选择协作重传节点的方法、装置及系统 【技术领域】
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种协作重传中的中继选择技术。
背景技术
在无线通信系统中，协作重传技术可以有效提高数据传输的性能。如图1所示，协作重传可以分为两个阶段进行数据发送，其中：
第一阶段：由源节点发送信息，其目的节点以及周围的协作重传节点均可以收到发送的信息。
第二阶段：若协作重传节点在第一阶段成功解码接收相应的源节点发送的信息，则其在某目的节点不能正确解码源节点发送的信息时，该协作重传节点获知后便可以将相应的源节点发送的信息重传给相应的目的节点。
通过上述两个阶段的协作重传处理，相应的目的节点便可以有效对两个阶段接收到的信息进行合并处理，解码源节点发送的信息。
为使得通过协作重传技术能够可靠地提高数据传输的性能，还需要在通信系统的若干个中继节点中选择一个恰当的中继节点作为相应的协作重传节点以实现协作重传。
目前，在通信系统中，主要是将链路信道状态作为判断准则进行协作重传节点的选择。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
在进行协作重传节点选择过程中，没有考虑节点本身的可用资源状况，使得选择的协作重传节点可能会因该节点的资源不足而导致重传失败。其次，仅将链路信道状态作为选择准则，还可能使具有最优链路信道状态的协作重传节点承担大量的数据重传，从而造成链路负载严重不均衡。
【发明内容】
本发明的实施例提供了一种选择协作重传节点的方法、装置及系统，以提高协作重传节点执行协作重传操作的可靠性。
一种选择协作重传节点的方法，包括：
确定各候选节点的当前可用功率，所述的当前可用功率为节点的限制功率减去当前已经使用的功率；
根据各候选节点对应的当前可用功率及其到目的节点的信道状况，在所述候选节点中选择协作重传节点。
一种选择协作重传节点的装置，包括：
可用功率获取单元，用于确定各候选节点的当前可用功率，所述的当前可用功率为节点的限制功率减去当前已经使用的功率；
协作重传节点选择单元，用于根据所述可用功率获取单元确定的各候选节点对应的当前可用功率，在所述候选节点中选择协作重传节点。
一种节点，包括上述选择协作重传节点的装置，用于采用集中式的方式完成选择所述协作重传节点的操作。
一种节点，包括上述选择协作重传节点的装置，用于与其他包含该选择协作重传节点的装置的节点之间协作采用分布式的方式完成选择所述协作重传节点的操作。
一种通信系统，其包括若干个上述节点。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，其充分考虑了候选节点的可用功率情况以及链路信道状态，从而可以保证选择的协作重传节点具有满足要求的可用功率，保证了协作重传操作的可靠执行，有效避免因协作重传节点的资源不足而导致重传操作失败。此外，可以有效避免具有最优链路信道状态的候选节点承担大量的数据重传，从而使网络负载相对平衡；以及使得网络资源得以有效利用。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的协作重传示意图；
图2为本发明实施例中应用的通信系统结构示意图；
图3为本发明实施例提供的实施例一的处理过程示意图；
图4为本发明实施例提供的实施例二的处理过程示意图；
图5为本发明实施例提供的装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的集中式处理节点的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种节点的结构示意图。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的选择协作重传节点的实现方案中，具体可以在确定各候选节点的当前可用功率后，根据各候选节点对应的当前可用功率及其到目的节点的信道状况，在各候选节点中选择协作重传节点，其中，当前可用功率为节点的限制功率减去当前已经使用的功率。
