D2D通信技術(shù)的應用場(chǎng)景論文

　　摘要：文章在分析D2D通信系統基本架構的基礎上，重點(diǎn)研究了如何建立D2D通信的會(huì )話(huà)流程，從而建立D2D通信接連；在簡(jiǎn)要闡述D2D通信所涉及的關(guān)鍵技術(shù)的基礎上，對比分析了D2D通信的技術(shù)優(yōu)勢；對D2D通信在5G時(shí)代的典型基本應用場(chǎng)景進(jìn)行了詳細分析，最后對D2D通信在未來(lái)5G時(shí)代所扮演的重要角色做了展望。

　　關(guān)鍵詞：LTE；D2D通信；技術(shù)優(yōu)勢；應用場(chǎng)景

　　近年來(lái)，隨著(zhù)多媒體業(yè)務(wù)急劇暴增，移動(dòng)通信技術(shù)高速發(fā)展，4G長(cháng)期演進(jìn)（LongTermEvolution，LTE）系統已全面鋪設完成，5G系統已然向我們揮手，未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)將進(jìn)一步快速發(fā)展。通信帶寬資源隨著(zhù)用戶(hù)需求的增加越來(lái)越緊缺，可以利用的無(wú)線(xiàn)信道頻譜道資源，又存在無(wú)法滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求的問(wèn)題。如何提高LTE系統吞吐量、最大化利用現有系統頻譜資源必將成為未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展研究方向，設備到設備（Device-to-Device，D2D）通信技術(shù)正是為解決這一問(wèn)題應運而生。

　　1系統架構

　　D2D技術(shù)即終端直連傳輸技術(shù)，又稱(chēng)為鄰近服務(wù)（ProximityService），是指在LET網(wǎng)絡(luò )系統控制下，允許處在相近位置的終端用戶(hù)可以直接進(jìn)行數據通信，而不需要通過(guò)基站進(jìn)行中轉傳輸的新型技術(shù)[1]。按照蜂窩網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍區分，可以把D2D通信分成3種場(chǎng)景：（1）蜂窩網(wǎng)絡(luò )覆蓋下的D2D通信，LTE基站首先需要發(fā)現D2D通信設備，建立邏輯連接，然后控制D2D設備的資源分配，進(jìn)行資源調度和干擾管理，用戶(hù)可以獲得高質(zhì)量的通信。（2）部分蜂窩網(wǎng)絡(luò )覆蓋下的D2D通信，基站只需引導設備雙方建立連接，而不再進(jìn)行資源調度，其網(wǎng)絡(luò )復雜度比第一類(lèi)D2D通信有大幅降低。（3）完全沒(méi)有蜂窩網(wǎng)絡(luò )覆蓋下的D2D通信，用戶(hù)設備直接進(jìn)行D2D通信，該場(chǎng)景對應于蜂窩網(wǎng)絡(luò )癱瘓的時(shí)候，用戶(hù)可以經(jīng)過(guò)多跳，相互通信或者接入網(wǎng)絡(luò )。

