Tăng cường chuyển tiếp d2d trong mạng thông tin di động

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Tăng cường chuyển tiếp D2D mạng thông tin di động NGUYỄN THU THỦY Thuy.NT211100M@sis.hust.edu.vn Ngành: Kỹ thuật viễn thông Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Văn Trường: Điện – Điện Tử HÀ NỘI, 2023 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Tăng cường chuyển tiếp D2D mạng thông tin di động NGUYỄN THU THỦY Thuy.NT211100M@sis.hust.edu.vn Ngành: Kỹ thuật viễn thông Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Văn Chữ ký GVHD Trường: Điện – Điện Tử HÀ NỘI, 2023 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Nguyễn Thu Thủy Đề tài luận văn: Tăng cường chuyển tiếp D2D mạng thông tin di động Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số HV: 20211100M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày… với nội dung sau: - Bổ sung chương trình thực hiện, phân tích, đánh giá - Chỉnh sửa lỗi tả, lỗi chế bản, bổ sung danh mục từ viết tắt Sắp xếp lại mục luận văn - Chỉnh sửa hình 3.1 Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm 2023 Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Thu Thủy, mã số học viên 20211100M, học viên lớp 21A-ETKTVT khóa 2021A Người hướng dẫn TS Nguyễn Ngọc Văn Tơi xin cam đoan tồn nội dung trình bày luận văn Tăng cường chuyển tiếp D2D mạng thơng tin di động kết q trình tìm hiểu nghiên cứu tơi Các liệu nêu luận văn hoàn toàn trung thực Mọi thơng tin trích dẫn tn thủ quy định sở hữu trí tuệ, tài liệu tham khảo liệt kê rõ ràng Tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm với nội dung viết luận văn Hà Nội, ngày…… tháng… năm 2023 Người cam đoan Nguyễn Thu Thủy LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ cách hoàn chỉnh trọn vẹn, phấn đấu nỗ lực thân, giảng dạy, hướng dẫn nhiệt tình Thầy, Cơ, cộng với ủng hộ gia đình bạn bè suốt thời gian học tập nghiên cứu thực luận văn Xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn đến TS Nguyễn Ngọc Văn, người hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn cách chi tiết cẩn thận để hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn tồn thể q thầy Trường Điện – Điện tử, Đại Học Bách Khoa Hà Nội năm học vừa qua truyền đạt kiến thức quý báu, kinh nghiệm thực tế tạo điều kiện thuận lợi để học viên hồn thành tốt chương trình học Học viên Nguyễn Thu Thủy TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Trong mạng di động truyền thống, thiết bị kết nối với qua đường giao tiếp lên xuống qua trạm thu phát gốc Việc bắt buộc phải qua trạm thu phát không đáp ứng nhu cầu ứng dụng dịch vụ thiết bị gần mạng Kiến trúc D2D đời đề cập đến công nghệ giao tiếp trực tiếp hai thiết bị người dùng di động mà không cần thông qua trạm gốc Điều giúp chuyển số lưu lượng di động sang mạng D2D, cải thiện hiệu phổ tần, cải thiện dung lượng mạng, mở rộng phạm vi phủ sóng giảm độ trễ Tất lợi ích làm cho giao tiếp D2D đặc biệt thích hợp cho ứng dụng mạng xã hội phát trực tuyến video chia sẻ đa phương tiện Luận văn nghiên cứu số vấn đề quan trọng mà gặp phải triển khai công nghệ D2D mạng di động Trong D2D đề xuất cơng nghệ quan trọng hỗ trợ mạng di động hệ Tuy nhiên, giao tiếp D2D mang lại số thách thức, chẳng hạn chia sẻ phổ tiêu thụ lượng Và với kết nối thiết bị không dây quy mô lớn, mức tiêu thụ lượng toàn cầu tăng Nhiều nghiên cứu thực để nâng cao hiệu sử dụng lượng giảm mức tiêu thụ Để giải vấn đề