具体地，在选择协作重传节点的过程中采用以下方式实现相应的协作重传节点的选择：
首先，在所有协作节点中，选择能在第一阶段正确解码相应的源节点发送数据的节点作为所述候选节点。
其次，在候选节点中，确定当前可用功率能够满足协作重传操作时所需要的功率的节点作为所述协作重传节点集合。
再次，在协作重传节点集合中，选择当前可用功率和瞬时信道质量因子符合预定要求的节点作为所述协作重传节点，即综合考虑节点的当前可用功率及该节点到目的节点之间的信道的瞬时信道质量因子两方面的因素，以进行相应的协作重传节点的选择；
可选地，在本发明实施例中，相应的选择协作重传节点的操作过程可以在集中式处理节点中采用集中式的方式实现，或者，也可以在各个候选节点中采用分布式的方式实现。
具体地，若选择协作重传节点的操作在各个候选节点中完成，则在各个候选节点上可以采用选择操作方式包括：在候选节点中，建立定时器，并要求各定时器的时长与对应候选节点的当前可用功率和瞬时信道质量因子符合预定要求的程度相关；即：该候选节点越适合做协作重传节点，其对应的定时器的定时时长越短。之后，当某候选节点上的定时器超时时，通知其他候选节点该候选节点(应该为第一个定时器超时的候选节点)将作为协作重传节点，以阻止其他候选节点作为协作重传节点。
在上述处理过程中，相应的定时器的定时时长具体可以根据预定的计算公式计算获得，或者，也可以依据其他预定的策略获得，相应的计算公式或预定策略均需要满足该候选节点越适合做协作重传节点对应的定时器的定时时长越短的原则。
可见，本发明实施例提供了一种低复杂度的，可以满足用户业务速率要求的协作重传过程中的协作重传节点的选择方案，以充分利用通信系统中的中继节点的资源。具体地，在协作重传节点的选择过程中，考虑了用户业务的需求，即可以选择出相应的能够能满足用户业务要求的中继节点作为协作重传节点，而不再将具有最好重传链路质量的中继节点作为协作重传节点。而且，本发明实施例中，可以在协作重传节点的选择过程中，将中继节点的剩余可用资源和中继节点到接收待重传数据的目的节点(如BS等)之间的信道质量因子联合起来，进而选择具有最好综合质量的中继节点为协作重传节点。
下面将以一个具体的实施例为例，对本发明实施例的具体实现过程进行详细地说明。
以模拟蜂窝中继网络中的上行场景为例，假设该网络中包括：M个用户S、N个中继节点RS及一个基站BS，则参照图2所示，在第一阶段，以用户S1广播发送数据、基站BS接收数据为例，基站BS以及中继节点RS1、RS2...RSN接收到该数据，其中中继节点RS1、RS2能正确解码用户S1发出的数据，但中继节点RSN和基站BS无法正确解码获得S1发送的数据。为此，需要在N‑1个中继节点RS1、RS2...RSN‑1中选择相应的协作重传节点，以为基站BS执行相应的数据重传操作，保证基站BS可以正确解码获得相应数据。
具体地，本发明实施例采用的协作重传节点选择准则为选择当前可用功率和瞬时信道质量因子符合预定要求的节点。
在选择协作重传节点的过程中，首先考虑各中继节点的可用资源是否满足数据重传过程的需要，具体的处理过程可以包括：
首先，计算确定满足数据重传要求的中继节点RSj在进行协作重传时所需的最小功率为：
其中，Rreq为发送数据的源节点的速率要求；N0表示噪声功率；表示用户Si的发送功率；|hi，BS|2表示用户Si到基站的信道质量因子，|hj，BS|2为瞬时信道质量因子(即中继节点RSj到基站的信道质量因子)。
之后，判断中继节点被选为用户Si的协作重传节点之前的可用功率是否满足公式(1)的要求，若符合要求，则可以归属于协作重传节点集合。即根据公式(1)的计算结果，若
则表明相应的中继节点RSj有足够的资源协作用户Si进行协作重传操作，否则该中继节点RSj无法成功执行相应的协作重传操作。其中表示为该中继被选为用户Si的协作重传节点之前的可用功率(即当前可用功率)。
