Articulo 1 comunicaciones digitales 2
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Una encuesta sobre la Comunicación de dispositivo a dispositivo
en Redes Celulares
Arash Asadi, Student Miembro, IEEE, Qing Wang, Student Miembro, IEEE, y Vincenzo Mancuso,
Miembro, IEEE
Resumen-dispositivo a dispositivo (D2D) comunicaciones fue inicialmente
propuesto en redes celulares como un nuevo paradigma para la mejora
rendimiento de la red. La aparición de nuevas aplicaciones tales como
distribución de contenidos y reconoce la ubicación publicidad introducido
nuevos casos de usuarios de comunicaciones D2D en redes celulares. La
estudios iniciales mostraron que las comunicaciones D2D tiene ventajas
tales como una mayor eficiencia espectral y comunicación reducida
demora. Sin embargo, este modo de comunicación introduce complicaciones
en cuanto a los gastos generales de control de la interferencia y protocolos que
siguen siendo los problemas de investigación abiertas. La viabilidad de las comunicaciones D2D
en Long-Term Evolution avanzada está siendo estudiada por
cuerpos academia, la industria y de normalización. Hasta la fecha,
son más de 100 artículos disponibles en comunicaciones D2D en
redes celulares, pero no hay una encuesta en este campo. En esto
papel, ofrecemos una taxonomía basada en la comunicación D2D
espectro y revisar la literatura disponible ampliamente bajo
la taxonomía propuesta. Además, ofrecemos nuevos conocimientos sobre
la sobre-explorada y áreas que nos llevan a identificar explorado
problemas de investigación abiertos de comunicaciones D2D en celular
redes.
Índice Términos-dispositivo a dispositivo de comunicaciones, redes celulares,
LTE, LTE-A.
I. INTRODUCCIÓN
COMO operadores de telecomunicaciones están luchando para adaptarse a la
demanda existente de los usuarios móviles, los nuevos datos intensivos
aplicaciones están emergiendo en las rutinas diarias de los usuarios móviles
(por ejemplo, servicios de proximidad consciente). Por otra parte, las tecnologías celulares 4G
(WiMAX [1] y LTE-A [2]), que tienen extremadamente
física eficiente y rendimiento capa MAC, todavía se están quedando
detrás de la demanda de datos en pleno auge de los usuarios móviles. Por lo tanto,
los investigadores están buscando nuevos paradigmas para revolucionan
los métodos tradicionales de comunicación de las redes celulares.
De dispositivo a dispositivo (D2D) la comunicación es uno de tales
paradigmas que parece ser un componente prometedor en el próximo
tecnologías celulares generación.
D2D comunicación en redes celulares se define como directo
la comunicación entre dos usuarios móviles sin atravesar
la estación base (BS) o red de núcleo. Comunicación D2D
es generalmente no transparente a la red celular y puede
Fig. 1. representativos casos de uso de comunicaciones D2D en celular
redes.
ocurrir en el espectro celular (es decir, dentro de banda) o sin licencia
espectro (es decir, fuera de banda). En una red celular tradicional, todo
comunicaciones deben pasar por el BS, aunque tanto la comunicación
las partes están en el rango de comunicación D2D. Este
la arquitectura se adapta a los servicios móviles de velocidad de datos baja convencional
tales como llamada de voz y mensajes de texto en el que los usuarios no son
por lo general lo suficientemente cerca para tener una comunicación directa. Sin embargo,
usuarios móviles en redes celulares de hoy en día utilizan alta velocidad de datos
servicios (por ejemplo, compartir videos, juegos, proximidad-conscientes sociales
la creación de redes) en la que potencialmente podrían estar en el rango de directa
comunicaciones (es decir, D2D). Por lo tanto, las comunicaciones D2D
en tales escenarios pueden altamente incrementar la eficiencia espectral de
la red. Sin embargo, las ventajas de las comunicaciones D2D
no sólo se limitan a la eficiencia espectral mejorada. En
Además de mejorar la eficiencia, comunicaciones D2D espectrales
puede mejorar potencialmente el rendimiento, la eficiencia energética, la demora,
y la equidad.
En el mundo académico, la comunicación D2D fue propuesto por primera vez en [3]
para habilitar relés de multisalto en redes celulares. Más tarde las obras
en [4] - [8] investigó el potencial de las comunicaciones para D2D
mejora de la eficiencia espectral de las redes celulares. Poco después,
otros casos de uso potencial D2D se introdujeron en la literatura
tales como la multidifusión [9], [10], la comunicación peer-to-peer
[11], la difusión de vídeo [5], [12] - Máquina-a-[14],
(M2M) [15], la descarga celular [16], y así sucesivamente.
Los casos de uso más popular de comunicaciones D2D se muestran
en la Fig. 1. El primer intento de implementar la comunicación D2D
en una red celular fue hecho por FlashLinq de Qualcomm
[17] que es un MAC / PHY arquitectura de red para las comunicaciones D2D
underlaying redes celulares. FlashLinq toma
aprovechar las tecnologías OFDM / OFDMA y distribuido
Fig. 2. Representación esquemática de dentro de banda de superposición, en banda arpillera, y
D2D fuera de banda.
la programación para crear un método eficiente para la sincronización de temporización,
descubrimiento de pares, y la gestión de enlace en D2D habilitado celular
redes. Además de la academia y de las telecomunicaciones
empresas, 3GPP también está investigando las comunicaciones D2D
como servicios de proximidad (prosa). En particular, la viabilidad de
Prosa y sus casos de uso de LTE se estudian en [18] y el
mejoras arquitectónicas necesarias para dar cabida a este tipo de casos de uso
se investigan en [19]. Actualmente, la prosa se supone que
incluirse en 3GPP Release 12 como una red de seguridad pública
función con el foco en uno a muchos comunicaciones [19]. Una breve
visión general de las actividades de normalización y de los fundamentos de la
3GPP prosa se puede encontrar en [20].
La mayoría de la literatura sobre las comunicaciones D2D propone
utilizar el espectro celular tanto D2D y celular
comunicaciones (es decir, subyacía D2D dentro de banda). Estas obras
suele estudiar el problema de la reducción de la interferencia entre el
D2D y la comunicación celular [8], [21] - [28]. A fin de que
evitar el problema de interferencia antes mencionada, algunos proponen
dedicar parte de los recursos únicamente a las comunicaciones celulares D2D
(Es decir, superponer D2D dentro de banda). En este caso, la asignación de recursos
gana suma importancia para que los recursos sean dedicados celulares
No en vano [29]. Otros investigadores proponen adoptar fuera de banda
en lugar de comunicaciones D2D dentro de banda en las redes celulares
de modo que el espectro celular precioso ser no afectada por D2D
comunicaciones. En las comunicaciones fuera de banda, la coordinación
entre las interfaces de radio está controlado ya sea por la BS (es decir,
controlada) o los propios usuarios (es decir, autónomo). Fuera de banda
Comunicación D2D enfrenta algunos desafíos en la coordinación
la comunicación a través de dos bandas diferentes, porque por lo general
Comunicación D2D sucede en una interfaz segundo radio (por ejemplo,
WiFi directa [30] y Bluetooth [31]). Los estudios sobre fuera de banda
D2D investigar temas como el consumo de energía [32] - [36]
e inter-tecnología de diseño arquitectónico. Fig. 2 gráficamente
representa la diferencia entre dentro de banda subyacente, en banda de superposición,
y fuera de banda de comunicaciones.
A. Temas relacionados
Puesto que la comunicación D2D es un nuevo tema de tendencia en el celular
redes, no hay encuestas disponibles en el tema. Sin embargo,
desde una perspectiva arquitectónica, comunicaciones D2D
puede ser similar a las redes móviles Ad-hoc (MANET) y
Redes de Radio Cognitivas (CRN). Sin embargo, hay algunos
diferencias clave entre estas arquitecturas que no pueden ser ignorados.
Aunque no existe un estándar para las comunicaciones D2D,
Se espera que las comunicaciones D2D en red celular para ser
supervisado / controlado por una entidad central [por ejemplo, evolucionado Nodo B
(ENB)]. D2D usuarios pueden actuar de forma autónoma sólo cuando el
infraestructura celular no está disponible. La participación de la
red celular en el plano de control es la diferencia clave
entre D2D y Manet y CRN. La disponibilidad de
una supervisión / gestión de la entidad central de comunicaciones D2D
resuelve muchos desafíos existentes de Manet y CRN
como la detección de espacio blanco, prevención de colisiones, y la sincronización.
Por otra parte, se utiliza principalmente la comunicación D2D
para las comunicaciones hop individuales, por lo tanto, no hereda la
multihop problema de enrutamiento de la MANET. Una amplia encuesta
el espectro algoritmos de detección para aplicaciones de radio cognitiva
y los protocolos de encaminamiento para MANET se pueden encontrar
en [37] y [38], respectivamente. Comunicación M2M [39] -
[41] es otra arquitectura que podrían beneficiarse de D2D similar
esquemas. M2M es la comunicación de datos entre máquinas
que no necesita necesariamente la interacción humana. Aunque
M2M, de manera similar a D2D, se centra en el intercambio de datos entre
(Numerosos) nodos o entre nodos y la infraestructura, lo hace
no tienen ningún requisito sobre las distancias entre los nodos.
Así, M2M es orientado a la aplicación y la independiente de la tecnología
mientras D2D apunta a servicios de conectividad de proximidad y es
dependiente de la tecnología.
B. Contribuciones y Organización de la Encuesta
En este trabajo, ofrecemos una extensa revisión de disponibles
literatura sobre comunicaciones D2D, que es el primero de su
tipo. Además, ofrecemos nuevas perspectivas a las obras existentes
que nos llevan a las cuestiones abiertas insuficientemente explorado. En la Sección II,
categorizamos la literatura disponible sobre la base de nuestra propuesta
taxonomía. En las secciones III y IV, se revisan los trabajos utilizando
D2D en banda. Los trabajos que proponen utilizar fuera de banda D2D se encuestaron
en la Sección V. Después de revisar la literatura disponible,
discutir las propuestas de protocolo del estado de la técnica y proporcionar una
visión general de los servicios de la prosa 3GPP en la Sección VI. En la sección VII,
proporcionamos una discusión sobre los supuestos comunes de los encuestados
literatura, las ventajas y desventajas de diferentes
enfoques, la madurez del campo, y su aparición en el
sistemas del mundo real. Además, esta sección arroja luz sobre la
cuestiones abiertas y líneas de investigación posibles en las comunicaciones D2D.
Finalmente, llegamos a la conclusión del documento en la Sección VIII.
II. TAXONOMÍA
En esta sección, categorizamos la literatura disponible sobre D2D
la comunicación en redes celulares basadas en el espectro en
que la comunicación se produce D2D. En la siguiente subsección
proporcionamos una definición formal para cada categoría y subcategoría.
A continuación, ofrecemos una visión general de las ventajas
y desventajas de cada método D2D.