thiếu hụt tài nguyên quang phổ tiêu thụ lượng, đề tài đưa mơ hình kết hợp cơng nghệ thu thập lượng truyền thông D2D, mạng D2D hỗ trợ thu lượng dạng sóng vơ tuyến có nhận thức (EHA-CRD), D2D phía người dùng thu lượng từ trạm gốc nguồn D2D giao tiếp với đích D2D chuyển tiếp D2D Mục tiêu nghiên cứu điều tra hiệu sử dụng lượng tối đa (EE) mạng cách phân bổ thời gian chung lựa chọn chuyển tiếp tính đến hạn chế tỷ lệ tín hiệu nhiễu D2D tỷ lệ người dùng di động Trong trình này, thời gian thu thập lượng thời gian liên lạc phân bổ ngẫu nhiên Kết mơ cho thấy thuật tốn lựa chọn chuyển tiếp thuật tốn tối ưu hóa thời gian cải thiện đáng kể so với thuật tốn có MỤC L ỤC PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Hệ thống thông tin di dộng 1.2 Các công nghệ mạng thông tin di động 1.2.1 1.2.2 Công nghệ tương tự AMPS hệ thứ (1G) Công nghệ GSM hệ thứ hai (2G) 1.2.3 1.2.4 Công nghệ MIMO-OFDM hệ thứ ba (3G) Công nghệ D2D hệ thứ tư (4G) 10 1.3 Kết luận chương 12 CHƯƠNG CÁC KỸ THUẬT QUAN TRỌNG TRONG D2D 13 2.1 Giới thiệu chung 13 2.2 Phát thiết bị 13 2.2.1 Yêu cầu kịch ứng dụng 14 2.2.2 Tiến trình tiêu chuẩn hóa 14 2.2.3 Phát thiết bị tăng cường D2D có mạng LTE-A hỗ trợ 15 2.3 Quản lý nhiễu truyền thông D2D 23 2.3.1 Các loại nhiễu kiến trúc mạng hai tầng 24 2.3.2 Mức kiểm soát nhiễu 26 2.4 Kỹ thuật chuyển tiếp mạng D2D 27 2.4.1 Các loại hình kết nối D2D 27 2.4.2 Các chế độ chuyển tiếp hỗ trợ mạng D2D 30 2.5 Kết luận chương 36 CHƯƠNG 3: TỐI ƯU TÀI NGUYÊN MẠNG D2D DỰA TRÊN LỰA CHỌN CHUYỂN TIẾP 37 3.1 Giới thiệu chung 37 3.2 Mơ hình hệ thống 40 3.3 Tối ưu hóa mơ hình 44 3.3.1 Sự biến đổi hàm mục tiêu 44 3.3.2 Thuật toán tối ưu hóa 46 3.4 Kết mô 47 3.5 Kết luận chương 53 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 i DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Kết nối liên tục mạng Hình 1.2 Dải tần hệ thống GSM Hình 1.3 Mơ hình hệ thống MIMO tiêu biểu .9 Hình 1.4 Các trường hợp sử dụng D2D 12 Hình 2.1 Minh họa phát thiết bị liên lạc D2D hệ thống LTEAdvanced 13 Hình 2.2 Cơ chế phân bổ tài nguyên đề xuất .19 Hình 2.3 Giải pháp truyền sóng DDP mới, (a) Giải pháp truyền sóng I ≥ J DDP (b) Giải pháp truyền sóng I ≤ J DDP 22 Hình 2.4 Phương pháp phát thiết bị đề xuất 23 Hình 2.5 Các loại nhiễu mạng di động D2D hai tầng 24 Hình 2.6 Các kịch nhiễu cho tài nguyên tái sử dụng khác .25 Hình 2.7 Mức độ kiểm sốt nhiễu truyền thơng D2D 26 Hình 2.8 Các kịch bạn giao tiếp D2D 3GPP 28 Hình 2.9 Ba chế độ giao tiếp điển hình cho DUE tài liệu có 30 Hình 2.10 Các chế độ giao tiếp D2D hỗ trợ chuyển tiếp chiều .33 Hình 2.11 Các chế độ giao tiếp D2D hỗ trợ chuyển tiếp song cơng 33 Hình 2.12 Các chế độ giao tiếp D2D hỗ trợ chuyển tiếp hai chiều 34 Hình 2.13 Giao tiếp D2D hỗ trợ chuyển tiếp mã hoá mạng chế độ tái sử dụng 35 Hình 3.1 Mơ hình hệ thống 41 Hình 3.2 Chu kỳ tái sử dụng tài nguyên T 41 Hình 3.3 Khảo sát EE theo số lần lặp lại 49 Hình 3.4 Khảo sát EE theo giá trị Ri 50 Hình 3.5 Mối tương quan PC phân bố thời gian 50 Hình 3.6  phân bố thời gian 51 Hình 3.7 Khảo sát cơng suất S theo giá trị PC 52 Hình 3.8 Khảo sát EE theo khoảng cách BS C (m) 52 Hình 3.9 Khảo sát EE theo hệ số fading  53 ii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 1G Generation Cellular 2G Generation Cellular 3G Generation Cellular 3GPP Generation Partnership Project 4G Generation Cellular 5G Generation Cellular AMPS BCH BER BS BTS CDMA CEPT CSI CU CUE D2D DB DCS DDP DL