表示中继节点RSj的功率限制，表示为该中继节点被选为用户Si的协作重传节点之前已使用的功率。通过该方式可以保证所选出的协作重传节点集合中的每一个协作节点都符合数据重传的要求。
其中，上述中继节点RSj在进行协作重传时所需的最小功率的计算公式的推导获得过程如下：
假设用户Si的速率要求为Rreq，则在第一阶段传输中当中继节点RSj到该用户Si的信道SINR(信噪比)值γi，j满足：
时，可以保证中继节点RSj能够正确解码用户Si发出的数据，若不满足该条件，则中继节点RSj将无法正确解码用户Si发出的数据。同理，若用户Si到基站的SINR不满足相应的条件时，则基站也将无法正确解码用户Si发出的数据，此时，则需要发起由某个中继节点执行的协作重传操作，即进入第二阶段的协作重传阶段。以使得在两个阶段结束后，基站可通过MRC(最大比例合并)的方式将两个阶段接收的信号进行合并，进而正确解码获得用户Si发出的数据。
为了使在基站上能够通过MRC的方式合并接收到的信号，并正确解码恢复获得用户Si发出的数据，则根据上述要求可知，相应的用户Si到基站和中继RSj到基站的SINR应当满足：
的条件。根据该条件，则可获知满足要求的中继节点RSj在进行协作重传时所需的最小功率
在选出协作重传节点集合后，采用的协作重传节点选择准则为选择当前可用功率和瞬时信道质量因子符合预定要求的节点，可采用的公式如下所示：
其中，RS(Si)表示系统为用户Si所选择的执行协作重传操作的协作重传节点；D(Si)表示在第一阶段能正确解码Si数据的所有协作重传节点的集合；|hj，BS|2表示中继RSj和基站之间的瞬时信道质量因子。通过公式(2)可以选择出当前可用功率和瞬时信道质量因子符合预定要求的中继节点作为协作重传节点，即选择可用资源丰富的中继节点作为协作重传节点，从而提高数据重传过程的可靠性。
本发明实施列在具体实现过程中，可以采用集中式的实现方式，即由CU(中心单元)为网络中的用户实现协作重传节点的选择。或者，还可以采用分布式的实现方式实现本发明实施例，此时，将由每个中继节点根据其当前状态自行决策是否作为当前用户的协作重传节点。
其中，在集中式实现方式中，集中式处理节点进行协作重传节点的选择操作。其主要是针对各可解码中继集中所有中继节点(即候选节点)，根据相应的准则进行排序选择，并对中继资源的满足度进行校验，从而选择出最佳的协作重传节点。
在分布式实现方式中，则在可解码中继节点集中的各中继节点上分别进行分布式的协作重选节点的决策处理流程。
下面将分别对相应的集中式的实现方式和分布式的实现方式进行说明。
实施例一 在该实施例中，采用了集中式的实现方式进行协作重传节点的选择，如图3所示，相应的处理过程具体可以包括：
步骤301，在第一阶段，用户Si广播需要传输的数据信息，基站BS和用户Si周围的中继节点RS均接收到该数据信息。
步骤302，基站BS确定无法正确解码接收到的数据信息，则广播NACK(非确认)信息，以使得用户Si和各中继节点RS均可以接收到该NACK消息。
步骤303，各中继节点RS中，能够在第一阶段正确解码用户Si广播传输的数据信息的各中继节点RS，通过上述公式(1)验证所选择的该中继节点RS是否能满足资源要求。若能够满足要求，则分别向BS发送消息，该消息包含各中继节点RS能正确解码的标识、以及中继节点RS的可用资源信息；若不能满足要求，则不向BS发送消息。
步骤304，基站BS接收到各中继节点RS发送来的消息后，根据针对各中继节点RS信道的测量以及从接收到的消息中承载的信息，参照上述公式(2)对各中继节点RS分别计算相应的值，并根据计算结果对各中继节点RS进行排序，以便于找出可能的最优的中继节点RS。
步骤305，基站BS在上述排序结果中选择可能的最优的中继节点RS(即值最大的中继节点RS)；
