè)置為0，并且將其發(fā)送到接收端uei；將αji設(shè)置為1，并且將其加入到集合d；將ckj設(shè)置為0，并且更新cm,m矩陣。

階段3：驗(yàn)證預(yù)選第一中繼

步驟3.0：針對(duì)d集合中的所有元素，以αji為例，將fi,wifi賦值為0，進(jìn)入步驟3.1。

步驟3.1：針對(duì)i的干擾集合ii,nei里除去j的所有元素，以m為例，并且針對(duì)m的鄰居集合vm里的所有元素，以n為例，若cmn值不為0并且cmn與cji之間差值的絕對(duì)值小于5，則說(shuō)明中繼uej與接收端uei使用wifi信道通信時(shí)，uem與uen之間的通信會(huì)對(duì)其造成同頻信道干擾，計(jì)算uei所接收到的同頻信道干擾功率fi,wifi；否則不做任何操作。進(jìn)入步驟3.2。

步驟3.2：基于當(dāng)前cm,m矩陣值和pm,m矩陣值，根據(jù)公式(10)計(jì)算通過(guò)中繼uej轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，uei從基站獲得的下行吞吐量t^jid2d。若t^jid2d小于tⁱcell，則進(jìn)入步驟3.3；否則不做任何操作。

步驟3.3：將αji設(shè)置為0，并且將其發(fā)送到接收端uei；將cji設(shè)置為0，并且更新cm,m矩陣。

接收節(jié)點(diǎn)獨(dú)立決策部分：

階段1：預(yù)選d2d中繼

步驟1.0：針對(duì)n個(gè)獲得蜂窩信道的接收節(jié)點(diǎn)，以u(píng)ei為例，若收到基站的中繼選擇啟動(dòng)包，則將α00、αji、αkji、cji、ckj、δt^ji、δt^kji分別初始化為0，進(jìn)入步驟1.1；若收到基站的αkji值為0，則將ckj賦值為0，αji賦值為1；若收到基站的αji值為0，則將cji賦值為0。

步驟1.1：根據(jù)公式(1)、(16)分別計(jì)算uei與基站直接通信時(shí)的蜂窩鏈路吞吐量和蜂窩鏈路吞吐量閾值若值比值小，則進(jìn)入步驟1.2；否則結(jié)束運(yùn)行，uei直接從基站接收數(shù)據(jù)。

步驟1.2：針對(duì)uei鄰居集合vi內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)uej，根據(jù)公式(15)計(jì)算第一中繼選擇度量值δt^ji，進(jìn)入步驟1.3。δt^ji表示基站分別與中繼uej、接收端uei直接通信時(shí)蜂窩鏈路吞吐量的差值。

步驟1.3：對(duì)uei的第一中繼選擇度量值排序，找出度量值最大的δt^ji。若δt^ji大于0，則進(jìn)入步驟1.4；否則運(yùn)行結(jié)束，uei直接從基站接收數(shù)據(jù)。

步驟1.4：計(jì)算uei通過(guò)中繼uej從基站接收數(shù)據(jù)時(shí)的傳輸延時(shí)d^ji，若d^ji小于中繼延時(shí)門(mén)限值dth并且uej的剩余能量值e^j大于中繼剩余能量門(mén)限值eth，則將αji賦值為1，表示接收節(jié)點(diǎn)uei選擇uej作為其第一中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，其中uej直接從基站接收數(shù)據(jù)，而uej與uei之間通過(guò)d2d通信來(lái)傳輸下行數(shù)據(jù)；將cji賦值為1到8之間的數(shù)(包括1和8)，表示uej與uei之間d2d通信時(shí)使用的wifi信道的子信道號(hào)，并且將cji發(fā)送到基站，進(jìn)入步驟1.5。否則將δt^ji賦值為0，進(jìn)入步驟1.3。

步驟1.5：根據(jù)公式(6)計(jì)算當(dāng)uei選擇uej作為第一中繼時(shí)，uej與基站直接通信時(shí)的蜂窩鏈路吞吐量t^jicell。若t^jicell值小于值，則進(jìn)入步驟1.6。否則接收節(jié)點(diǎn)uei使用一個(gè)中繼(即uej)從基站接收數(shù)據(jù)，進(jìn)入步驟1.9。

步驟1.6：針對(duì)uej鄰居集合vj內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)uek，根據(jù)公式(15)計(jì)算第二中繼選擇度量值δt^kji，進(jìn)入步驟1.7。δt^kji表示基站分別與中繼uek、中繼uej直接通信時(shí)蜂窩鏈路吞吐量之間的差值。