DR DUE EE EH EHACRD eNB Advanced Mobile Phone System Broad Cast Channel Bit Error Rate Base Station Base Transceiver Station Code Division Multiple Access European Conference of Postal and Telecommunications administrations Channel State Information Cellular User Cellular User Equipment Device-to-Device Dynamic Broadcast Digital Cellular System Device Detection Period Down Link Detection Rate Device-To-Device User Equipment Energy Efficiency Energy Harvesting Energy Harvesting-Aided Evolved Node B Công nghệ viễn thông di động hệ thứ Công nghệ viễn thông di động hệ thứ hai Công nghệ viễn thông di động hệ thứ ba Dự án hợp tác hệ di động thứ ba Công nghệ viễn thông di động hệ thứ tư Công nghệ viễn thông di động hệ thứ năm Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Kênh quảng bá Tỉ lệ lỗi bit Trạm gốc Trạm thu phát sóng di động Đa truy nhập phân chia theo mã Hội nghị quan quản lý Bưu Viễn thơng Châu Âu Trạng thái kênh Người dùng di động Thiết bị người dùng di động Thiết bị tới thiết bị Phát sóng động Hệ thống tế bào số Thời gian phát thiết bị Đường xuống Tỉ lệ phát Người dùng D2D Hiệu suất lượng Thu lượng Hỗ trợ thu lượng dạng sóng vơ tuyến có nhận thức Nút phát triển B iii European Telecommunication Standards Organization FDD Frequency Division Duplex FDM Frequency Division Multiplex Frequency Division Multiple FDMA Access FER Frame Error Rate FM Frequency modulation FSK Frequency-Shift Keying Gausian Minimum Shift GMSK Keying GPS Global Positioning System GSM Groupe Special Mobile ID Identification Institute of Electrical and IEEE Electronics Engineers International Mobile IMT Telecommunication IP Internet Protocol International ITU Telecommunication Union ITU- Radiocommunication ITU-R Sector LOS Line of Sight LTE Long Term Evolution Long Term Evolution LTE-A Advanced MAC Medium Access Control Multiple-Input MultipleMIMO Output MS Mobile station NC Network coding NMT Nordic Mobile Telephone Orthogonal Frequency OFDM Division Multiplexing Orthogonal Frequency OFDMA Division Multiple Access PA Power Allocation PAPR Peak-to-Average Power Ratio PHY Physical Layer PRB Physical Resource Block PS Phase-Shift ETSI Tổ chức Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu Song công phân chia theo tần số Ghép kênh phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Tỉ lệ lỗi khung Biến điệu tần số Điều chế số theo tần số tín hiệu Điều chế dịch pha tối thiểu có lọc Gauss Hệ thống định vị tồn cầu Nhóm đặc trách di động Danh tính Hội kỹ sư điện-điện tử Viễn thông di động quốc tế Giao thức internet Liên minh viễn thông quốc tế Liên minh viễn thông quốc tế-lĩnh vực thông tin vô tuyến Truyền thẳng Sự tiến hóa dài hạn Sự tiến hóa dài hạn nâng cao Kiểm soát truy cập phương tiện Nhiều đầu vào, nhiều đầu Trạm di động Mã hóa mạng Điện thoại di động Bắc Âu Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao Phân bổ lượng Tỷ lệ cơng suất đỉnh trung bình Lớp vật lý Khối tài nguyên vật lý Dịch pha iv Bảng 2: Các thơng số mơ hình hệ thống Tham số Ký hiệu Giá trị Kích thước mạng 300 × 300m Tính di động Tĩnh Số lượng relay D2D L 10 Khoảng cách D2D người dùng 20 m Tọa độ nguồn D2D (60,0) Tọa độ trạm gốc người dùng di động (50,0) Tọa độ người dùng di động (100,10) Tọa độ D2D đích (80,0) Hình 3.3 hiển thị EE D2D dựa thuật toán đề xuất so với số lần lặp lại Để thuận tiện cho việc quan sát, phóng to hình ảnh bên trái sang bên phải hình 3.3 Như thấy, trung