若基站BS在步骤303后，没有收到任意一个中继节点RS发送信息，则表明任何一个中继节点RS作为协作重传节点，均将导致协作重传操作失败，即无法找到协作重传节点。
步骤306，基站BS将选择的结果(即选择的作为协作重传节点的中继节点RS的信息)通过广播或多播等方式发送给用户和各中继节点，以通知被选为最优的协作重传节点的中继节点RS可以在第二阶段进行用户Si发出的数据信息的重传转发操作，以保证基站BS可以接收转发的数据信息，进而获得正确的解码数据；对于其他没有被选中的中继节点RS则保持静默即可。
实施例二 在该实施例中，采用了分布式的实现方式进行协作重传节点的选择，如图4所示，相应的处理过程具体可以包括：
步骤401，在第一阶段，用户Si广播需要传输的数据信息，基站和用户Si周围的各中继节点RS均接收到该数据信息。
步骤402，在基站BS确定无法正确解码获得数据信息时，则广播NACK信息，以便于用户Si和各中继节点RS均可以接收到该NACK消息。
步骤403，能够正确解码获得数据信息的各个中继节点RS根据基站发送的NACK消息可计算出自身到达基站的信道质量因子，进而可以根据自身剩余的可用功率计算该中继节点对应的值。
步骤404，对于满足上述公式(1)描述的资源要求的中继节点RS，根据该值设置各自对应的定时器，相应的定时器的计时开始点可以统一为收到NACK消息的时间，相应的定时器的定时时长则和计算获得的值成反比，即越大，定时器超时越快。对于不满足上述公式(1)描述的资源要求的中继节点RS，不设置定时器并保持静默。
步骤405，某中继节点RS上的定时器超时后，则广播一个协作指示标识，通过该协作指示标识告知用户、基站以及其他中继节点RS，其自身将作为用户Si的协作重传节点向基站BS进行数据信息的重传操作，即广播了协作指示标识的中继节点RS将会在第二阶段进行用户Si的数据信息的重传操作；
同时，对于定时器未超时的其他中继节点RS在监听该协作指示标识后，则将自身的定时器的定时时长设定无穷大，或者，停止相应的定时器，或者，将定时器设为极大值(如预先设定的某一个极大的值)。
针对本发明实施例，在不同的仿真环境下进一步说明了其应用于通信系统中可以产生的有益效果。
仿真环境一
该仿真环境的系统模型为在一个120度扇区内有1个基站、5个中继节点和20个用户。5个中继节点位于离基站200m的同心圆弧上且等距离间隔，20个用户在距离基站300m‑500m范围内随机均匀分布。且在该仿真环境下，各节点间信道为瑞利信道模型，路损因子为：基站到用户是4.0；基站到五个中继节点RS1、RS2、RS3、RS4、RS5的路损因子分别为：[3.51，3.20，3.51，3.52，3.52]，使得设定的BS与RS2之间链路的路损因子低于其他BS与RS之间链路的路损因子。
通过仿真结果可知：由于BS与RS2之间链路的质量最好(即路损因子最小)，使得在RS2能够满足重传资源要求的情况所服务的用户数最多，而其他各中继节点RS情况各异。因为其余每条BS与RS之间链路的质量各不相同，且各个中继节点RS传输相同数据信息所需要的资源也不相同，故单纯比较各个中继节点RS所服务的用户数量不足以说明问题。且通过仿真结果可知本发明实施例提供的实现方案还可以有效地使用通信系统的资源，从而可通信系统为更多的用户服务。
仿真环境二
在仿真环境的系统模型为在一个120度扇区内有1个基站、5个中继节点和100个用户；其他仿真参数和仿真环境一相同。
在该仿真环境二中，由于用户数目较多，仿真结果表明，在第一阶段传输中，有6个用户发送的数据无论在哪一个中继节点均无法正确被解码，只有94个用户能被任意一个中继节点成功解码。将本发明实施例应用于仿真环境中后，则可以保证相应全部可解码用户(即上述94个用户)的数据能够被重传，从而满足相应用户的重传要求。同样，由于BS与RS2之间链路的质量最好，使得在RS2能够满足重传资源要求的情况所服务的用户数最多。而且，应用本发明实施例后，通信系统剩余的可用资源最大，即本发明实施例能够有效支持大用户数目的数据重传需求，并能最有效地使用通信系统的资源，以尽量为更多的用户服务。