D2D en banda: La literatura en esta categoría, que contiene
la mayoría de los trabajos disponibles, propone utilizar el celular
espectro tanto para D2D y enlaces celulares. La motivación
por escoger dentro de banda de comunicación suele ser el alto control
por celular espectro (es decir, con licencia). Algunos investigadores (ver,
por ejemplo, [6], [42]) consideran que la injerencia en el unlicense
Fig. 3. Clasificación de comunicación de dispositivo a dispositivo.
espectro es incontrolable que impone limitaciones para QoS
aprovisionamiento. La comunicación en banda puede dividirse
en arpillera y superposición categorías. En la comunicación D2D arpillera,
comunicaciones celulares y D2D comparten la misma radio
recursos. En contraste, enlaces D2D en la comunicación de superposición
se dan los recursos celulares reservados. Banda D2D puede mejorar
la eficiencia del espectro de las redes celulares mediante la reutilización de espectro
recursos (es decir, de base) o la asignación dedicada celular
recursos a los usuarios D2D que acomoda la conexión directa
entre el transmisor y el receptor (es decir, superposición). La
desventaja fundamental de D2D en banda es la interferencia causada por
Usuarios D2D a las comunicaciones celulares y viceversa. Este
interferencia puede ser mitigado mediante la introducción de alta complejidad
métodos de asignación de recursos, que aumentan el cómputo
sobrecarga de los usuarios BS o D2D.
Fuera de banda D2D: Aquí, los enlaces D2D explotan espectro sin licencia.
La motivación detrás del uso de la comunicación fuera de banda D2D
es eliminar el problema de interferencia entre D2D
y enlace celular. El uso de espectro sin licencia requiere un extra
interfaz y generalmente adopta otras tecnologías inalámbricas tales
como WiFi directa [30], ZigBee [43] o Bluetooth [31]. Algunos de
el trabajo sobre D2D fuera de banda (véase, por ejemplo, [12], [13], [32], [33])
sugerir a dar el control de la segunda interfaz / tecnología
a la red celular (es decir, controlada). En contraste, otros
(Ver, por ejemplo, [36]) proponen mantener las comunicaciones celulares controlados
y dejar las comunicaciones D2D a los usuarios (es decir,
autónoma). Fuera de banda D2D utiliza el espectro sin licencia que
hace que el problema de interferencia entre D2D y usuarios de celulares
irrelevante. Por otra parte, fuera de banda D2D pueden sufrir de
la naturaleza incontrolada de espectro sin licencia. Debería ser
señaló que sólo los dispositivos celulares con dos interfaces inalámbricas
(Por ejemplo, LTE y Wi-Fi) se pueden usar fuera de banda D2D, y por lo tanto los usuarios
pueden
tener D2D simultánea y las comunicaciones celulares.
Fig. 3 ilustra la taxonomía introducido para las comunicaciones D2D
en las redes celulares. En las secciones siguientes,
revisión de la literatura relacionada con la base de esta taxonomía.
III. Subyacente INBAND D2D
Los primeros trabajos sobre D2D en redes celulares proponen reutilizar
espectro celular para las comunicaciones D2D. Hasta la fecha, la mayoría
de la literatura disponible también se dedica a inband D2D,
especialmente comunicaciones D2D underlaying redes celulares.
En esta sección, se revisan los trabajos que emplean subyacente
D2D para mejorar el rendimiento de las redes celulares, en términos
de la eficiencia del espectro, la eficiencia energética, la cobertura celular, y
otros objetivos de rendimiento.
A. Espectro Eficiencia
Mediante la explotación de la diversidad espacial, underlaying D2D en banda
es capaz de aumentar la eficiencia del espectro celular. Esto puede
ser hecho por la gestión de interferencias adecuado, selección de modo, 1
la asignación de recursos y mediante el uso de codificación de red.
La interferencia entre las comunicaciones celulares y D2D
es el tema más importante en las comunicaciones D2D subyacente.
Buenas algoritmos de gestión de interferencias pueden aumentar
la capacidad del sistema y han atraído mucha atención [4],
[8], [23], [26], [27], [44], [45]. Los autores de [4] proponen
utilizar los recursos de enlace ascendente celulares para comunicaciones D2D. Desde
la reutilización de recursos de enlace ascendente para los usuarios D2D puede causar
interferencia
para transmisiones de enlace ascendente celulares a la BS, los usuarios D2D
la potencia recibida de las señales de control de enlace descendente para estimar la
pérdida de propagación entre el transmisor D2D y la BS. Esto ayuda a la
Usuarios D2D para mantener la potencia de emisión por debajo de un umbral
para evitar la interferencia de alta a los usuarios de celulares. Si el requerido
potencia de transmisión para un enlace D2D es mayor que el mínimo
umbral de interferencia, no se permite la transmisión D2D.
Los autores también proponen utilizar el enrutamiento de origen dinámico [46]
algoritmo para enrutamiento entre los usuarios D2D en el caso de multi-hop
comunicaciones. Las simulaciones muestran que la probabilidad de tener
D2D vincula aumenta con fuerte componente de pérdida de propagación. Este
es debido a que el fuerte es la pérdida del recorrido, más débil es la interferencia
causada por la transmisión D2D en la BS. En [8], los autores
también estudiar la interferencia de enlace ascendente entre D2D y celular
usuarios y proponer dos mecanismos para evitar la interferencia de
usuarios de celulares a los usuarios D2D y viceversa. A fin de reducir
la interferencia de los usuarios de celulares a las comunicaciones D2D,
D2D usuarios leen la información de asignación de recursos del bloque
el canal de control. Por lo tanto, se puede evitar el uso de los recursos
bloques que son utilizados por los usuarios celulares en las proximidades. La
autores proponen para transmitir la interferencia que se espera de
Comunicación D2D en un bloque de recursos celular a todos D2D
usuarios. Por lo tanto, los usuarios D2D pueden ajustar su potencia de transmisión
y la selección de bloque de recursos de manera que la interferencia
de comunicación D2D para transmisión de enlace ascendente es inferior a la
umbral tolerable. Los autores muestran a través de la simulación de que la
mecanismos propuestos mejoran el rendimiento del sistema en un 41% 0.2
Zhang et al. [25] proponen una asignación de recursos basado en la gráfica
método para redes celulares con comunicaciones D2D arpillera.
Ellos matemáticamente formular la asignación óptima de recursos
como un problema no lineal que es NP-duro. Los autores
proponer un enfoque basado en la gráfica que representa subóptima
para la interferencia y la capacidad de la red. En su propuesta
gráfica, cada vértice representa un enlace (D2D o celular) y cada
borde que conecta dos vértices muestra la posible interferencia
entre los dos enlaces. Los resultados de simulación muestran que la
1En general, la selección del modo consiste en elegir entre el modo celular (es decir,
la BS se utiliza como un relé) y el modo D2D (es decir, el tráfico se transmite directamente
para el receptor).
2Nota que las mejoras de rendimiento numéricos reportados en este artículo pueden tener
ha obtenido bajo diferentes configuraciones de simulación / experimento que son
específicos
a la obra citada.
enfoque basado en el gráfico que realiza cerca del rendimiento óptimo
asignación de recursos.
En [23], un nuevo esquema de cancelación de interferencia está diseñado
basado en la ubicación de los usuarios. Los autores proponen asignar
un canal de control dedicado para los usuarios D2D. Usuarios de celulares escuchan
a este canal y medir la SINR. Si la SINR es mayor
que un umbral predefinido, se envía un informe a la eNB.
En consecuencia, el eNB deja de programación de los usuarios celulares en el
bloques de recursos que actualmente están ocupadas por usuarios D2D. La
eNB también envía información de difusión sobre la ubicación del
los usuarios y sus bloques de recursos asignados. Por lo tanto, los usuarios D2D
puede evitar el uso de bloques de recursos que interfieren con celular
usuarios. Resultados de la simulación muestran que la cancelación de interferencia
esquema puede aumentar el rendimiento promedio del sistema de hasta 374%
en comparación con el escenario sin cancelación de interferencia.
Janis et al. abordar una solución similar en [26], donde el D2D
los usuarios también miden la potencia de la señal de los usuarios de celulares e informan
la BS de estos valores. La BS entonces Evita la asignación de la misma
ranura de tiempo de frecuencia para los usuarios de celulares y D2D que tienen
fuerte interferencia entre sí, que es diferente de
[23]. El esquema propuesto [26] minimiza al máximo
recibió el poder en pares D2D de usuarios celulares. Los autores
primer espectáculo a través de los resultados numéricos que D2D comunicaciones con
la asignación de recursos al azar puede aumentar la capacidad de la célula media
más de un sistema celular convencional por 230%. A continuación, se
demostrar que su asignación de recursos-interferencia consciente propuesto
esquema alcanza un 30% mayor ganancia de capacidad que el azar
estrategia de asignación de recursos.
El trabajo en [27] propone una nueva gestión de interferencias
en el que la interferencia no se controla limitando D2D
potencia de transmisión como en la interferencia D2D convencional
mecanismos de gestión. El esquema propuesto define un
interferencia área limitada en la que no hay usuarios celulares pueden ocupar
los mismos recursos que el par D2D. Por lo tanto, la interferencia
entre el par D2D y los usuarios celulares se evita.
La desventaja de este enfoque es la reducción de la diversidad multi-usuario
porque la separación física limita la programación
alternativas para el BS. Sin embargo, las simulaciones numéricas demuestran
que la pérdida de capacidad debido a la reducción de la diversidad multi-usuario es
insignificante en comparación con la ganancia lograda por su propuesta. En
De hecho, esta propuesta supone una ganancia de 129% con respecto convencional
esquemas de gestión de interferencia. Un método similar es también
considerada en [44], donde se forman zonas de interferencia limitada
de acuerdo con la cantidad de interferencia tolerable y mínimo
Requisitos SINR para la transmisión exitosa. La propuesta
esquema consiste en: (i) la definición de las zonas de interferencia limitada donde
usuarios de celulares y D2D no pueden utilizar el mismo recurso; y (ii)
la asignación de los recursos de una manera que D2D y celular
los usuarios dentro de la misma zona de interferencia utilizan diferentes recursos.
Los resultados de la simulación muestran que el esquema propuesto realiza
casi tan bueno como Max-Rate [47] y mejor que convencional
Esquemas D2D.
Yu et al. [45] proponen utilizar la división tasa Han-Kobayashi
técnicas [48] para mejorar el rendimiento de las comunicaciones D2D.
En la división tasa, el mensaje se divide en dos
partes, es decir, privado y público. La parte privada, como su nombre
sugiere, puede ser decodificado sólo por el receptor previsto, y la
parte pública puede ser decodificado por cualquier receptor. Esta técnica ayuda
Víctimas de interferencia D2D para cancelar la interferencia de la
parte pública del mensaje mediante la ejecución de un best-effort sucesiva
algoritmo de cancelación de interferencia [49]. Los autores también analíticamente
resolver el problema de la tasa de división en un escenario con dos
interferir enlaces. Por último, se muestran a través de simulaciones numéricas
que su propuesta de división tasa aumenta el rendimiento de células de hasta
a 650% más alta cuando el par D2D se coloca lejos de la BS
y cerca uno del otro.