bình cần tối đa năm lần lặp để có giải pháp tối ưu Do đó, thuật tốn đề xuất đảm bảo hội tụ nhanh chóng Hình 3.3 Khảo sát EE theo số lần lặp lại 48 Bảng 3: Các thông số mô Tham số Băng thông Ký hiệu Giá trị W 180 kHz Tốc độ liệu tối thiểu cần thiết C   20 Kb/s SINR giải mã tối thiểu relay D2D   dB SINR giải mã tối thiểu D2D đích   dB Mật độ phổ nhiễu N0 -174 dBm/Hz Hiệu suất khuếch đại lượng  Công suất truyền BS P0 45 dBm Công suất truyền C PC dBm Hiệu suất chuyển đổi lượng  0.9 Tăng đường dẫn cho liên kết g 1.25e -    So sánh EE lược đồ sau điều kiện tối ưu hóa đề xuất Thuật tốn 2: • EE tối ưu thuật toán lựa chọn chuyển tiếp đề xuất • EE tối ưu sơ đồ lựa chọn chuyển tiếp ngẫu nhiên • Tối ưu EE lược đồ RS đầy đủ với lược đồ tối ưu hóa đám hạt (PSO) [59] Trong hình 3.4, EE D2D tất sơ đồ tăng lên R i cải thiện So với sơ đồ lựa chọn chuyển tiếp ngẫu nhiên sơ đồ RS hoàn chỉnh với sơ đồ PSO, biết hiệu suất thuật toán lựa chọn chuyển tiếp đề xuất (1) sơ đồ tối ưu EE tăng mạnh có hiệu suất vượt trội 49 Hình 3.4 Khảo sát EE theo giá trị R i Như thể hình 3.5, thấy thời gian thu lượng tăng lên với gia tăng P C   là dBm Hình 3.5 Mối tương quan P C phân bố thời gian Từ (3.4), (3.5) (3.6), biết SRiD hàm giảm PC Do đó, với gia tăng PC, nhu cầu PS P Ri cần phải tăng lên giới hạn 50 Vì vậy, thời gian thu lượng phải cải thiện thời gian cịn lại để   truyền tải thơng tin giảm bớt  Ký hiệu    Và tương tự nói trên,  và  phát thời gian thu lượng tăng lên với gia tăng min P C = dBm từ hình 3.6 Với gia tăng min, nhu cầu PS PRi cần tăng lên giới hạn  Do đó, thời gian thu lượng phải cải thiện  thời gian cịn lại để truyền tải thơng tin giảm bớt Hình 3.6  phân bố thời gian Hình 3.7 cho thấy mối quan hệ cơng suất S giá trị PC có có relay khơng có relay Chúng ta quan sát rõ ràng S nhận nhiều lượng sử dụng chuyển tiếp so với khơng sử dụng Do đó, so với sơ đồ khơng có relay, nguồn tiết kiệm lượng yêu cầu liên lạc tương tự Do vậy, việc áp dụng relay làm cho S hoạt động lâu hoàn thành nhiều dịch vụ thông tin liên lạc tương lai 51 Hình 3.7 Khảo sát cơng suất S theo giá trị P C Hình 3.8 cho thấy ảnh hưởng khoảng cách BS CU lên EE D2D Ngồi ra, vị trí S D cố định, chuyển tiếp D2D phân phối ngẫu nhiên phạm vi truyền dẫn S EE D2D tăng lên khoảng cách BS C tăng lên Lý can thiệp C tới relay tới D bị suy giảm tăng khoảng cách BS C D2D giảm dần cuối Do đó, EE D2D tăng Hình 3.8 Khảo sát EE theo khoảng cách BS C (m) 52 Hình 3.9 phụ thuộc EE theo hệ số fading  thay đổi số lượng relay Do tăng số lượng chuyển tiếp, số lần S chọn chuyển tiếp tăng lên dẫn đến chọn chuyển tiếp tốt EE D2D cao Hình 3.9 Khảo sát EE theo hệ số fading  3.5 Kết luận chương Chương nghiên cứu phân bổ thời gian lựa chọn chuyển tiếp EHACRD để tối ưu hóa EE D2D Vấn đề tối ưu hóa EE chia thành hai vấn đề phụ lựa chọn chuyển tiếp tối ưu hóa thời gian Đối với việc lựa chọn chuyển tiếp, đề xuất thuật toán tổng tối đa có trọng số để chọn chuyển tiếp tốt Đối với tốn phụ tối ưu hóa thời gian, đề xuất thuật tốn lặp tối ưu hóa để giải phương án tối ưu EE chuyển tiếp chọn Kết mô cho thấy so với sơ đồ RS hoàn chỉnh sử dụng thuật toán PSO, sơ đồ chung sử dụng thuật toán lựa chọn chuyển tiếp thuật tốn tối ưu hóa thời gian có ưu điểm rõ ràng Trong tương lai, cần nghiên cứu việc phân bổ tài nguyên D2D dựa mạng truyền thông 5G kết hợp tài nguyên phổ nhiều mạng di động, điều cải thiện đáng kể hiệu lượng hệ thống 53 KẾT LUẬN