　　2會(huì )話(huà)建立

　　在LTE網(wǎng)絡(luò )中的D2D通信，用戶(hù)需滿(mǎn)足諸如距離、對主網(wǎng)絡(luò )的限制干擾等相應的條件才能建立D2D通信鏈路實(shí)現數據傳輸。具體會(huì )話(huà)建立過(guò)程：首先，LTE網(wǎng)絡(luò )需要通過(guò)設備發(fā)現機制識別出能夠進(jìn)行D2D通信的用戶(hù)終端設備，目前主要有先驗機制和后驗機制兩種發(fā)現機制，分別對應LTE網(wǎng)絡(luò )控制下的D2D通信與LTE網(wǎng)絡(luò )輔助控制下的D2D通信[2-4]。對于LTE網(wǎng)絡(luò )控制下的D2D通信，終端A向移動(dòng)管理節點(diǎn)（MobilityManagementEntity，MME）主動(dòng)發(fā)起會(huì )話(huà)請求，MME接收并處理該請求，并分配一個(gè)專(zhuān)用IP地址給終端A；同時(shí)，MME檢測終端A、終端B是否在相同或相鄰小區，如果在相同或相鄰小區，則MME要求基站為這兩個(gè)D2D用戶(hù)終端設備建立承載�；�站分別向終端A和終端B發(fā)送測量請求，檢測通信環(huán)境，并發(fā)回檢測結果報告�；�站根據檢測結果判斷是否建立D2D連接，如果可以建立D2D通信鏈路，那么基站就會(huì )給終端A、終端B分配無(wú)線(xiàn)資源和設置相應的發(fā)送功率，從而建立D2D通信連接。LTE網(wǎng)絡(luò )輔助控制下的D2D通信，兩個(gè)終端通信時(shí)由網(wǎng)關(guān)處理每個(gè)發(fā)送包的IP頭，通過(guò)分析它們所在小區，便可判斷雙方是否在同一個(gè)小區或相鄰小區覆蓋范圍內，如果是，則就將其標識為可能的D2D通信，然后交給基站檢測能否進(jìn)行D2D通信[2]。具體過(guò)程如下所示：（1）用戶(hù)終端A發(fā)起會(huì )話(huà)請求。（2）媒體網(wǎng)關(guān)檢測用戶(hù)IP數據包，判斷通信雙方是否在相同或相鄰小區覆蓋區域內。（3）媒體網(wǎng)關(guān)根據距離等標準，將該終端標記為可能的D2D通信。（4）基站向可能的D2D通信終端請求上傳信道測量報告，決定是否建立D2D連接。（5）如果兩個(gè)終端都具備D2D通信功能且其性能比蜂窩移動(dòng)通信更好，基站則為其建立D2D承載。而對于兩個(gè)終端用戶(hù)都不在LTE網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍時(shí)，分兩種類(lèi)型：（1）當兩個(gè)用戶(hù)終端距離較近時(shí)，則可直接利用D2D技術(shù)來(lái)進(jìn)行通信。（2）兩個(gè)終端用戶(hù)距離較遠時(shí)，則必須尋找一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)作為中繼終端，通過(guò)中繼節點(diǎn)，轉發(fā)兩個(gè)用戶(hù)終端的業(yè)務(wù)數據（通過(guò)兩段D2D通信實(shí)現）或者接入LTE網(wǎng)絡(luò )，在LTE基站的協(xié)助下，實(shí)現D2D通信[5-7]。

　　3技術(shù)優(yōu)勢

　　D2D通信的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：實(shí)現鄰近D2D終端的檢測及識別的D2D發(fā)現技術(shù)、同步技術(shù)、無(wú)線(xiàn)資源管理、功率控制和干擾協(xié)調、通信模式切換等[8-9]。3.1頻譜利用率顯著(zhù)提高通信鏈路和資源復用產(chǎn)生的增益都可以將無(wú)線(xiàn)頻譜資源的效率大大提高，網(wǎng)絡(luò )吞吐量得到顯著(zhù)改善。在D2D通信模式下，兩個(gè)終端用戶(hù)之間的數據無(wú)需經(jīng)過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的中轉，直接進(jìn)行傳輸，通信鏈路進(jìn)而產(chǎn)生增益；另外，網(wǎng)絡(luò )存在資源復用增益，在D2D用戶(hù)、D2D與蜂窩間的資源都可以復用。3.2提升用戶(hù)體驗引入基于鄰近用戶(hù)感知的D2D技術(shù)，用戶(hù)體驗大大提升。隨著(zhù)通信技術(shù)和服務(wù)的發(fā)展，小范圍的社交和商業(yè)活動(dòng)、面向本地特定用戶(hù)的特定業(yè)務(wù)以及具有鄰近特性的用戶(hù)間近距離的數據共享，都成為當前及未來(lái)無(wú)線(xiàn)平臺效益來(lái)源中一個(gè)不可忽視的增長(cháng)點(diǎn)。3.3擴展應用范圍移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )對通信設備要求較高，核心網(wǎng)或接入網(wǎng)設備的損壞都可能使得通信系統癱瘓。引入D2D通信，使得在蜂窩通信終端建立AdHoc網(wǎng)絡(luò )成為可能，終端可實(shí)現端到端的通信甚至接入蜂窩網(wǎng)絡(luò )，即使通信基礎設施出現故障或者存在網(wǎng)絡(luò )覆蓋盲區時(shí)，其應用場(chǎng)景得到進(jìn)一步的擴展。