Doppler et al. estudiar diferentes aspectos de las comunicaciones D2D
en las redes celulares en [5], [6], [50], [51]. Estudian la
sesión y gestión de interferencias en las comunicaciones D2D
como una capa base a las redes LTE-A en [5]. En este trabajo, que
discutir principalmente los conceptos de D2D y proporcionar una primera orden
Protocolo para la funcionalidad y la señalización necesaria. Ellos
utilizar simulaciones numéricas para mostrar que D2D activar celular
redes pueden alcanzar hasta un 65% mayor rendimiento que los convencionales
redes celulares. En [50], que estudian el problema
de selección (es decir, celular o D2D) modo en LTE-A celular
redes. Proponen para estimar la transmisión alcanzable
tasa en cada modo mediante la utilización de las mediciones de canal realizadas
por los usuarios. Después de la estimación de la tasa, cada usuario elige
el modo que se traduce en una velocidad de transmisión más alta en cada
la programación de época. Las simulaciones muestran que su propuesta tiene
50% de ganancia en el rendimiento del sistema sobre el celular convencional
comunicaciones.
Para mejorar la capacidad de las redes celulares, los autores de
[7] proponer una comunicación conjunta D2D y la codificación de red
esquema. Ellos consideran redes de cooperación [52], [53], donde
Comunicación D2D se utiliza para intercambiar mensajes de enlace ascendente
entre los usuarios celulares antes de que los mensajes se transmiten a
la BS. Por ejemplo, los usuarios de celular a y b de cambio de su
datos de enlace ascendente más de enlace D2D. Luego, cada usuario envía los Coded
los datos que contienen los datos originales de los usuarios a la BS.
Aquí, la interferencia se controla mediante la interferencia consciente
algoritmo propuesto en [26]. Ellos muestran que la selección al azar
de los usuarios de cooperación no es eficiente porque la combinación
cualidades de canal "de los usuarios pueden no ser adecuados para la red
codificación. Para superar esta ineficiencia, proponen al grupo
los usuarios con características complementarias para mejorar la
el rendimiento de la codificación de red. El uso de simulación numérica,
muestran que su propuesta aumenta la capacidad en un 34%
y 16%, en comparación con selección aleatoria y decodificar-andforward
retransmitir esquemas, respectivamente. Por otra parte, muestran
que la capacidad de multi-antena reduce el impacto de interferencia
desde la BS y aumenta el número de usuarios D2D por 30%.
Los autores de [29] consideran un único escenario de células incluyendo
un usuario celular (CUA) y un par D2D (dub y DUC). Dub y
Duc se comunican entre sí a través del enlace D2D y Cúa
se comunica con el BS mediante el uso de DUb como un relé (ver Fig. 4).
El relé (es decir, el dub) puede comunicarse bidireccionalmente con
el otro usuario D2D Duc, así como ayudar a la transmisión
entre la BS y el usuario celular CUA. El tiempo se divide
en dos períodos diferentes: (i) durante el primer período, Duc y
ya sea la BS o Cua envían datos a DUB simultáneamente; y
(Ii) durante el segundo período, el dub envía datos al duque y, o bien
la BS o CUA. Los autores investigan la capacidad alcanzable
región de la D2D y el enlace celular. Resultados de la simulación muestran
que mediante el ajuste de la potencia de BS y el dispositivo celular, el área
Fig. 4. Evaluación de escenario [29]. La célula incluye un par D2D (es decir, el dub
y DUC) y un usuario celular (es decir, CUA). DUb también actúa como un enlace entre
la BS y Cúa.
de la región de capacidad del enlace D2D y enlace BS-dispositivo puede ser
ampliada por hasta 60%.
Xu et al. en [54] consideran que la optimización del tipo de suma en un
escenario de una sola célula con las comunicaciones D2D underlayed. Uso
subyacer comunicación D2D, la red puede sufrir de
interferencia intracelular. Adoptan la combinatoria iterativo
juego de la subasta en su asignación de recursos del espectro propuesto
mecanismo. En este juego, los recursos del espectro se consideran
ser oferentes que compiten para obtener los vínculos comerciales y D2D
son considerados como bienes o servicios que están a la espera de ser
vendido. Los autores formulan la valoración de cada recurso
unidad para grupos de enlaces D2D. Basado en esto, proponen una
no monótona algoritmo de subasta de precio descendente y espectáculo
que el algoritmo propuesto puede converger en un número finito
de iteraciones. Por otra parte, la complejidad de su propuesta es
menor que los sistemas de adjudicación combinatorias tradicionales. En el
simulación, los autores utilizan modelos de canal GANADOR II [55]
y los resultados de la simulación muestran que el esquema propuesto puede
mejorar la tasa de suma hasta el 13%, que varía con el número
de unidades de recursos de espectro.
Resumen: La literatura estudiada en este inciso mostró
que la comunicación D2D puede mejorar la eficiencia del espectro
en gran medida. Esta mejora se puede lograr mediante la explotación
técnicas tales como la reducción de la interferencia entre celular y
Usuarios D2D [4], [8], [23], [26], [45], [50], [54] o interferencia
conscientes / evitación [7], [25], [27], [44]. Entre estos documentos, [7],
[25] y [54] adoptan técnicas matemáticas más avanzadas
que los otros. Los métodos propuestos en estos documentos pueden ser
ya sea autoorganizada [4] o red controlado [7], [8], [23],
[25] - [27], [44], [45], [50], [54]. Los métodos de auto-organizados
propuesto en [4] introducir menos sobrecarga y son más eficientes
en comparación con los métodos de la red controlada. También debe
Debe observarse que el uso de técnicas matemáticas avanzadas, tales como
programación no lineal [25] y la teoría de juegos [54], puede resultar
en una mayor ganancia que simple interferencia reducción / evitación
métodos basados en la heurística. Sin embargo, también introducen
mayor sobrecarga computacional que debe tenerse en
dar cuenta al comparar las actuaciones de las propuestas.
Eficiencia B. Poder
Técnicas de mejora de la eficiencia de energía para habilitado D2D
redes celulares es también un tema de investigación muy interesante.
Xiao et al. [56] proponen un algoritmo heurístico para la asignación de potencia
en OFDMA basados en redes celulares. Proponen una
heurístico que realiza la asignación de potencia y de selección de modo
utilizando los algoritmos de subportadora y de asignación de bits existentes en
[57] y [58]. La heurística asigna primero los recursos para
los usuarios de celulares y luego realiza la asignación de recursos y
selección de modo para los usuarios D2D. Si el nivel de potencia requerido
D2D de transmisión es superior a un cierto umbral, el
Par D2D se comunica a través de la BS. Via simulaciones, se
demostrar que la integración de su heurístico propuesto con el
algoritmos en existencia [57], [58] mejora la potencia de enlace descendente
el consumo de la red de alrededor de 20% en comparación con el
sistema OFDMA tradicional sin D2D.
Los autores de [59] proponen un algoritmo para la asignación de potencia
y selección del modo de comunicación en D2D underlaying
redes celulares. Los algorithmmeasures la eficiencia energética,
que es una función de la tasa de transmisión y el consumo de energía,
de los usuarios en diferentes modos (celulares y D2D). Después
el cálculo de la eficiencia de potencia, cada dispositivo utiliza el modo en
que se logra una mayor eficiencia energética. El inconveniente de este
algoritmo es que el controlador debe realizar una exhaustiva
buscar todas las posibles combinaciones de modos para todos los dispositivos.
Los autores de referencia su algoritmo contra el esquema de
[60] en el que dos usuarios se comunican a través del enlace D2D sólo si
su pérdida de propagación es menor que los pathlosses entre cada usuario
y la BS. Los resultados de la simulación indican que su algoritmo
alcanza hasta el 100% de ganancia sobre el esquema propuesto en [60].
Los autores de [61] apuntan a minimizar la transmisión global
potencia en una red celular OFDM multi-celda. Ellos asumen una
escenario multi-celda en la que la BS sirve a un número fijo de
usuarios de celulares y D2D. Los autores formulan el problema de la
selección del modo de articulación, asignación de recursos y asignación de potencia
través de la programación lineal, que ha demostrado ser NP-duro
en un fuerte sentido [62]. Debido a la complejidad de la programación lineal,
los autores deciden considerar la asignación de potencia
en una sola célula y proponer un algoritmo heurístico para resolverlo.
Utilizan una heurística subóptima distribuido que realiza
selección de modo y la asignación de recursos en un solo escenario celular.
El rendimiento de la heurística se compara con otros dos
esquemas: (i) el modo de celular en el que la transmisión debe ir
a través de la BS; y (ii) el modo de D2D en el que todos los usuarios de D2D
sólo puede comunicarse directamente y que pasa a través de la BS es
no esta permitido. Los autores proporcionan resultados de la simulación muestran
que la ganancia de eficiencia de potencia del método propuesto por encima
redes celulares convencionales es significativa (hasta 100%) cuando
la distancia entre los usuarios D2D es inferior a 150 metros.
Resumen: Se observó en este inciso que D2D
la comunicación puede resultar en una mayor eficiencia de potencia de la
red. Una técnica común para lograr esto es dinámicamente
cambiar entre los modos de celulares y D2D. Los autores en [56]
y [61] proponer algoritmos heurísticos para resolver la selección del modo de
problema, mientras que [59] emplea la técnica de fuerza bruta.
El rendimiento del método en [59] es, pues, mejor que aquellos
en los otros dos, pero también requiere mucho más cálculo.
C. Rendimiento Con QoS / Restricciones Eléctricas
Hay muchas obras que se centran en la mejora de la
el rendimiento del sistema mientras se mantiene ciertas limitaciones de potencia de QoS /
[63] - [68]. Los autores de [63] proponen un recurso
allocationmethod para la comunicación D2D underlaying celular
red, que garantiza los requisitos de QoS tanto para D2D
y usuarios celulares. Ellos matemáticamente formular el recurso
problema de asignación, que es una optimización no lineal restricción
problema. Ellos dividen el problema en tres subproblemas.
En primer lugar, la BS comprueba la viabilidad de la conexión D2D
basado en los requisitos SINR (control de admisión). Siguiente,
formulan el control de potencia óptima para el par D2D.
Por último, un esquema basado en el peso máximo coincidente bipartito
[69] se utiliza para la asignación de recursos para los usuarios de celulares y D2D.
El punto de referencia los autores de su algoritmo propuesto en contra de la
trabaja en [4], [26], [70] a través de simulaciones numéricas. Los resultados
muestran que su enfoque ofrece hasta el 70% de ganancia de rendimiento
en los algoritmos propuestos en [4], [26], [70].
Los autores de [64] consideran que la selección y el modo de recursos
la asignación de las comunicaciones D2D subyacía redes celulares,
donde varios pares de enlaces D2D coexisten con varios celular
usuarios. Se formulan el problema de maximizar el sistema de
rendimiento con requisitos mínimos de velocidad de datos, y utilizar el
optimización por enjambre de partículas [71] método para obtener las soluciones.
Los resultados de simulación muestran que el método propuesto
tiene 15% de ganancia de rendimiento sobre el uso compartido de recursos ortogonal
esquema (es decir, D2D de superposición que se explicará más adelante), donde
la ganancia alcanzable varía con la distancia de los usuarios D2D.
Los resultados de simulación muestran también que este método puede mejorar la
el rendimiento del sistema bajo la restricción de velocidad de datos mínima
de los usuarios.