Nội dung luận văn nghiên cứu số vấn đề quan trọng mà gặp phải triển khai cơng nghệ D2D mạng di động Một số công nghệ tiên tiến theo lịch sử phát triển hệ thống thơng tin di động giới thiệu Trong D2D đề xuất công nghệ quan trọng hỗ trợ mạng di động hệ Giao tiếp D2D giới thiệu công nghệ giao tiếp trực tiếp hai thiết bị người dùng di động mà không cần thông qua trạm gốc Điều giúp chuyển số lưu lượng di động sang mạng D2D, cải thiện hiệu phổ tần, cải thiện dung lượng mạng, mở rộng phạm vi phủ sóng giảm độ trễ Tất lợi ích làm cho giao tiếp D2D đặc biệt thích hợp cho ứng dụng mạng xã hội phát trực tuyến video chia sẻ đa phương tiện Tuy nhiên, giao tiếp D2D mang lại số thách thức, chẳng hạn chia sẻ phổ tiêu thụ lượng Và với kết nối thiết bị không dây quy mơ lớn, mức tiêu thụ lượng tồn cầu tăng Nhiều nghiên cứu thực để nâng cao hiệu sử dụng lượng giảm mức tiêu thụ Để giải vấn đề thiếu hụt tài nguyên quang phổ tiêu thụ lượng, đề tài đưa mơ hình kết hợp công nghệ thu thập lượng truyền thông D2D, mạng D2D hỗ trợ thu lượng dạng sóng vơ tuyến có nhận thức (EHA-CRD), D2D phía người dùng thu lượng từ trạm gốc nguồn D2D giao tiếp với đích D2D chuyển tiếp D2D Mục tiêu nghiên cứu điều tra hiệu sử dụng lượng tối đa (EE) mạng cách phân bổ thời gian chung lựa chọn chuyển tiếp tính đến hạn chế tỷ lệ tín hiệu nhiễu D2D tỷ lệ người dùng di động Trong trình này, thời gian thu thập lượng thời gian liên lạc phân bổ ngẫu nhiên Kết mô cho thấy thuật toán lựa chọn chuyển tiếp thuật toán tối ưu hóa thời gian cải thiện đáng kể so với thuật tốn có Trong tương lai, luận văn nghiên cứu hướng đến việc phân bổ tài nguyên D2D dựa mạng truyền thông 5G kết hợp tài nguyên phổ nhiều mạng di động, điều cải thiện đáng kể hiệu lượng hệ thống 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Hồ Văn Khương, Thông tin di động, Nhà xuất Đại học quốc gia, 2019 [2] PGS.TS Phạm Hồng Liên, Giáo trình thơng tin di động, Nhà xuất Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2015 Tài liệu nước ngồi “” [3] Doppler, K., Rinne, M., Wijting, C., Ribeiro, C., Hugl, K., “Device-to-device communication as an underlay to LTE-advanced networks,” IEEE Commun, pp 4249, 2009 [4] Basagni, S., Conti, M., Giordano, S., Stojmenovic, I., “Mobile Ad Hoc Networking,” Wiley-IEEE Press, pp 69-116, 2004 [5] Yu, C.-H., Tirkkonen, O., Doppler, K., Ribeiro, C., “On the performance of device-to-device underlay communication with simple power control,” Proceedings of IEEE Vehicular Tech- nology Conference 2009-Spring, 2009 [6] Zhang, J., de la Roche, G.: Femtocells: “Technologies and Deployment,” John Wiley & Sons Ltd., 2009 [7] Koskela, T., Hakola, S., Chen, T., Lehtomaki, J.: “Clustering concept using device-to-device communication in cellular system,” Proceedings of IEEE Wireless Communications and Networking Conference, 2010 [8] Yu, C.-H., Doppler, K., Ribeiro, C., Tirkkonen, O.: “Performance impact of fading interference to Device-to-Device communication underlaying cellular networks,” IEEE 20th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, pp 858-862, 2009 [9] K Doppler, M Rinne, C Wijting, C Ribeiro, K Hugl, “Device-to device communication as an underlay to LTE-advanced networks,” IEEE Commun, pp 42– 49 (2009) 55 [10] K Doppler, M Rinne, P Janis, C Ribeiro, and K Hugl, “Deviceto-device communications; functional prospects for LTE-advanced networks,” IEEE International Conference on Communications