　　45GD2D通信主要應用場(chǎng)景

　　作為面向5G的關(guān)鍵候選技術(shù)，D2D通信固有的技術(shù)優(yōu)勢，受到廣泛關(guān)注。下面對D2D通信在未來(lái)5G時(shí)代的潛在應用場(chǎng)景作初步分析[10-11]。4.1本地業(yè)務(wù)4.1.1社交應用D2D通信技術(shù)最基本的應用場(chǎng)景就是基于鄰近特性的社交應用。通過(guò)D2D通信功能，可以進(jìn)行如內容分享、互動(dòng)游戲等鄰近用戶(hù)之間數據的傳輸，用戶(hù)通過(guò)D2D的發(fā)現功能尋找鄰近區域的感興趣用戶(hù)。4.1.2本地數據傳輸利用D2D的鄰近特性及數據直通特性實(shí)現本地數據傳輸，在節省頻譜資源的同時(shí)擴展移動(dòng)通信應用場(chǎng)景。如基于鄰近特性的本地廣告服務(wù)可向用戶(hù)推送商品打折促銷(xiāo)、影院新片預告等信息，通過(guò)精確定位目標用戶(hù)使得效益最大化。4.1.3蜂窩網(wǎng)絡(luò )流量卸載隨著(zhù)高清視頻等大流量特性的多媒體業(yè)務(wù)日益增長(cháng)，給網(wǎng)絡(luò )的核心層和頻譜資源帶來(lái)巨大挑戰。利用D2D通信的本地特性開(kāi)展的本地多媒體業(yè)務(wù)，可以大大節省網(wǎng)絡(luò )核心層及頻譜的資源。例如，運營(yíng)商或內容提供商可以在熱點(diǎn)區域設置服務(wù)器，將當前熱門(mén)的媒體業(yè)務(wù)存儲在服務(wù)器中，服務(wù)器以D2D模式向有業(yè)務(wù)需求的用戶(hù)提供業(yè)務(wù)；用戶(hù)也可從鄰近的已獲得該媒體業(yè)務(wù)的用戶(hù)終端處獲得所需的媒體內容，從而緩解蜂窩網(wǎng)絡(luò )的下行傳輸壓力。另外，近距離用戶(hù)之間的蜂窩通信可切換到D2D通信模式以實(shí)現對蜂窩網(wǎng)絡(luò )流量的卸載。4.2應急通信D2D通信可以解決極端自然災害引起通信基礎設施損壞導致通信中斷而給救援帶來(lái)障礙的問(wèn)題。在D2D通信模式下，兩個(gè)鄰近的移動(dòng)終端之間仍然能夠建立無(wú)線(xiàn)通信，為災難救援提供保障。另外，在無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )覆蓋盲區，用戶(hù)通過(guò)一跳或多跳D2D通信可以連接到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域內的用戶(hù)終端，借助該用戶(hù)終端連接到無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )。4.3物聯(lián)網(wǎng)增強根據業(yè)界預測，在2020年時(shí)全球范圍內將會(huì )存在大約500億部蜂窩接入終端，而其中大部分將是具有物聯(lián)網(wǎng)特征的機器通信終端。如果D2D通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)結合，則有可能產(chǎn)生真正意義上的互聯(lián)互通無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )。車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的V2V（Vehicle-to-Vehicle）通信就是典型的物聯(lián)網(wǎng)增強的D2D通信應用場(chǎng)景�；�于終端直通的D2D由于在通信時(shí)延、鄰近發(fā)現等方面的特性，使得其應用于車(chē)聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛安全領(lǐng)域具有先天優(yōu)勢。4.4其他場(chǎng)景LTE系統D2D應用場(chǎng)景還包括多用戶(hù)多輸入多輸出系統（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）增強、協(xié)作中繼、虛擬MIMO等。另外還可協(xié)助解決新的無(wú)線(xiàn)通信場(chǎng)景的問(wèn)題及需求。如室內定位，基于傳統衛星定位方式的室內終端將無(wú)法正常工作，通過(guò)預部署的已知位置信息的終端或者位于室外的普通已定位終端，基于D2D的室內定位可以準確確定待定位終端的位置，實(shí)現LTE網(wǎng)絡(luò )中對室內定位的支持。

　　5結語(yǔ)

　　本文對LTE網(wǎng)絡(luò )中D2D通信技術(shù)的基本原理和技術(shù)優(yōu)勢進(jìn)行了研究分析，隨著(zhù)多媒體業(yè)務(wù)需求的不斷多樣化，終端數量的日益增長(cháng)，5G時(shí)代的到來(lái)，D2D技術(shù)將會(huì )扮演越來(lái)越重要的角色，為實(shí)現真正意義上廣泛互聯(lián)互通移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展愿景提供重要支撐。

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