Los autores de [65] considerar la selección de programación y el modo
problema para D2D en redes OFDMA. Ellos asumen que
la hora del sistema está ranurado y cada canal está dividido en subcanales.
Formulan el problema de maximización de la media
tasa suma del sistema con QoS satisfacción como estocástico
problema de optimización, y utilizar el algoritmo de sub-gradiente estocástico
para resolverlo. A partir de la solución, que diseñan un sub-canal
algoritmo de planificación oportunista que tiene en cuenta la
CSI de enlaces D2D y celular, así como el requisito de QoS de
cada usuario D2D. Los resultados numéricos muestran que el sumrate media
puede ser mejorado hasta en un 500%. Esta ganancia se incrementa cuando
el par D2D reduces.Moreover media distancia, con el D2D
la comunicación, la equidad entre los usuarios se puede lograr con
el requisito de QoS especificado para cada usuario.
En [66], un esquema de asignación de recursos de dos fases para celular
Se propone red con comunicaciones D2D subyacente.
Los autores primero formular la política de asignación de recursos óptima
como un problema de programación entera [72], que es NP-duro.
Por lo tanto, proponen una bifásico subóptima de baja complejidad
solución en vez del problema NP-duro. En la primera fase, que
extender la técnica utilizada en [73] para realizar óptima de los recursos
asignación para los usuarios celulares. En la segunda fase, que utilizan una
esquema de asignación de subcanal heurístico para D2D flujos que
inicia la asignación de recursos a partir del flujo con mínimo
requisitos de velocidad. La heurística también representa un poder D2D
presupuesto (es decir, una potencia de transmisión D2D que no afecta a la
velocidad de transmisión de los flujos celulares) en la asignación de subcanal
para el flujo de D2D.
Los autores de [67] y [68] consideran un único escenario celular
donde un usuario celular y dos usuarios D2D comparten la misma radio
recursos. Ellos asumen que el BS es consciente de la instantánea
Información del canal del Estado (CSI) de todos los enlaces y
controla la potencia de transmisión y los recursos de radio de la D2D
enlaces. El objetivo es optimizar la velocidad de suma de energía /
limitación de potencia, bajo tres estrategias de intercambio de enlace diferentes,
es decir, el modo de compartir no ortogonal, modo de uso compartido ortogonal,
y el modo celular. Los autores muestran analíticamente que una óptima
solución se puede dar ya sea en forma cerrada o puede ser
elegido de un conjunto. La simulación numérica para una sola célula
[67] y [68], y multi-celda [68] escenarios que ilustra
bajo su algoritmo propuesto, la transmisión D2D no lo hará
traer mucha interferencia en la transmisión celular. Por otra parte,
la asignación de recursos-interferencia consciente aumenta el sistema de
cantidad a tanto hasta en un 45%. Similar escenario y objetivo son
considerada en [21]. La diferencia entre [21], [67] y [68]
es que en [21], el BS es más que consciente de la CSI media de la
enlaces, mientras que en [67] y [68] que es consciente de la instantánea
CSI de enlaces.
Resumen: Mejorar el rendimiento de D2D habilitado celular
sistemas con QoS / limitaciones de potencia por lo general requiere de avanzada
técnicas como la optimización estocástica, no lineal
programación, y la optimización de enteros. Como era de esperar, la solución
de estos enfoques y sus derivados heurística subóptima
de hecho puede mejorar el rendimiento del sistema con QoS / potencia
restricciones. Sin embargo, no parece ser un buen candidato
para la aplicación en tiempo estrictos con computacional limitada
de capacidad. No obstante, los autores de [67] y [68] derivan
la forma cerrada de la solución óptima, que en realidad reduce
la complejidad computacional. Cabe señalar que su
escenario considerado solamente constan de un usuario celular y una D2D
par que no es práctico en la realidad.
D. Varios
Además de la eficiencia del espectro, la eficiencia energética, y
rendimiento del sistema con diferentes limitaciones, hay algunos
otras interesantes obras con el objetivo de mejorar la equidad [22],
utilidad del espectro [74], la cobertura celular [75] y la fiabilidad [76],
[77]. Los autores de [74] tienen por objeto mejorar el espectro de usuarios
utilidad a través de la selección de modo y asignación de potencia, donde
la utilidad espectro se define como la combinación de los usuarios '
velocidades de datos, el gasto de energía y de ancho de banda. Como para el modo de
selección, los usuarios pueden optar por transmitir en BS o D2D
modos. En BSmode, transmisor y el receptor se comunican D2D
a través de la BS como en el sistema celular convencional. En D2D
modo, el transmisor D2D se comunica directamente con el receptor
utilizando los recursos celulares como en la comunicación D2D arpillera.
Los autores obtienen primero la potencia de transmisión óptima
para los modos mencionados anteriormente y, a continuación, utilizar evolutiva
juego [78] para obtener la selección del modelo. Cada usuario realiza
selección de modo individual e independiente. La BS recoge
las decisiones de selección de modo de los usuarios y las emisiones de este información
a todos los usuarios para ayudarles a para futuras selecciones de modo. Numérico
resultados muestran que, a través del método propuesto, la utilidad espectro
puede ser mejorado hasta en un 33% y 500%, en comparación con
modo exclusivamente BS y el modo de D2D, respectivamente.
Xu et al. en [22] proponen un método de asignación de recursos basado en
en segunda subasta de precio secuencial para comunicaciones D2D
underlaying redes celulares. En una segunda subasta de precio, el
ganador paga tanto como la segunda oferta más alta. En la propuesta
subasta, cada bloque de recursos se pone en pares de subastas y D2D
debe pujar por los bloques de recursos que quieren ocupar.
Por lo tanto, cada par D2D realiza una licitación de todos los recursos
bloquean y los valores de licitación están en función de alcanzables
rendimiento del par D2D licitación en el recurso subastado
bloque. Resultados de la simulación muestran que el rendimiento alcanzable
de su propuesta es al menos un 80% de la asignación óptima de los recursos
estrategia. Los resultados también ilustran que la propuesta
logra un índice de equidad en torno a tanto suma 0.8 y el sistema
eficiencia superior a 85%.
Comunicación D2D es también una manera prometedora para agrandar
la cobertura celular y mejorar el rendimiento de la célula
usuarios de borde, por ejemplo, los autores de [75] proponer un método para usar
nodos como infraestructura virtual para mejorar la capacidad del sistema y
la cobertura del sistema. Un nodo dentro de la gama de servicios BS puede ser
asignado un nodo de retransmisión en función de las condiciones de la red y
las necesidades del tráfico. Los nodos próximos entre sí se separan
en diferentes grupos, y la BS sirve a los grupos usando
la política de planificación Round Robin para mitigar la interferencia.
A través de técnicas de simulación de Monte Carlo, tanto para el enlace ascendente
y el enlace descendente, los autores muestran que el rendimiento del borde de la celda
los usuarios pueden mejorarse de 150% a 300%. La cobertura de la célula
también puede ser ampliada con velocidades de datos significativos.
Yang et al. en [79] proponen una arquitectura de D2D configuración
enlaces para-Un sistema basado en LTE, que rara vez se considera
por otros investigadores. Esta arquitectura incluye una referencia
punto entre los usuarios D2D habilitados para apoyar la proximidad
medición, las mediciones de estado de canal D2D, y D2D
transmisión de datos. Un portador D2D que descarga del tráfico de la
Sistema de Paquetes Evolucionado (EPS) portador también se incluye para proporcionar
el camino del tráfico directo entre los usuarios. Los autores proponen
incluir una función en la puerta de enlace de paquetes de datos (P-GW) para la proximidad
servicios. Además, se propone una arquitectura de protocolo
para gestionar el portador D2D y apoyar la mejora D2D.
A través de un ejemplo, los autores presentan el procedimiento detallado
para descargar los datos de enlaces celulares de los usuarios a los enlaces D2D.
Min et al. en [76] tratan de mejorar la fiabilidad de D2D
comunicaciones a través de la selección del modo de recepción. Consideran
tres modos de recepción en las redes celulares con D2D arpillera
comunicaciones: (i) el receptor decodifica el D2D desea
señal directamente, mientras que el tratamiento de otras señales como el ruido [80]; (Ii) la
Receptor D2D oculta otras señales primera y luego decodifica la
señal deseada [81]; y (iii) la BS retransmite la interferencia
de comunicación celular para el receptor D2D. El último
modo es propuesto por los autores para mejorar la fiabilidad de la
Enlace D2D. El trabajo investiga la probabilidad de interrupción bajo
estos tres modos de recepción y proporciona resultados de forma cerrada para
informática probabilidad de interrupción. Cada usuario puede D2D separado
calcular la probabilidad de interrupción para cada modo de recepción utilizando
la cerrado-de las fórmulas proporcionadas en el análisis. En cada
instante de tiempo, los usuarios elegir dinámicamente el mejor modo de
(Es decir, el modo con la probabilidad de interrupción más bajo). En orden
para reducir el consumo de energía del dispositivo móvil, el
BS realiza los cálculos de probabilidad de interrupción y envía
los resultados a cada usuario. Sin embargo, este enfoque aumenta la
sobrecarga computacional de la BS. Los resultados numéricos demuestran que
la probabilidad de interrupción se puede mejorar hasta en un 99% bajo
El método propuesto recibir, lo que aumenta la fiabilidad de
Comunicaciones D2D.
Para garantizar la fiabilidad de los usuarios de celulares, los autores de
[77] proponen un esquema que no causa interrupción para celulares
usuarios. Afirman que asumen los usuarios D2D tienen conocimiento de
la ubicación y el canal de estado de usuarios celulares no es factible
en un sistema real. Por lo tanto, diseñar una energía distribuida
esquema de control que aprovecha un margen de interferencia predefinida
los usuarios de celulares. Entonces, los usuarios D2D ajustan su nivel de potencia en
de tal manera que su transmisión no supera la interferencia
margen de usuarios celulares. Ajuste de potencia puede D2D
que hacer si el margen de interferencia y la estimación del canal
ganancia entre usuario D2D y el BS son conocidos. Los autores también
proponer a utilizar el algoritmo de encaminamiento fuente distribuido para realizar
D2D comunicación multi-hop en la red. Simulación
resultados indican que la probabilidad de interrupción de enlaces D2D reduce
como el componente de pérdida de propagación de los enlaces D2D aumenta.
Han et al. en [82] consideran que la reutilización de canal de enlace ascendente en un
la red de una sola célula. El objetivo es maximizar el número de
admitido enlaces D2D y reducir al mínimo la interferencia media
causada por enlaces D2D. Los autores formulan el problema como un
la programación y el diseño no lineal basado un algoritmo heurístico
en el algoritmo húngaro [83]. Su resultados de la simulación muestran
que el rendimiento del algoritmo heurístico propuesto puede
ser tan buena como la solución óptima. Sin embargo, a partir de los resultados
podemos ver que el número de enlaces D2D admitidos en el marco del
propuesto algoritmo no aumenta en gran medida en comparación con una
asignación aleatoria enlace D2D enlace (máximo una D2D, que es
menos de 10%).
Los autores de [15] proponen utilizar la comunicación D2D
para dar cabida a las comunicaciones M2M en redes celulares.