Workshops, 2009 [11] D Gesbert et al, From Theory to Practice: “An Overview of MIMO Space-Time Coded Wireless Systems,” IEEE Journal Selected Areas in Communications, Volume: 21 , Issue: 3, pp 281–302, 2003 [12] M Bakht, J Carlson, A Loeb, R Kravets, United we find: “Enabling mobile devices to cooperate for efficient neighbor discovery,” Proceedings of the 13 th International Workshop on Mobile Computing Systems and Applications (HotMobile), pp 1–6, 2012 [13] F Baccelli, N Khude, R Laroia et al., “On the design of device-to-device autonomous discovery,” Fourth International Conference on Communication Systems and Networks, pp 1–9, 2012 [14] M.S Corson, R Laroia, J Li, “Toward proximity-aware internetworking,” IEEE Wirel Commun, pp 26–33, 2010 [15] 3GPP TR 22.803, Feasibility study for Proximity Services (ProSe), V12.2.0, 2013 [16] D Tsolkas, E Liotou, N Passas, L Merakos, “A graph-coloring secondary resource allocation for D2D communications in LTE networks,” The 17th IEEE International Workshop on Computer-Aided Modeling Analysis and Design of Communication Links and Networks, 2012 [17] 3GPP TR 23.703 V0.3.0, Study on architecture enhancements to support Proximity Services (ProSe) (Release 12), V0.4.1, 2013 [18] Qualcomm, “WF on D2D metrics,” US department of commerce, etc., 3GPP R1131747, 2013 56 [19] K Stetson, “Wi-fi alliance announces groundbreaking specification to support direct wi-fi connections between devices,” Wi-Fi Alliance press release (PRNewswire), 2009 [20] C Drula, C Amza, F Rousseau, A Duda, “Adaptive energy conserving algorithms for neighbor discovery in opportunistic bluetooth networks,” IEEE J Sel Areas Commun, pp 96–107, 2007 [21] A Vigato, L Vangelista, C Measson, X Wu, “Joint discovery in synchronous wireless networks IEEE Trans,” Commun, pp 2296–2305, 2011 [22] M Bakht, M Trower, R Kravets, Searchlight, “Helping mobile devices find their neighbors,” ACM SIGOPS Oper, pp 71–76, 2011 [23] S Xu, Kyung Sup Kwak, “Network Assisted Device Discovery for D2D underlying LTEAdvanced Networks,” IEEE 79 st Vehicular Technology Conference, 2014 [24] Renesas Mobile Europe Ltd, ProSe UE discovery design aspects, 3GPP doc R1132173, RAN1, mtg #73, Fukuoka, Japan, May 2013 ftp://ftp.3gpp.org [25] Liu, J., Kato, N., Ma, J., Kadowaki, N., “Device-to-device communication in lteadvanced networks: a survey,” IEEE Commun, 2014 [26] Tehrani, M., Uysal, M., Yanikomeroglu, H 2014, “Device-to-device communication in 5G cellular networks: challenges, solutions, and future directions no,” IEEE Commun, 86–92.48, 2014 [27] Mahda Noura, Rosdiadee Nordin, B., “A survey on interference management for Device-to-Device (D2D) communication and its challenges in 5G networks” 2016 [28] Doppler K, Rinne M, Wijting C, Ribeiro C, Hugl K, “Device-to-device communication as an underlay to LTE-advanced networks,” IEEE Commun, pp 42– 49, 2009 57 [29] Lei L, Zhong Z, Lin C, Shen X, “Operator controlled device-to-device communications in LTEadvanced networks,” IEEE Wirel Commun 19, pp 96–104, 2012 [30] Asadi A, Wang Q, Mancuso V, “A survey on deviceto-device communication in cellular networks,” IEEE Commun Surv Tutorials 16, pp 1801–1819, 2014 [31] Mach P, Becvar Z, Vanek T, “In-band device-todevice communication in OFDMA cellular networks: a survey and challenges,” IEEE Commun Surv Tutorials 17, pp 1885–1922, 2015 [32] Fodor G, Dahlman E, Mildh G, Parkvll