步驟1.7：對(duì)uei的第二中繼選擇度量值排序，找出度量值最大的δt^kji。若δt^kji大于0,則進(jìn)入步驟1.8；否則運(yùn)行結(jié)束，uei使用一個(gè)中繼(即uej)從基站接收數(shù)據(jù)。

步驟1.8：計(jì)算uei分別通過(guò)中繼uek、中繼uej從基站接收數(shù)據(jù)時(shí)的傳輸延時(shí)d^kji，若d^kji小于中繼延時(shí)門(mén)限值dth、uej的剩余能量值e^j大于中繼剩余能量門(mén)限值eth并且δt^kji大于0，則將αkji賦值為1，表示接收節(jié)點(diǎn)uei選擇uek、uej作為其中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，其中uek直接從基站接收數(shù)據(jù)，而uek與uej、uej與uei之間都是通過(guò)d2d通信來(lái)傳輸蜂窩下行數(shù)據(jù)；將cji的值加上5賦值給ckj，表示uek與uej之間d2d通信時(shí)使用的wifi信道的子信道號(hào)，并且將ckj發(fā)送到基站，進(jìn)入步驟1.9。否則uei使用一個(gè)中繼(即uej)從基站接收數(shù)據(jù)，進(jìn)入步驟1.9。

步驟1.9：若αkji值為1，則將αkji發(fā)送到基站。否則不做任何操作；否則若αji值為1，則將αji發(fā)送到基站。

階段2：d2d鏈路發(fā)射功率的折半調(diào)節(jié)

步驟2.0：針對(duì)n個(gè)獲得蜂窩信道的接收節(jié)點(diǎn)，以u(píng)ei為例(假設(shè)數(shù)據(jù)依次通過(guò)中繼uek、中繼uej從基站傳輸?shù)絬ei)，將用來(lái)記錄d2d鏈路k→j是否完成發(fā)射功率折半調(diào)節(jié)的標(biāo)記flagkj、用來(lái)記錄d2d鏈路j→i是否完成發(fā)射功率折半調(diào)節(jié)的標(biāo)記flagji都初始化為false，進(jìn)入步驟2.1。

步驟2.1：若接收到基站的cm,m、pm,m、p和t，分別代表著wifi信道分配關(guān)系矩陣、wifi鏈路發(fā)射功率取值關(guān)系矩陣、蜂窩網(wǎng)絡(luò)下行傳輸路徑上各段鏈路的發(fā)射功率之和以及蜂窩網(wǎng)絡(luò)的潛在下行吞吐能力，則進(jìn)入步驟2.2；否則，重新進(jìn)入步驟2.1。若收到基站的功率調(diào)整終止包，則結(jié)束算法的運(yùn)行；否則不做任何操作。

步驟2.2：針對(duì)接收節(jié)點(diǎn)uei，若αkji值為1，則進(jìn)入步驟2.3；否則若αji值為1，則進(jìn)入步驟2.11；否則不做任何操作。

步驟2.3：分別根據(jù)公式(16)、(17)計(jì)算t^kth和p^kth，其分別代表當(dāng)接收端uek比特誤碼率達(dá)到閾值ber時(shí)，接收端與基站之間的蜂窩鏈路下行吞吐量以及此時(shí)基站的發(fā)射功率。將p^kth賦值給p0k并且將p0k發(fā)送到基站，進(jìn)入步驟2.4。

步驟2.4：基于當(dāng)前cm,m矩陣值和pm,m矩陣值，根據(jù)公式(7)計(jì)算t^kjwifi和t^jiwifi。若中繼uek與中繼uej之間下行wifi鏈路吞吐量t^kjwifi大于中繼uej與接收端uei之間下行wifi鏈路吞吐量t^jiwifi，則進(jìn)入步驟2.5；否則進(jìn)入步驟2.8。

步驟2.5：若t^kjwifi大于t^kth并且flagkj的值為false，則進(jìn)入步驟2.6；否則若t^kjwifi大于t^kth并且flagkj的值為true，則逐步遞減調(diào)節(jié)中繼uek的發(fā)射功率(運(yùn)行該部分算法的階段3)；否則不做任何操作。