Afirman que las comunicaciones M2M en general tienen baja los datos
tasa pero son masivo en números, lo que conduce a altamente
aumento de los gastos generales de control. Por otra parte, la comunicación M2M es
generalmente manejado por una técnica de acceso al medio aleatorio, que
es susceptible a la congestión y limitado por el número de contendientes
los usuarios [84] - [88]. Por lo tanto, los autores en [15] proponen
utilizar la comunicación D2D red asistida entre varios
máquinas y un dispositivo celular. A continuación, se utiliza el dispositivo celular
para retransmitir el tráfico M2M a la BS. Este enfoque puede significativamente
reducir la sobrecarga de la BS. Los autores muestran a través numérica
simulaciones que su enfoque logra 100% de ganancia sobre el
esquema que no haga uso de las comunicaciones D2D.
El trabajo en [9] propone una petición de repetición automática híbrida
(HARQ) para la multidifusión en D2D activar las redes celulares. La
idea es dividir a los usuarios en grupos, y tienen la emisión BS
paquetes a todos los dispositivos dentro de un clúster. En cada grupo hay
un encabezado Cluster (CH). Un usuario no-CH que no recibe la
paquete de difusión informa NACK a la CH link D2D.
El CH puede informar del estado de la transmisión de difusión a
la BS a través de un mensaje que indica uno de los siguientes estados: (i) una
All_ACK mensaje que representa a todos los usuarios dentro de la
agrupación han recibido con éxito el paquete de difusión; (Ii) una
All_NACK mensaje que representa que todos los usuarios dentro de la
clúster que no haya recibido el paquete de difusión, de modo que la
BS tiene que re-emitir el paquete; (Iii) un mensaje Self_ACK
que representa que el CH ha recibido con éxito el paquete
pero al menos otro usuario ha fallado para recibirlo. El CH
a continuación, transmite el paquete a los que han dejado de percibir
ella; y (iv) que representa un mensaje Self_NACK que el CH
ha dejado de recibir la trama pero al menos otro usuario tiene
recibido con éxito. A continuación, el CH elegirá un usuario que
ha recibido el paquete a transmitir el paquete a los que
no han podido recibirlo. Este método altamente reduce la
índice de siniestralidad marco de las votaciones (NACK / ACK) desde dispositivos
en comparación con el método en el que cada dispositivo envía un ACK /
NACK a la BS. Por lo tanto, el rendimiento de multidifusión es
mejorado.
En [16], la comunicación D2D se utiliza para la distribución de contenidos
en las redes celulares. Los autores proponen un reconocimiento de ubicación
esquema que sigue la pista de la ubicación de los usuarios y su
peticiones. Por ejemplo, si la BS recibe una petición del usuario una
un contenido que está disponible en la memoria caché de un usuario en las inmediaciones b,
instruye usuario b para enviar el contenido a través del enlace D2D para un usuario.
Usando este método, la BS no requiere para retransmitir
un contenido que ya ha sido transmitida. La cantidad
de ancho de banda ahorrado con las comunicaciones D2D se puede utilizar
para futuros o pendientes transmisiones. El uso de este enfoque,
potencialmente puede reducir el retardo de transmisión y aumentar la
capacidad de la red. Cabe señalar que el seguimiento de
ubicación de los usuarios y su tráfico en caché pueden conducir a alto control
overhead. Además, el método de seguimiento de localización debe ser
optimizado para que la batería de dispositivo celular no se drena
por el GPS.
Resumen: En este apartado, la literatura encuestados se centró
en varias métricas y casos de uso. Algunos empleados avanzada
técnicas matemáticas tales como la teoría de juegos para mejorar el sistema
rendimiento en términos de equidad [22] o la utilización del espectro
[74]. El uso de técnicas matemáticas avanzadas como
optimización estocástica Lyapunov [91] y la programación dinámica
podría dar lugar a una mayor complejidad, pero que son de hecho
enfoques eficaces de mejora que dan los investigadores
conocimiento para la evaluación de otros indicadores tales como la estabilidad de colas
y el tiempo de transferencia de paquetes. Los autores de [5] proporcionan la primera
protocolo para la señalización y otras funcionalidades de D2D habilitado
redes. Esto ayuda en gran medida a los investigadores e ingenieros que
planificar para implementar D2D en el mundo real. Sin embargo, el
escenario de evaluación en [5] se puede mejorar a una más realista
preparar. Otros trabajos se centran en la explotación de nuevos casos de uso de D2D
la comunicación, tales como multicast [9] y de distribución de contenido
[16]. Aunque la mayoría de estos trabajos no han usado avanzada
herramientas matemáticas, sus propuestas conducen a un alto rendimiento
ganancias. Además, la comunicación D2D parece ser un viable
candidato para aplicaciones tales como la proximidad de juegos peer-to-peer
y las redes sociales.
Por último, un resumen de los trabajos sobre la comunicación D2D arpillera
en las redes celulares se proporciona en la Tabla I, en términos de
métricas, casos de uso, herramientas de análisis, el método de evaluación, el alcance,
y ha logrado actuaciones.
IV. CUBRIENDO INBAND D2D
A diferencia de los trabajos reseñados en el apartado anterior,
los autores de [10], [14], [92] proponen asignar dedicada
recursos para las comunicaciones D2D. Este enfoque elimina
la preocupación por la interferencia de comunicaciones D2D en
transmisiones celulares, pero reduce la cantidad de alcanzable
recursos para las comunicaciones celulares.
En [92], Fodor et al. detalles sobre los retos de las comunicaciones D2D
en las redes celulares y sugieren para controlar D2D
comunicaciones de la red celular. Afirman que la red
la asistencia puede resolver las ineficiencias de las comunicaciones D2D
en términos de servicio y el descubrimiento de pares, selección de modo,
estimación de la calidad del canal, y de control de potencia. En una convencional
pares y el método de descubrimiento de servicios, los usuarios deben D2D
enviar balizas en intervalos cortos y controlar múltiples canales
que es consumidor de energía muy. Sin embargo, este proceso puede
ser más eficiente de la energía si el BS regula el balizaje
usuarios del canal y asistencias D2D de modo que no tienen que seguir
la capacidad de consumo procedimiento de detección aleatoria. Asistencia BS
también mejora el control de la programación y el poder que reduce
la interferencia D2D. Los autores utilizan sencilla Monte-Carlo
simulación para evaluar el rendimiento de las comunicaciones D2D.
Los resultados muestran que D2D puede aumentar la energía
eficiencia de 0.8 bps / Hz / mW a 20 bps / Hz / mW en la mejor
escenario caso en el que la distancia entre los usuarios D2D es 10 m.
Los autores de [14] proponen el modo relé incrementales para
D2D comunicación en redes celulares. En el incrementales
esquema de relé, transmisores D2D multidifusión tanto al D2D
receptor y BS. En el caso de la transmisión D2D falla, el BS
retransmite el mensaje de multidifusión para el receptor D2D. La
autores afirman que el esquema del relé incrementales mejora la
el rendimiento del sistema debido a que el BS recibe una copia de la D2D
mensaje que se retransmite en caso de fallo. Por lo tanto,
este esquema reduce la probabilidad de interrupción de las transmisiones D2D.
Aunque el modo relé incrementales consume parte
de los recursos de enlace descendente para la retransmisión, el numérica
resultados de la simulación muestran que este esquema aún mejora la célula
el rendimiento al 40% en comparación con el modo subyacer.
En [10], se utiliza la comunicación D2D para mejorar el rendimiento
de transmisión de multidifusión en redes celulares. Debido a
diversidad canal inalámbrico, algunos de los miembros del grupo de multidifusión
(Es decir, clúster) no puede recibir los datos correctamente. Los autores
proponer a utilizar las comunicaciones D2D dentro de las agrupaciones para mejorar
rendimiento themulticast. Específicamente, después everymulticast
transmisión, algunos de thememberswhich logran decodificar
el mensaje se retransmitirá a aquellos que no podría decodificar
el mensaje. A diferencia de los trabajos anteriores en [93] y [94] donde hay
es sólo un retransmisor predefinido, el número de retransmisores
en [10] cambios dinámicamente para maximizar la eficiencia espectral.
Los autores muestran a través de simulaciones numéricas que su
algoritmo propuesto consume 90% menos de recursos del espectro en
comparación con el escenario con sólo un retransmisor.
Resumen: En este apartado, encuestamos a las obras que
propuesto el uso de los recursos dedicados a las comunicaciones D2D.
Se propuso una programación y el poder de control D2D BS-asistida
en [92] con el fin de reducir la interferencia D2D. Con otras palabras, la
autores de [10] y [14] se centran en la retransmisión de casos de uso de D2D.
Específicamente, [14] propone utilizar la BS como un relé (retransmisor copia de seguridad)
para la transmisión D2D y [10] utiliza múltiples
Usuarios D2D como relés (re-transmisores) para la multidifusión. Ambos
métodos propuestos en [10] y [14] tienen baja complejidad que
los hace prácticos para los escenarios del mundo real. El algoritmo
propuesto en [92] es mucho más complejo, y exhibe muy
de alto rendimiento cuando la distancia máxima entre D2D
usuarios es corto.
Tabla 1
Un resumen de los trabajos sobre la comunicación D2D superposición en
redes celulares se proporciona en la Tabla II.
V. fuera de banda D2D
En esta sección, se revisan los papeles en los que las comunicaciones D2D
ocurrir en una banda de frecuencia que no se superponen con
el espectro celular. Fuera de banda D2D es ventajoso porque
no hay ningún problema de interferencia entre D2D y las comunicaciones celulares.
D2D comunicación fuera de banda puede ser administrado por
la red celular (es decir, controlada) o se puede operar en su propio
(es decir, autónomo).
A. controlado
En las obras que se incluyen en esta categoría, los autores proponen
utilizar la red celular características avanzadas de gestión para
controlar la comunicación D2D para mejorar la eficiencia y la
Fig. 5. El flujo de datos entre los usuarios D2D y el eNB (es decir, BS).
fiabilidad de las comunicaciones D2D. Su objetivo es mejorar el sistema
rendimiento en términos de rendimiento, eficiencia energética,
multicast, y así sucesivamente.
Los autores de [95] proponen utilizar banda ISM de D2D
comunicaciones en LTE. Afirman que el canal simultánea
la contención de los usuarios tanto D2D y WLAN puede dramáticamente
reducir el rendimiento de la red. Por lo tanto, se proponen
usuarios D2D grupo basado en sus necesidades de QoS y permitir
sólo un usuario por grupo para contender por el canal WiFi. La
detección canal entre grupos también se gestiona de una manera que
los grupos no sienten el mismo canal al mismo tiempo.
Muestran a través de la simulación de que su enfoque aumenta la D2D
un rendimiento de hasta 25% en comparación con el escenario en el que
usuarios compiten por el canal de forma individual.
