D2D辅助NB-IoT系统的传输设备数优化算法

易 鑫，裴二荣

(重庆邮电大学 通信网测试技术重庆高校工程研究中心，重庆 400065)

0 引 言

物联网世界存在海量的传感类、控制类连接需求，且这些需求具有共同的特征要求，即强覆盖、低成本、大连接、低速率和低功耗[1-2]。现有3G和4G技术从成本、功耗等方面均不能满足要求。窄带物联网(narrowband internet of things, NB-IoT)技术作为新兴的低功耗广域网(low-power wide-area, LPWA)技术，正瞄准这些应用和市场。NB-IoT技术是为支持5G时代的连接而引入的新第三代合作计划(3rd generation partnership project, 3GPP)标准，其正成为一种领先的技术[3]。由于NB-IoT基于现有的长期演进(long term evolution，LTE)功能，因此，可以重复使用相同的硬件，也可以共享频谱而不存在共存问题，这允许其使用现有的基础设施以低成本快速部署窄带物联网[4]。尽管NB-IoT技术优势明显，但由于大多数NB-IoT设备都是采用电池供电并且大规模部署，所以更换电池的成本很高，将能量消耗保持在最低水平对有效实施该技术是至关重要的[5]。为了在覆盖条件差的区域实现低功耗要求，设备到设备(device-to-device, D2D)通信被采用为数据传输的新方式，指在基站(base station，BS)的有限参与下，工作在授权频谱的2个邻近用户设备(user equipment, UE)间的直接通信[6-7]。短距离的D2D通信从低功耗、负载平衡方面有利于整个网络，并且为边缘用户提供更好的QoS，达到延长网络寿命的目的。

目前NB-IoT的研究主要集中在传输成功率[8]、通信时延[9]以及能量效率[10-11]等方面，旨在为蜂窝网络和NB-IoT网络带来可观的增益。文献[8]通过刺激NB-IoT UE之间的有效协作，为NB-IoT提供支持D2D的通信框架，提出了一种社会感知的中继选择方法，用于将数据上传到基站(base station, BS)，综合仿真表明了该方案在提高传输成功率的优越性，但在降低UE能耗方面存在不足。……