综上，本发明实施例提供的中继选择方案具有复杂度低，且能够在满足用户业务速率要求下实现中继节点的选择，从而可在一定程度上实现网络流量的相对均衡。另外，本发明实施例还可以有效避免出现因中继节点资源有限而导致无法实现重传的问题。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read‑Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
本发明实施例还提供了一种选择协作重传节点的装置500，其具体实现结构如图5所示，可以包括：
可用功率获取单元501，用于确定各候选节点的当前可用功率，该当前可用功率为节点的限制功率减去当前已经使用的功率；
协作重传节点选择单元502，用于根据上述可用功率获取单元501确定的各候选节点对应的当前可用功率，在各候选节点中选择协作重传节点，以获得可用功率符合要求的协作重传节点，保证数据重传的可靠性。
上述选择协作重传节点的装置中，相应的协作重传节点选择单元502具体可以包括用于在各候选节点中，根据可用功率获取单元501获取的各候选节点对应的当前可用功率，确定当前可用功率能够满足协作重传操作时所需要的功率的节点，之后，在相应的当前可用功率能够满足协作重传操作时所需要的功率的节点中，再根据可用功率获取单元501获取的各候选节点对应的当前可用功率，选择当前可用功率和瞬时信道质量因子符合预定要求的节点作为所述协作重传节点；其中，
该协作重传节点选择单元502中，确定相应的协作重传操作时所需要的功率的计算公式如下：
其中，Rreq为发送待重传数据的源节点的速率要求；N0表示噪声功率；表示发送待重传数据的源节点的发送功率；|hi，BS|2表示源节点到目的节点之间的信道质量因子，|hj，BS|2为瞬时信道质量因子。其中，相应的源节点可以为用户终端或基站等，相应的目的节点可以为基站或用户终端等，即本发明实施例既可以应用于上行数据传输过程中，也可以应用于下行数据传输过程中。
该协作重传节点选择单元502选择当前可用功率和瞬时信道质量因子符合预定要求的节点时，具体可以依据以下公式确定：
其中，RS(Si)表示选择的执行协作重传操作的协作重传节点；D(Si)为候选节点的集合；
且为节点的当前可用功率，表示节点的最大功率，为该节点当前已使用的功率；|hj，BS|2为瞬时信道质量因子。
本发明实施例还提供了一种节点，具体为采用集中式处理方式的节点，其具体实现结构如图6所示，包括上述选择协作重传节点的装置500，用于采用集中式的方式完成选择所述协作重传节点的操作。
本发明实施例还提供了一种节点，其具体实现结构如图7所示，包括上述选择协作重传节点的装置500，并用于与其他包含该选择协作重传节点的装置500的节点之间协作采用分布式的方式完成选择所述协作重传节点的操作。
可选地，在该节点中还可以包括：
定时器701，定时器的定时时长与当前可用功率和瞬时信道质量因子符合预定要求的程度相关，且该相关是指该候选节点越适合做协作重传节点对应的定时器的定时时长越短；
通知单元702，用于当上述定时器701超时时，通知其他候选节点本候选节点将作为协作重传节点，以阻止其他候选节点作为协作重传节点。
本发明实施例还提供了一种通信系统，其具体包括若干个上述用于实现分布式处理的节点。
需要说明的是，上述各选择协作重传节点的装置、节点及系统执行的处理在之前的各个实施例中已经有详细描述，故在此不再详述。
通过上述选择协作重传节点的装置、节点及系统，可以在通信系统中可靠地实现数据的重传处理，保证待重传的数据可以可靠地被基站等目的节点接收解码，并可以满足用户业务速率要求的协作重传过程中的协作重传节点的选择方案；而且，整个处理方案实现过程简单。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。