Los autores de [32] - [34] proponen utilizar comunicaciones D2D
para aumentar el rendimiento y la eficiencia energética de
redes celulares. Los autores proponen para formar grupos entre
usuarios de celulares que se encuentran en el rango de comunicación WiFi. Después
el cluster se forma, sólo el miembro del clúster con la más alta
la calidad del canal celular (es decir, la cabeza de clúster) se comunica con
la BS. La cabeza de grupo también es responsable de reenviar el celular
el tráfico de sus clientes (es decir, otros usuarios que pertenecen a la misma
cluster) a la BS. Los autores proporcionan un modelo analítico
para calcular el rendimiento y el consumo de energía para el
esquema propuesto. Las ventajas de este sistema son tres:
(I) los aumentos de eficiencia espectral porque la cabeza de clúster
tiene la calidad del canal más alto entre los miembros del clúster
que corresponde a las transmisiones con alta modulación y
Esquemas de codificación (MCS); (Ii) se aumenta la eficiencia energética
debido a que los clientes de racimo pueden ir al ahorro de energía celular
modo; (Iii) la imparcialidad se puede aumentar porque el celular
los recursos se distribuyen entre los miembros del clúster de una manera que
usuarios con mala calidad del canal no se murieron de hambre. Los autores
mostrar a través de la simulación numérica que las comunicaciones mejoran D2D
el rendimiento y la eficiencia energética con respecto a la clásica
Programadores Round Robin por 50% y 30%, respectivamente. La
Los resultados también muestran que el esquema propuesto puede alcanzar casi
equidad perfecta.
Por otra parte, el trabajo de [35] proporciona un protocolo para la
Esquema de comunicación D2D propuesto en [33]. Los autores
elaborar por primera vez en la modificación necesaria para la mensajería y
procedimientos de señalización de LTE y WiFi tecnologías directos.
A continuación, se definen una pila de protocolos para conectar las dos tecnologías,
como se ilustra en la Fig. 5. La pila de protocolo será más
elaborado en la Sección VI. Este trabajo arroja luz sobre diferentes
aspectos de la integración de tales LTE y Wi-Fi directo como canal
retroalimentación de calidad, programación, seguridad, etc. A través de una de cosecha propia
Simulador de LTE, los autores muestran que el esquema propuesto en
[33] puede mejorar el retardo de paquetes de un planificador Round Robin
hasta en un 50% y se puede garantizar retrasos menos de 10 ms con
99% de probabilidad.
Golrezaei et al. [12], [13] señalar las similitudes entre
solicitudes de contenido de vídeo de usuarios celulares. Proponen para almacenar en caché
los archivos de vídeo populares (por ejemplo, vídeos virales) en los teléfonos inteligentes y
explotar las comunicaciones D2D para transmisiones de video virales en
redes celulares. Ellos partición de cada celda en grupos (más pequeña
células) y almacenar en caché el contenido que no se superponen en el mismo
clúster. Cuando un usuario envía una solicitud a la BS para un cierto
contenido, el BS comprueba la disponibilidad del archivo en el clúster.
Si el contenido no se almacena en caché en el clúster, el usuario recibe el
contenido directamente desde la BS. Si el contenido está disponible localmente,
el usuario recibe el archivo de su vecino en el cluster sobre el
banda sin licencia (por ejemplo, a través de WiFi). Los autores afirman que su
propuesta mejora el rendimiento de vídeo por uno o dos órdenes
de magnitud.
Los autores de [96] proponen un método para mejorar la transmisión de vídeo
en las redes celulares utilizando comunicaciones D2D. Este
método explota la propiedad del contenido asíncrono reutilización por
combinando la comunicación D2D y caché vídeo en móvil
dispositivos. Su objetivo es maximizar el rendimiento por usuario
limitado a la probabilidad de interrupción (es decir, la probabilidad de que una
la demanda de los usuarios es sin servicio). Asumen los dispositivos se comunican
uno con el otro con una velocidad de datos fija y no hay poder
control sobre el enlace D2D. A través de simulaciones, los autores
muestran que su método propuesto supera los esquemas con
la transmisión de vídeo de unidifusión convencional, así como la Coded
radiodifusión [97]. Los resultados muestran que el método propuesto
puede lograr al menos 10.000% y 1,000% rendimiento ganar más
los métodos convencionales de radiodifusión y codificadas, respectivamente,
cuando la probabilidad de interrupción es menor que 0,1.
Wang et al. [98] proponen un tráfico BS-Driven Difusión
(BITS) algoritmo para explotar tanto los enlaces celulares y D2D.
BITS aprovecha las condiciones del canal instantáneas dispositivos 'y
Cola retrasos para maximizar las opciones de programación de la licenciatura y una
por lo tanto aumenta la ganancia oportunista. Los autores modelan la
Política BITS con el objetivo de maximizar sensible al retardo
utilidad bajo una restricción de energía. Desarrollan una línea
algoritmo de planificación usando optimización estocástica Lyapunov
y estudiar sus propiedades. A través de simulaciones, que muestran que
bajo BITS la utilidad se puede mejorar en gran medida y el promedio
retardo de transferencia de paquetes se puede reducir hasta en un 70%. Los autores
También evaluar BITS utilizando trazas de video realistas. Los resultados muestran
BITS que pueden mejorar la relación media de pico de señal a ruido
(PSNR) del vídeo recibida por hasta 4 dB y la pérdida de tramas
proporción se puede reducir hasta en un 90%.
Cai et al. [99] proponen un algoritmo de planificación para explotar ambos
variable en el tiempo de canal y usuarios "movilidad azar en celular
redes. Consideran un escenario donde las emisiones BS
contenido basado en plazo para diferentes grupos de usuarios. Los usuarios se mueven
al azar dentro de la célula y los usuarios del mismo grupo son
se supone que es capaz de comunicarse directamente a una alta tasa cuando
que están cerca el uno al otro. Por lo tanto, los usuarios pueden intercambiar todo
el contenido dentro de sus listas actuales durante un período de contacto.
Durante cada ranura, la BS selecciona dinámicamente un grupo de usuarios
para transmitir contenido a una velocidad de servicio elegido, basado en el
algoritmo de programación empleado. Si la tasa de servicio es demasiado alto
para algunos usuarios para recibir con éxito el contenido, estos usuarios
explotará la comunicación D2D a buscar el contenido de
usuarios en las cercanías en un futuro próximo. Los autores formulan la
la programación de un problema con el objetivo de maximizar el grupo
función de utilidad. A continuación, los que resuelven el problema de maximización bajo
la asunción de la movilidad de los usuarios estadísticamente homogéneos,
y luego extenderlo a los escenarios heterogéneos. Simulación
resultados muestran que el algoritmo de planificación propuesto puede mejorar
el rendimiento del sistema del 50% al 150%, en comparación con
el algoritmo de planificación sin comunicaciones D2D.
Resumen: Las obras abordan en este enfoque en la subsección
varios casos de uso de la comunicación D2D. Los autores en [33]
y [32] utiliza la agrupación y la teoría de juegos para aumentar el rendimiento
rendimiento, así como la eficiencia energética y la equidad. Para el
primera vez, se diseñó un protocolo detallado para D2D fuera de banda
comunicaciones en [35]. El trabajo en [12], [13], [96] y [99]
el objetivo de mejorar el rendimiento de la distribución de contenidos. La
métodos propuestos en [12] y [13] son simples, mientras que la de [96]
es más compleja. Se evalúa el desempeño de bothmethods
ser bueno. Además de la distribución de contenidos, los autores en
[99] También consideran que la movilidad del usuario y el contenido basado en la fecha límite, por
que proporcionan evaluaciones integrales bajo un realista
configuración de simulación incluyendo la transmisión de vídeo en tiempo real.
B. Autónoma
Comunicación D2D Autónoma está motivada generalmente por
la reducción de la sobrecarga de las redes celulares. No requiere
cualquier cambio en la BS y se pueden implementar fácilmente. Actualmente,
hay muy pocas obras de esta category.Wang et al. [36], [100]
proponer una política de despacho-BS transparente enlace descendente, donde
usuarios repartidos solicitudes de tráfico entre sí para equilibrar su
retrasos en la BS, como se muestra en la Fig. 6. Ellos asumen que los usuarios '
tráfico es dinámico, es decir, la BS no siempre tiene tráfico a
enviar a todos los usuarios en cualquier momento. Ilustran el envío
política, considerando un escenario con dos usuarios, U1 y U2
Fig. 6. Ejemplo del tráfico-BS transparente difusión: (a) la difusión No hay tráfico;
(B) El tráfico se extiende desde U2 a U1.
siendo atendidos por el BS. La Q1 y Q2 colas representan la
número de archivos en las colas de BS de usuario. En la Fig. 6 (a), ya que la
colas en las BS están en equilibrio, los despachadores de cada usuario
detectaría que el tráfico de difusión no es beneficioso. De este modo, los usuarios
enviar a sus nuevas solicitudes a la BS directamente. En la Fig. 6 (b), hay
más archivos en la Q2 de Q1. El despachador de U2 detectaría
que el tráfico de difusión es beneficioso, ya que en un futuro próximo
Q1 estaría vacío y por lo tanto el aumento de la programación oportunista
se pierde. Por lo tanto, pide a U2 U1 para que presente sus nuevas solicitudes de archivos
de
la BS. Después de recibir los archivos correspondientes de la BS, U1
los reenvía a U2. Esta política de despacho es iniciada por el usuario
(Es decir, no se requiere ningún cambio en el BS) y obras
en función de cada archivo. Esta política se aprovecha tanto el tiempo-Varying
canal y usuarios 'dinámica de colas inalámbricas en la licenciatura en
a fin de reducir las demoras promedio de transferencia de archivos vistos por los usuarios.
Los usuarios perciben sus condiciones de canal a la BS (es decir,
condiciones del canal celulares) y los comparten entre sí.
Los autores formulan el problema de determinar la óptima
presentar la política despachar bajo un equilibrio entre el retraso especificado
rendimiento y consumo de energía en forma de una decisión de Markov
problema. A continuación, se estudian las propiedades de la correspondiente
política óptima en un escenario de dos usuario. Un algoritmo heurístico
se propone que reduce la complejidad en los grandes sistemas por
la agregación de los usuarios. Los resultados de la simulación demuestran que
los retrasos de transferencia de archivos se pueden reducir hasta en un 50% mediante el
metodología propuesta. Además, su propuesta consume
80% menos de energía que los algoritmos de rendimiento centrada mientras
lograr ganancias significativas (hasta 78%).
Un resumen de los trabajos sobre la comunicación fuera de banda en D2D
redes celulares se proporciona en la Tabla III.
VI. PROTOCOLOS D2D PROPUESTAS
La mayoría de los investigadores han abordado temas como la
interferencia, asignación de recursos, la asignación de potencia, y así sucesivamente.
Sólo unos pocos investigadores proponen protocolos de comunicaciones D2D.
En particular, los autores de [101] y [35] proponen una
pila de protocolos para dentro de banda y fuera de banda de comunicación D2D,
respectivamente.
En [101], los autores describen la requerida arquitectónico y
modificación del protocolo en los actuales estándares celulares de adaptación
comunicación D2D en banda. La principal modificación arquitectónico
consiste en la adición de un servidor D2D dentro o fuera del
red central. En caso de que se coloca el servidor D2D fuera del núcleo
red, debe tener interfaces con Gestión de la Movilidad
Entidad (MME), Política y de carga Función Reglas (PCRF),
Fig. 7. Ejemplo de la arquitectura D2D propuesto en [101].
mirar servidores D2D y servidores de aplicaciones. El servidor D2D
se espera para manejar funcionalidades tales como identificador de dispositivo
la asignación, el establecimiento de la llamada, el seguimiento de la capacidad de UE, el servicio
apoyo y seguimiento de la movilidad. Fig. 7 ilustra la arquitectura
que se ha descrito anteriormente. Los autores también proponen un protocolo
apilar en la que pares D2D tienen PHY extra, MAC, Radio Enlace
Control (RLC), y el Protocolo de Convergencia de datos de paquetes (PDCP)
capa para la comunicación directa. Esto significa que retienen UEs
su conectividad celular mientras se comunican a través del enlace D2D.