S, Reider N, Miklos G, Turanyi Z, “Design aspects of network assisted device-to-device communications,” IEEE Commun Mag 50, pp 170–177, 2012 [33] Min H, Seo W, Lee J, Park S, Hong D, “Reliability improvement using receive mode selection in the device-to-device uplink period underlaying cellular networks,” IEEE Trans Wirel Commun 10, pp 413–418, 2011 [34] Yu G, Xu L, Feng D, Yin R, Li GY, Jiang Y, “Joint mode selection and resource allocation for device-to-device communications,” IEEE Trans Commun 62, pp 3814– 3824, 2014 [35] Hasan M, Hossain E, Kim DI, “Resource allocation under channel uncertainties for relay-aided deviceto-device communication underlaying LTE-A cellular networks,” IEEE Trans Wirel Commun 13, pp 2322–2338, 2014 [36] Ni Y, “Performance analysis of device-to-device communication assisted by mobile relaying PhD thesis,” Nanjing University of Posts and Telecommunications, 2016 [37] Ma R, Xia N, Chen HH, Chiu CY, Yang CS, “Mode selection, radio resource allocation, and power coordination in D2D communications,” IEEE Wirel Commun 24, pp 112–121, 2017 58 [38] Nishiyama H, Ito M, Kato N, “Relay-bysmartphone: realizing multihop deviceto device communications,” IEEE Commun Mag 52, pp 56–65, 2014 [39] Liu J, Kato N, “Device-to-device communication overlaying two-hop multichannel uplink cellular networks,” The ACM international symposium on mobile ad hoc networking and computing, pp 307–316, 2015 [40] Wei L, Hu RQ, Qian Y, Wu G, “Energy-efficiency and spectrum-efficiency of multi-hop device-to-device communications underlaying cellular networks,” IEEE Trans Veh Technol 65, pp 367–380, 2016 [41] Ma X, Yin R, Yu G, Zhang Z, “A distributed relay selection method for relay assisted device-to- device communication system,” IEEE international symposium on PIMRC, pp 1020–1024, 2012 [42] Ma R, Chang YJ, Chen HH, Chiu CY, “On relay selection schemes for relayassisted D2D communications in LTE-A systems.” IEEE Trans Veh Technol 66, pp 8303–8314, 2017 [43] Wang L, Tian F, Syensson T, Feng D, Song M, Li S, “Exploiting full duplex for device-to-device communications in heterogeneous networks,” IEEE Commun Mag 53, pp 146–152, 2015 [44] Ni Y, Jin S, Wong KK, Zhu H, Shao S, “Outage performances for device-todevice communication assisted by two-way amplify-and-forward relay protocol,” IEEE WCNC, pp 502–507, 2014 [45] Zhao Y, Li Y, Wu D, Ge N, “Overlapping coalition formation game for resource allocation in network coding aided D2D communications,” IEEE Trans Mob Comput 16, pp 3459–3472, 2017 [46] Huang J, Gharavi H, Yan H, Xing CC, “Network coding in relay-based deviceto-device communications,” IEEE Netw 31, pp 102–107, 2017 59 [47] Lin, J., Yu, W., Zhang, N., Yang, X., Zhang, H., & Zhao, W, “A survey on internet of things: architecture, enabling technologies, security and privacy, and applications,” IEEE Internet of Things Journal, pp 1125–1142, 2017 [48] Zhufang, K., Gang, L., Gongqiang, L., & Xiaoheng, D “Energy efficient resource allocation algorithm in energy harvesting-based D2D heterogeneous networks,” IEEE Internet of Things Journal, pp 557–567 2018 [49] Jiang, D., Wang, W., Shi, L., & Song, H, “A compressive sensing-based approach to end-to-end network traffic reconstruction,” IEEE Transactions on Network Science and Engineering, pp 1–12, 2018 [50] Eyupoglu, C., & Aydin, M A (2015) “Energy efficiency in backbone networks,” Procedia—Social