步驟2.6：將flagkj賦值為true，若此時(shí)uek發(fā)射功率pkj(p^kmax的一半)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于uek發(fā)射功率為最大發(fā)射功率p^kmax時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則進(jìn)入步驟2.7；否則將pkj賦值為p^kmax，并且若uek發(fā)射功率為pkj減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pkj減去ε的值賦給pkj，發(fā)送pkj到基站；否則不做任何操作。

步驟2.7：若此時(shí)uek發(fā)射功率pkj減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pkj減去ε的值賦給pkj，發(fā)送pkj到基站；否則不做任何操作。

步驟2.8：若t^jiwifi大于t^kth并且flagji的值為false，則進(jìn)入步驟2.9；否則若t^jiwifi大于t^kth并且flagji的值為true，則逐步遞減調(diào)節(jié)中繼uej的發(fā)射功率(運(yùn)行該部分算法的階段3)；否則不做任何操作。

步驟2.9：將flagji賦值為true，若此時(shí)uej發(fā)射功率pji(p^jmax的一半)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于uej發(fā)射功率為最大發(fā)射功率p^jmax時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則進(jìn)入步驟2.10；否則將pji賦值為p^jmax，并且若uej發(fā)射功率為pji減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pji減去ε的值賦給pji，發(fā)送pji到基站；否則不做任何操作。

步驟2.10：若uej發(fā)射功率為pji減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pji減去ε的值賦給pji，發(fā)送pji到基站；否則不做任何操作。

步驟2.11：分別根據(jù)公式(16)、(17)計(jì)算t^jth和p^jth，其分別代表當(dāng)接收端uej比特誤碼率達(dá)到閾值ber時(shí)，接收端與基站之間的蜂窩鏈路下行吞吐量以及此時(shí)基站的發(fā)射功率。將p^jth賦值給p0j并且將p0j發(fā)送到基站，進(jìn)入步驟2.12。

步驟2.12：基于當(dāng)前cm,m矩陣值和pm,m矩陣值，根據(jù)公式(7)計(jì)算中繼uej與接收端uei之間下行wifi鏈路吞吐量t^jiwifi。若t^jiwifi大于t^jth并且flagji的值為false，則進(jìn)入步驟2.13；否則若t^jiwifi大于t^jth并且flagji的值為true，則運(yùn)行算法的階段3來(lái)逐步調(diào)節(jié)中繼uej的發(fā)射功率；否則不做任何操作。

步驟2.13：將flagji賦值為true，若此時(shí)uej發(fā)射功率pji(p^jmax的一半)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于uej發(fā)射功率為最大發(fā)射功率p^jmax時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則進(jìn)入步驟2.14；否則將pji賦值為p^jmax，并且若uej發(fā)射功率為pji減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pji減去ε的值賦給pji，發(fā)送pji到基站；否則不做任何操作。

步驟2.14：若uej發(fā)射功率為pji減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pji減去ε的值賦給pji，發(fā)送pji到基站；否則不做任何操作。

階段3：d2d鏈路發(fā)射功率的逐步遞減調(diào)節(jié)

步驟3.0：若αkji值為1，則進(jìn)入步驟3.1；否則若αji值為1，則進(jìn)入步驟3.4。

步驟3.1：基于當(dāng)前cm,m矩陣值和pm,m矩陣值，根據(jù)公式(7)計(jì)算t^kjwifi和t^jiwifi。若t^kjwifi大于t^jiwifi并且t^kjwifi大于t^kth，則進(jìn)入步驟3.2；否則若t^kjwifi小于或等于t^jiwifi并且t^jiwifi大于t^kth進(jìn)入步驟3.3。

步驟3.2：若uek發(fā)射功率為pkj減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pkj減去ε的值賦給pkj，發(fā)送pkj到基站；否則不做任何操作。

步驟3.3：若uej發(fā)射功率為pji減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pji減去ε的值賦給pji，發(fā)送pji到基站；否則不做任何操作。

步驟3.4：基于當(dāng)前cm,m矩陣值和pm,m矩陣值，根據(jù)公式(7)計(jì)算t^jiwifi。若t^jiwifi大于t^jth，則進(jìn)入步驟3.5；否則不做任何操作。

步驟3.5：若uej發(fā)射功率為pji減去步長(zhǎng)ε后所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值大于其不改變時(shí)所對(duì)應(yīng)效用函數(shù)值，則將pji減去ε的值賦給pji，發(fā)送pji到基站；否則不做任何操作。