Los autores de [35] elaborado sobre la viabilidad de fuera de banda
D2D comunicaciones en sistemas basados en LTE. Como se mencionó
antes, el objetivo de su propuesta es oportunista de paquetes
retransmisión. Para este objetivo, los autores proporcionan una pila de protocolos
que conecta protocolos LTE andWiFi directos (ver Fig. 5). La
autores proponen para encapsular Unidades LTE PDCP de paquetes de datos
(PDU) en paquetes WiFi (s) y transmitirlo (ellos) a través de WiFi a
el receptor D2D. Si el receptor D2D necesita para retransmitir el paquete
al eNB, simplemente extrae el PDU LTE PDCP de WiFi
y los procesos a través de RLC, MAC y PHY capas, como se muestra
en la Fig. 5. Además de proporcionar una pila de protocolos, importante
procedimientos tales como la detección de dispositivos, el registro D2D, conexión
establecimiento, default / configuración oso dedicado, gestión de la movilidad,
Informes CSI, la programación, la seguridad también se abordan
en este papel. Al abordar todas estas cuestiones, los autores
tratar de minimizar la modificación de los protocolos existentes. Para
ejemplo, la fase de descubrimiento y establecimiento de la conexión son
Fig. Detección de dispositivos 8. D2D y el procedimiento de establecimiento de conexión.
muy similar al procedimiento definido estándar WiFi Direct. La
diferencia principal es la adición de una fase extra (es decir, D2D
Mensajes específicos, ver Fig. 8) con el fin de intercambiar LTE IDs
entre los usuarios D2D. Para una descripción detallada del protocolo
consulte [35]. Ninguno de los protocolos propuestos para la comunicación D2D
comentarios sobre cuándo / cómo activar el modo de D2D. Por lo tanto,
este sigue siendo un problema de investigación abierta por resolver en el futuro.
Como se mencionó anteriormente, dos grupos de trabajo del 3GPP son también
la investigación de los casos de uso en prosa [18] en LTE y necesaria
mejoras de protocolo / Arquitectura [19] para dar cabida a tales
casos de uso. Comunicación prosa es compatible con dos tipos de datos
ruta: modo directo y local enrutada. En el modo directo, dos UE
intercambiar datos directamente entre sí. En localmente encaminado-datos
entre UEs se encamina localmente a través de la eNB (s). Ambos
son diferentes de la ruta de datos se especifica en el estándar LTE actual,
donde la porción de red de datos de puerta de enlace / paquete de Gateway
(SG / PGW) está involucrado. Además, el control de ruta en la comunicación en prosa
tiene más opciones. Si dos equipos de usuario utilizando la comunicación de la prosa
son servidos por el mismo eNB, el sistema puede decidir
para llevar a cabo información de control entre el UE, eNB y EPC.
Los UE también pueden intercambiar señalización de control directamente entre
otro para minimizar la señalización de modificación. Si dos UEs involucrados
en la comunicación en prosa son atendidos por diferentes eNBs, la
sistema puede decidir realizar la información de control entre el UE,
eNB y EPC. En otros, los eNBs pueden coordinar con
directamente entre sí para la gestión de recursos de radio, y la
UE puede comunicarse directamente con la señalización de control de cambios.
El 3GPP define también otros aspectos de la comunicación en prosa,
tales como el descubrimiento prosa directa, roaming, soporte para público
servicio de seguridad y apoyo a la comunicación directa WLAN,
etc. Los detalles de estos aspectos se pueden encontrar en [19]. Basado en el
por encima de los planes mencionados, el 3GPP propone decenas de casos de uso
[18], como la UE prosa habilitado descubren otra prosa habilitado
UE (que puede ser utilizado para las redes sociales), soporta grandes
número de UEs en un entorno denso (que puede ser utilizado
para el estacionamiento de la ciudad de servicios), establece WLAN prosa asistida
comunicaciones directas (que pueden ser utilizados para el tráfico celular
la descarga), y así sucesivamente.
VII. DISCUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS
Hasta ahora hemos revisado la literatura disponible sobre las comunicaciones D2D
en las redes celulares. En esta sección, vamos a arrojar
luz sobre algunos factores importantes como supuestos comunes,
alcance de las obras, y técnicas comunes.
A. Supuestos comunes
La mayoría de los trabajos en la literatura asume la BS es consciente de
la CSI instantánea de celular y / o enlaces D2D, por ejemplo, [27],
[45], [56], [63], [64], [67], [82]. Este supuesto es esencial
porque sus soluciones propuestas necesitan la participación de la BS de
tomar decisiones de programación para los usuarios celulares y D2D. Alternativamente,
cuando los usuarios deciden D2D en el su transmisión
ranuras, la suposición común es que los usuarios son conscientes D2D
de los enlaces celulares y D2D. Por otro lado, hay
también papeles como [21] y [36] que asumen la BS o D2D
los usuarios sólo están al tanto de la CSI estadístico de los vínculos. Con
este supuesto, la gran sobrecarga para informar instantánea
CSI puede ser evitado. Para mitigar posibles interferencias de
D2D transmisión a la transmisión celular, [4] asume que
D2D usuarios son conscientes del umbral de interferencia mínima de
usuarios celulares. Con estos últimos supuestos, los usuarios pueden D2D
oportunista elegir las ranuras de transmisión en el que
no interfieren con los usuarios celulares.
Las propuestas que implican en los usuarios de agrupamiento común
asume que el clúster son lo suficientemente lejos para que no se produzca, o
interferencia insignificante entre los diferentes grupos, por ejemplo, [9], [32],
[33], [74]. Este supuesto no podrá celebrar en las zonas pobladas
o implementaciones denso. Una observación muy interesante desde el
literatura revisada es que la mayoría de los papeles asuma que el
BS o D2D usuarios siempre tienen tráfico para enviar, por lo tanto, que utilizan
rendimiento como una métrica común. Sin embargo, los autores de [36],
[98] consideran un escenario de carga de tráfico dinámico y evaluar
el retardo de transferencia de archivos y la utilidad promedio sensible al retardo bajo
su tráfico propuesto mecanismo de propagación, respectivamente. Desde
este último supuesto es más realista, sería interesante
para ver el rendimiento de las obras antes mencionadas bajo
los flujos de tráfico dinámico.
B. en banda o fuera de banda?
La mayoría de los papeles propone reutilizar los recursos celulares
para las comunicaciones D2D (es decir, dentro de banda) [4] - [6], [50],
[51]. Sin embargo, fuera de banda de comunicación está atrayendo más y
más atención en los últimos años [32], [33], [36], [98],
[100]. Antes de comparar los dos enfoques, resumimos
las ventajas y desventajas de cada enfoque.
En banda: D2D en banda es ventajoso en el sentido de que:
(I) D2D subyacente aumenta la eficiencia espectral de celular
espectro aprovechando la diversidad espacial; (Ii) cualquier celular
dispositivo es capaz de utilizar la comunicación D2D en banda (el
interfaz celular por lo general no es compatible con las frecuencias fuera de banda);
y (iii) la gestión de QoS es fácil porque el celular
espectro puede ser totalmente controlado por el BS. Las desventajas
de las comunicaciones en banda D2D son: (i) los recursos celulares pueden
ser desperdiciado en D2D superposición; (Ii) la gestión de interferencias
entre D2D y la transmisión celular en arpillera es muy
desafiante; (Iii) la gestión de control de potencia y la interferencia
soluciones por lo general recurren a la asignación de recursos de alta complejidad
métodos; y (iv) un usuario no puede tener simultánea celular y
Transmisiones D2D. Parece que la comunicación D2D arpillera
es más popular que el recubrimiento. Los autores que proponen
utilizar D2D superposición generalmente tratar de evitar el problema de interferencia
de subyacer [10], [14], [92]. Sin embargo, la asignación dedicada
recursos de espectro a los usuarios D2D no es tan eficiente como subyacente
en términos de eficiencia espectral. Creemos que la popularidad de
arpillera D2D se debe a su mayor eficiencia espectral.
Fuera de banda: Este tipo de comunicaciones D2D tiene méritos
tales como: (i) no hay interferencia entre celular y D2D
usuarios; (Ii) no hay necesidad de dedicar recursos celulares
al espectro D2D como D2D en banda de superposición; (Iii) el recurso
asignación se hace más fácil porque el planificador no requiere
tomar la frecuencia, la hora y el lugar de los usuarios en
cuenta; y (iv) D2D simultánea y comunicación celular
es factible. Sin embargo, fuera de banda D2D tiene algunas desventajas
que son: (i) la interferencia en el espectro sin licencia
no está en el control de la BS; (Ii) sólo los dispositivos celulares con
dos interfaces de radio (por ejemplo, LTE y Wi-Fi) se pueden usar fuera de banda
D2D comunicaciones; (Iii) la gestión eficiente de la energía
entre dos interfaces inalámbricas es crucial, de lo contrario el poder
el consumo del dispositivo puede aumentar; y (iv) los paquetes (en
menos los encabezados) necesita ser decodificado y codificada porque
los protocolos empleados por diferentes interfaces de radio no son
lo mismo.
Aunque la literatura sobre D2D en banda es más amplio que el
de fuera de banda, parece que los investigadores han comenzado a explorar
las ventajas de D2D fuera de banda y ellos lo están considerando como
una alternativa viable a inband D2D. Creemos que con la
la integración de la evolución de los teléfonos inteligentes en el mercado de la telefonía, la
mayoría de los dispositivos móviles estará equipado con más de
una interfaz inalámbrica que hace que sea posible implementar
fuera de banda esquemas D2D. Por otra parte, los estándares tales como 802.21
[102] están buscando en el traspaso hacia y desde diferentes plataformas
(Por ejemplo, WiMAX y LTE) que podría reducir significativamente el
complejidad de la coordinación entre las diferentes interfaces inalámbricas
en D2D fuera de banda. Tabla IV resume el mencionado anteriormente
méritos y desventajas.
C. Madurez de D2D en Redes Celulares
Creemos que la comunicación D2D en redes celulares es un
relativamente joven tema y hay mucho por hacer / explorado
en este campo. Apoyamos esta creencia mirando en la analítica
técnicas y métodos de evaluación que se utilizan en el
literatura disponible.
Técnicas Analíticas: en comparación con otros campos como
como la programación oportunista [103], el número de técnicas
utilizado en la literatura y su popularidad es muy baja. La
mayoría de la literatura sólo se propone las ideas, las arquitecturas, o
algoritmos heurísticos simples. Algunos de los documentos de formular sus
objetivos como problemas de optimización, pero los dejan sin resolver
debido a NP-dureza. Por lo tanto, creemos que hay espacio para
la investigación de soluciones óptimas para la coordinación de la interferencia,
administración de energía, y la selección de modo. Resume la Tabla V
las técnicas matemáticas utilizadas en la literatura relacionada D2D.