and Behavioral Sciences, pp 1966–1970, 2015 [51] Sun, M., Jiang, D., Song, H., & Liu, Y, “Statistical resolution limit analysis of two closely spaced signal sources using rao test,” IEEE Access, pp 22013–22022, 2017 [52] Gu, Y., Chen, H., Li, Y., Liang, Y C., & Vucetic, B, “Distributed multi-relay selection in accumulate-then-forward energy harvesting relay networks.” IEEE Transactions on Green Communications and Networking, pp 74–86, 2018 [53] Jiang, D., Zhang, P., Lv, Z., & Song, H, “Energy-efficient multi-constraint routing algorithm with load balancing for smart city applications,” IEEE Internet of Things Journal, pp 1437–1447, 2016 [54] Zungeru, A M., Ang, L M., Prabaharan, S R S., & Seng, K P, “Radio frequency energy harvesting and management for wireless sensor networks,” Green mobile devices and networks: Energy optimization and scavenging techniques, pp 341–368, 2012 [55] Chu, Z., Nguyen, H X., & Caire, G, “Game theory-based resource allocation for secure wpcn multiantenna multicasting systems,” IEEE Transactions on Information Forensics and Security, pp 926–939, 2018 60 [56] Zhu, J., Song, Y., Jiang, D., & Song, H, “A new deep-qlearning-based transmission scheduling mechanism for the cognitive internet of things,” IEEE Internet of Things Journal, pp 2375–2385, 2017 [57] Wang, R., Cheng, D., Zhang, G., Lu, Y., Yang, J., Zhao, L., et al, “Joint relay selection and resource allocation in cooperative device-to-device communications,” AEU—International Journal of Electronics and Communications, pp 50–58, 2017 [58] Wang, R., Liu, J., Zhang, G., Huang, S., & Yuan, M, “Energy efficient power allocation for relay-aided D2D communications in 5G networks,” Chin Commun, pp 54–64, 2017 [59] Rahman, M., Lee, Y D., & Koo, I, “Energy-efficient power allocation and relay selection schemes for relay-assisted D2D communications in 5G wireless networks,” Sensors, pp 2865, 2018 [60] Gupta, S., Zhang, R., & Hanzo, L, “Energy harvesting aided device-to-device communication underlaying the cellular downlink,” IEEE Access, pp 7405–7413, 2017 [61] Saleem, U., Jangsher, S., Qureshi, H K., & Hassan, S A, “Joint subcarrier and power allocation in energy harvesting-aided D2D communication,” IEEE Transactions on Industrial Informatics, pp 2608–2617, 2018 [62] Gupta, S., Zhang, R., & Hanzo, L, “Energy harvesting aided device-to-device communication in the over-sailing heterogeneous two-tier downlink,” IEEE Access, pp 245–261, 2018 [63] Yang, H H., Lee, J., & Quek, T Q S, “Heterogeneous cellular network with energy harvesting-based d2d communication,” IEEE Transactions on Wireless Communications, pp 1406–1419, 2016 [64] Zhang, Y., Zhang, J., Sun, Y., & Ng, D W K, “Energyefficient transmission for wireless powered D2D communication networks,” IEEE ICC Wireless Communications Symposium, pp 1-7, 2017 61 [65] Zheng, M., Xu, C., Yu, H., & Liang, W, “Harvestingthroughput tradeoff for rfpowered underlay cognitive radio networks,” Electronics Letters, pp 881–883, 2016 [66] Wu, Q., Tao, M., Ng, D W K., Chen, W., & Schober, R, “Energy-efficient resource allocation for wireless powered communication networks,” IEEE Transactions on Wireless Communications, pp 2312–2327, 2015 [67] Dinkelbach, W, “On nonlinear fractional programming,” Management Science, pp 492–498 , 1967 [68] Boyd, S., & Vandenberghe, L, “Convex optimization,” Cambridge University Press, 2004 62