基站輔助決策部分的步驟2.1、2.2、3.1中，根據(jù)具體化后的公式(24)可計(jì)算wifi鏈路接收端uei所接收到的同頻干擾功率fi,wifi。

其中，ii,nei表示uei鄰居范圍內(nèi)的干擾源集合，vm表示uem的鄰居集合；pmn是wifi鏈路m→n發(fā)射端uem采用的發(fā)射功率；gmi表示從uem到uei的鏈路上的信道衰減系數(shù)；cmn、cji分別是鏈路m→n和j→i使用的數(shù)據(jù)傳輸信道。由于wifi的2.4g頻譜中總共有13個(gè)(1到13)子信道，而整個(gè)頻段內(nèi)只有3個(gè)互不干擾子信道(1、6、11或者2、7、12等信道號(hào)差值為5的信道)，考慮到相鄰4個(gè)子信道之間會(huì)出現(xiàn)頻譜部分重疊(沒(méi)有頻譜完全重疊干擾大)的現(xiàn)象，所以根據(jù)頻譜重疊的范圍大小再對(duì)gmi與pmn的乘積乘以了相應(yīng)的折扣系數(shù)。既然gmi與pmn的乘積表示uei接收到的干擾功率最大強(qiáng)度，我們同樣可采用公式(3)和(4)近似得到。

接收節(jié)點(diǎn)獨(dú)立決策部分的步驟1.4中，通過(guò)以下公式近似計(jì)算uei通過(guò)中繼uej從基站接收數(shù)據(jù)時(shí)的傳輸延時(shí)d^ji：

所述步驟1.8中，通過(guò)公式(23)近似計(jì)算uei依次通過(guò)中繼uek、uej從基站接收數(shù)據(jù)時(shí)的傳輸延時(shí)d^kji：

其中，和分別是節(jié)點(diǎn)j和k轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間；f(γj)和f(γk)分別是節(jié)點(diǎn)j和k接收一個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)的成功率；γj和γk分別表示接收節(jié)點(diǎn)j和k的sinr。

所述步驟1.4和1.8中，延時(shí)約束閾值dth設(shè)置為110納秒/比特，中繼剩余能量門(mén)限eth設(shè)置為0.1焦耳。

本發(fā)明(為方便表述，稱(chēng)為deeo-gpa)與dto-mrod和like-dore方案在如下兩個(gè)方面進(jìn)行仿真比較：(1)平均傳輸路徑能量效率：特指在接收節(jié)點(diǎn)對(duì)其所選擇的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行發(fā)射功率調(diào)節(jié)的過(guò)程中，接收節(jié)點(diǎn)所在下行傳輸路徑上的數(shù)據(jù)接收能力與付出的功率代價(jià)(包括基站和中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率之和)之比的平均值；(2)平均傳輸路徑持續(xù)服務(wù)能力：可用平均傳輸路徑數(shù)據(jù)量來(lái)衡量，其特指在中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的調(diào)節(jié)達(dá)到收斂狀態(tài)后，同時(shí)接收節(jié)點(diǎn)所在下行傳輸路徑斷連之前，接收節(jié)點(diǎn)平均從基站接收的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)。

通信鏈路j→i的幀成功率f(γi)可由公式(25)計(jì)算得到。

在公式(25)中，l和γi分別是數(shù)據(jù)包的幀格式長(zhǎng)度和接收節(jié)點(diǎn)i的sinr?；谟?jì)算得到的鏈路幀成功率和本實(shí)施方案給定的延時(shí)定義，通信鏈路j→i的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)值主要取決于接收端i的轉(zhuǎn)發(fā)能力，若接收端i為傳輸路徑上最終的接收者，則其不再轉(zhuǎn)發(fā)，故不再計(jì)算其轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)。通過(guò)下列公式(26)可得到接收端i的轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)，其中，t^bi是uei的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)能力。

從基站經(jīng)過(guò)中繼uej到達(dá)接收端uei的傳輸延時(shí)由公式(27)近似得到。

從基站依次經(jīng)過(guò)中繼uek和uej到達(dá)接收端uei的傳輸延時(shí)由公式(28)近似得到。

使用蜂窩下行平均傳輸路徑數(shù)據(jù)量來(lái)衡量蜂窩下行平均傳輸路徑持續(xù)服務(wù)能力時(shí)，其值(如下行傳輸路徑k→j→i)可由公式(29)計(jì)算得到。