Método de evaluación: Otra métrica para la madurez de un campo
es el método de evaluación. El más realista de la evaluación
método, el más maduro el estudio de la materia. La Tabla VI muestra
diferentes métodos de evaluación utilizados en la literatura. Como podemos
ver, la mayoría de los periódicos utilizan evaluación numérica y algunos
utilizar simuladores de cosecha propia simples. No hay papel utilizando
Evaluación experimental. Esto se debe principalmente al hecho de que
bancos de pruebas experimentales para la red celular son extremadamente costosos
y no tienen soporte para D2D todavía. La literatura utiliza raramente
simuladores de redes populares como NS3 [106], OPNET [107],
Omnet ++ [108]. A su vez, los simuladores de red disponibles actualmente
no son compatibles con las comunicaciones D2D.
D. ¿Hasta dónde es D2D Desde una Aplicación Real World?
Aunque la comunicación D2D no está maduro todavía, ya es
que se estudia en el organismo de normalización 3GPP [18], [19].
3GPP decidió recientemente que el foco de D2D en LTE haría
estar en las redes de seguridad pública [20]. Además, Qualcomm tiene
mostrado interés en esta tecnología y también construyeron un prototipo
para las comunicaciones D2D en red celular que pueden utilizarse
en diferentes escenarios como las redes sociales, el intercambio de contenidos,
y así sucesivamente [111]. Esto confirma que la comunicación D2D
no sólo es un nuevo tema de investigación en el ámbito académico, sino también que
hay interés en tal tecnología en la industria. Ya Está
son varios los obstáculos para implementar D2D en redes celulares.
Por ejemplo, los operadores están acostumbrados a tener el control de su
espectro y la forma en que se utiliza. Como resultado, un exitoso
Aplicación D2D debe permitir comunicaciones D2D en
de manera que los operadores no se despojaron de su poder para
controlar su red. Por otra parte, hay desafíos físicos
tales como formato de modulación adecuado y la adquisición CSI que
deberían abordarse de manera eficiente. Por lo tanto, creemos que
Comunicaciones D2D se convertirán en una parte esencial de celular
comunicaciones en los próximos años.
Desafíos de Implementación E. D2D en el mundo real
Aunque la comunicación D2D provocó una gran cantidad de atención
y el interés en los órganos de la academia, la industria, y la normalización,
no va a ser integrado en la comunicación actual
infraestructura hasta que los desafíos de la implementación se resuelven.
Aquí explicamos algunos de los principales desafíos que enfrentan los D2D
comunicaciones.
Gestión Interferencia: Bajo comunicación D2D en banda,
UEs puede volver a utilizar los recursos de enlace ascendente / enlace descendente en la misma
célula.
Por lo tanto, es importante diseñar el mecanismo de D2D en una
de manera que los usuarios D2D no interrumpan los servicios celulares.
Gestión de la interferencia normalmente se dirige por el poder y
esquemas de asignación de recursos, aunque las características de
Interferencia D2D no están bien todavía entiende.
Asignación de energía: En D2D en banda, la potencia de transmisión
debe regularse adecuadamente para que el transmisor D2D hace
No interfiere con la comunicación celular UE manteniendo
el requisito mínimo de la SINR receptor D2D.
En D2D fuera de banda, la interferencia entre D2D y celular
usuario no es motivo de preocupación. Por lo tanto, la asignación de potencia puede parecer
irrelevante en D2D fuera de banda. Sin embargo, con el aumento de ocupación
de bandas ISM, la asignación eficiente de la energía se convierte en crucial
para la congestión evitando, problemas de colisión, y entre sistemas
interferencia.
Asignación de Recursos: Este es otro aspecto importante de
Comunicación D2D especialmente para D2D en banda. Interferencia
se pueden gestionar de manera eficiente si los usuarios se comunican a través D2D
bloques de recursos que no se utilizan por la intromisión en las inmediaciones
UEs celulares. La asignación de recursos para el fuera de banda D2D simplemente
consiste en evitar bandas ISM que se utilizan actualmente por
otros usuarios D2D, puntos de acceso WiFi, etc.
Modulación Formato: Este es uno de los retos que
rara vez abordado por los investigadores. Los UEs LTE existentes utilizan
un receptor OFDMA en el enlace descendente y un SC-FDMA para el enlace ascendente
la transmisión. Por lo tanto, para el uso de los recursos de enlace descendente (resp. De enlace
ascendente),
la UE D2D debe estar equipado con transmisor OFDMA
(Resp. El receptor SC-FDMA) [20].
Medición Canal: información del canal precisa es
indispensables para llevar a cabo la gestión de interferencias eficiente,
asignación de potencia, y la asignación de recursos. Convencional celular
sistemas sólo necesitan la información del canal de enlace descendente desde los UE
y la información de canal de enlace ascendente se calcula fácilmente a
la estación base. Desafortunadamente, la comunicación D2D requiere
información sobre la ganancia de canal entre pares D2D, el canal de
aumento de entre el transmisor D2D y UE celular, y la
ganancia del canal entre el transmisor y el receptor celular D2D.
El intercambio de dicha información canal adicional puede llegar a ser
una sobrecarga intolerable para el sistema si las necesidades del sistema
retroalimentación instantánea CSI. El compromiso entre exactitud de
CSI y sus gastos generales resultante es de mayor investigación.
Consumo de energía: D2D comunicaciones puede potencialmente
mejorar la eficiencia energética de la UE. Sin embargo, esta altamente
depende del protocolo diseñado para la detección de dispositivos y D2D
la comunicación. Por ejemplo, si el protocolo obliga a la UE a
despertar muy a menudo para escuchar las solicitudes de emparejamiento o transmitir
los mensajes de descubrimiento con frecuencia, la duración de la batería de la UE
puede reduce significativamente. El equilibrio entre el poder de UE
el consumo y la velocidad de descubrimiento de los UE deberían estar mejor
estudiado.
HARQ: Teniendo en cuenta la complejidad de la gestión de interferencias
en comunicación D2D, HARQ parece ser una opción viable
técnica para aumentar la robustez. HARQ puede enviarse ya sea
directamente (es decir, desde el receptor al transmisor D2D) o
indirectamente (es decir, desde el receptor D2D al eNB, y desde
el eNB al transmisor D2D) [20]. Las poses en modo directo
menos sobrecarga para el eNB en comparación con el modo indirecto.
Por otra parte, se beneficia de los mensajes ACK / NACK llegan a la
transmisor con retardo más corto.
F. Potencial Trabajo Futuro
Aquí, elaboramos sobre algunas de las posibles líneas de investigación
y problemas abiertos en comunicaciones D2D en celular
edes. A continuación enumeramos algunos problemas abiertos basados
en diferentes metodologías de investigación.
El trabajo teórico: Como hemos mencionado anteriormente, el uso de
herramientas y técnicas de optimización matemática en el stateof-
la técnica son muy limitadas. La literatura actual definitivamente
carece de las técnicas de selección de modo óptimo y la interferencia y
mecanismos de control de potencia. El análisis de estabilidad cola utilizando
técnicas tales como la optimización estocástica pueden ser Lyapunov
también un tema interesante para abordar. Esto se puede ampliar aún más
para proporcionar compensación de servicios públicos, el rendimiento-energía basada en el
rendimiento,
demora límites y el análisis de retardo de las comunicaciones D2D en
redes celulares.
Arquitectura: hay muy poco trabajo explicando la necesaria
la arquitectura con el fin de apoyar las comunicaciones D2D en
redes celulares [5], [79]. Es interesante investigar más a fondo
en la capacidad de la corriente de la arquitectura celular centralizado
para manejar procedimientos D2D tales como la detección de dispositivos, D2D
configuración de la conexión, el proceso de registro de la red celular, la interferencia
control, asignación de recursos, la seguridad, y así sucesivamente. Del mismo modo,
arquitecturas de redes orientadas definidos software pronto
que incluir D2D en la ecuación. De hecho, tiene que ser D2D
estudiado en el contexto más complejo de HetNets debido a la creciente
interés de mercado para la disponibilidad de múltiples tecnologías de radio
desplegado en dispositivos móviles.
Aplicación: Hace una década, D2D se propuso por primera vez para
propósitos en redes celulares reinstalación. Hasta la fecha, los investigadores
propuestas de nuevos casos de uso para las comunicaciones D2D en celular
redes como multicasting [9], [10], la comunicación peer-to-peer
[11], la difusión de vídeo [5], [12], [14], la comunicación M2M
[15], y la descarga celular [16]. Creemos D2D
la comunicación puede tener más aplicaciones en las telecomunicaciones
mundo. Por ejemplo, sería interesante ver
la aplicación de la comunicación D2D en las redes sociales,
servicios de localización-conscientes, redes vehiculares, las redes inteligentes [112],
[113], etc.
Análisis: Como se ve en la Tabla VI, la mayoría de
la literatura disponible se basa en adulto numérica o en el hogar
simulaciones. Aunque estos tipos de método de evaluación son
adecuado para el estudio de las ganancias potenciales, todavía están lejos de
realidad debido a assumptions.We simplificado cree una actuación
Evaluación utilizando los simuladores de redes existentes, como NS3
[106], OPNET [107], omnet ++ [108] o una evaluación experimental
puede ayudar a revelar tanto el rendimiento real y nueva
retos de comunicaciones D2D en redes celulares.
VIII. CONCLUSIÓN
En este trabajo, hemos proporcionado un amplio estudio sobre la disposición
literatura sobre comunicaciones D2D en redes celulares.
Hemos clasificado la literatura disponible sobre la base de la comunicación
espectro de transmisión D2D en dos grandes grupos,
a saber, dentro de banda y fuera de banda. Las obras bajo D2D en banda
se dividieron aún más en arpillera y superposición. D2D fuera de banda
literatura relacionada también fue sub-clasificarse como controlada y
autónoma.
El principal problema que enfrentan en la comunicación D2D subyacente es
el control de potencia y la gestión de la interferencia entre D2D
y usuarios celulares. Comunicación D2D Overlay no tiene
el problema de interferencia porque los recursos D2D y celulares hacen
no solaparse. Sin embargo, este enfoque asigna dedicado celular
recursos a los usuarios D2D y tiene una eficiencia espectral menor que
arpillera. En D2D fuera de banda, no hay interferencia y el poder
tema de control entre D2D y los usuarios celulares. Sin embargo, el
nivel de interferencia del espectro sin licencia es incontrolable,
por lo tanto, garantizar QoS en las zonas inalámbricas altamente saturados es una
tarea difícil.
También hablamos sobre las debilidades y fortaleza de la existente
literatura. Hemos señalado las deficiencias del actual
obras y líneas de investigación futuras potencial propuestas. Nuestro
encuesta mostró que la comunicación D2D en redes celulares es
inmaduro y todavía hay muchas cuestiones abiertas, como la interferencia
gestión, control de potencia, etc. También arrojan luz
en algunas posibles líneas de investigación necesarias para mejorar la
la comprensión de las potencialidades D2D para aplicaciones del mundo real.