在(29)中，dkji表示接收節(jié)點(diǎn)i通過(guò)下行傳輸路徑k→j→i從基站接收的數(shù)據(jù)包的數(shù)量；tr是接收節(jié)點(diǎn)i的持續(xù)服務(wù)時(shí)長(zhǎng)，其值取決于中繼節(jié)點(diǎn)k和j能量?jī)?chǔ)備和功耗；rblk和rblj分別是中繼節(jié)點(diǎn)k，j的剩余能量?jī)?chǔ)備；pk和pj則分別是中繼節(jié)點(diǎn)k，j作為wifi鏈路發(fā)射端時(shí)的發(fā)射功耗；中繼節(jié)點(diǎn)k，j處理每比特?cái)?shù)據(jù)的電子元器件耗能，相比于其作為發(fā)射端每比特的數(shù)據(jù)傳輸耗能，其值可以忽略不計(jì)，故在此不做討論。

基本仿真參數(shù)設(shè)置如下：仿真網(wǎng)絡(luò)是半徑為500m的圓形區(qū)域，一個(gè)基站位于該區(qū)域中央，擁有的可分配蜂窩信道數(shù)量n為120，該區(qū)域內(nèi)ue數(shù)量m變化范圍從400到2200，公式(14)中的折扣系數(shù)η設(shè)置為0.7，延時(shí)約束閾值dth、能量約束閾值eth分別設(shè)置為110納秒/比特,0.1焦耳，信道帶寬設(shè)置為2兆赫茲。其它參數(shù)取值見(jiàn)表1。

表1仿真參數(shù)設(shè)置

采用omnet++4.1網(wǎng)絡(luò)仿真器得到圖2至圖3所示結(jié)果。從圖2我們可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論蜂窩內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量m如何變化，deeo-gpa和dto-mrod的平均傳輸路徑能量效率始終優(yōu)于like-dore方案，而deeo-gpa的平均傳輸路徑能量效率又優(yōu)于dto-mrod。其主要原因是，對(duì)于遠(yuǎn)離基站的蜂窩邊緣節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，deeo-gpa和dto-mrod通過(guò)兩跳中繼鏈路輔助其接收基站數(shù)據(jù)，高比特誤碼率得到了有效地控制，這是借助一跳中繼鏈路轉(zhuǎn)發(fā)基站數(shù)據(jù)的like-dore方案做不到的。而根據(jù)公式(6)～(13)可知，低比特誤碼率提升了下行數(shù)據(jù)傳輸路徑的吞吐量，因此也提升了單位耗能所獲得的吞吐量增益。在dto-mrod的基礎(chǔ)上，deeo-gpa通過(guò)改進(jìn)的博弈決策過(guò)程算法將中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率控制在合理的范圍內(nèi)，在下行傳輸路徑吞吐量沒(méi)有降低的基礎(chǔ)上，降低了中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，從而進(jìn)一步地提升了蜂窩下行通信的能量效率。

從圖3可觀察到類(lèi)似于圖2的變化趨勢(shì)，無(wú)論蜂窩內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量m如何變化，deeo-gpa和dto-mrod的平均傳輸路徑持續(xù)服務(wù)能力始終優(yōu)于like-dore方案，而deeo-gpa的平均傳輸路徑持續(xù)服務(wù)能力又優(yōu)于dto-mrod。得益于兩中繼進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)帶來(lái)的高sinr，deeo-gpa和dto-mrod中的下行傳輸路徑擁有更高的數(shù)據(jù)接收能力，并且由于中繼剩余能量門(mén)限的存在，deeo-gpa和dto-mrod的傳輸路徑服務(wù)時(shí)間也會(huì)更長(zhǎng)，這兩點(diǎn)都是基于一中繼進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和缺少中繼剩余能量門(mén)限的like-dore方案做不到的。因此根據(jù)公式(29)可知，like-dore方案的傳輸路徑持續(xù)服務(wù)能力會(huì)低于前兩種方案。而相比于dto-mrod，deeo-gpa通過(guò)功率控制博弈理論降低了中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，在中繼節(jié)點(diǎn)的剩余能量?jī)?chǔ)備一定時(shí)，延長(zhǎng)了中繼節(jié)點(diǎn)的服務(wù)時(shí)長(zhǎng)，也即延長(zhǎng)了下行傳輸路徑的服務(wù)時(shí)長(zhǎng)。因此根據(jù)公式(29)可知，在平均傳輸路徑持續(xù)服務(wù)能力方面，deeo-gpa會(huì)高于dto-mrod。