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专利号: 2017112689343
申请人: 南京邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种窄带物联网中联合节点分簇及数据缓存的接入方法,在不占用更多物理随机接入信道的情况下,运用对小区内移动性较低节点进行分簇的方法,允许普通节点通过簇内特殊节点接入基站,从而改善大量节点同时接入基站时的接入冲突问题,具体步骤如下:(1)、根据节点部署环境的耦合损耗将节点划分三个等级,结合节点空间位置分布,将同等级内终端划分成M簇,分别在各簇内选择特殊节点作为具备缓存功能的中继节点,辅助普通节点接入基站;

(2)、基站根据节点分簇情况划分前导资源、接入时隙,分别用于普通节点接入中继节点、中继节点接入基站;

(3)、需上传数据或被寻呼的普通节点,首先竞争接入中继节点,将节点信息暂时存储在中继节点;缓存结束后,由中继节点竞争接入基站,将缓存的节点信息发送给基站,完成节点到基站的接入过程;

(4)、计算接入成功率,确定达到最大接入率时步骤(2)中前导资源、接入时隙的划分方法;

窄带物联网中节点采用专用的窄带物联网芯片模组,中继节点根据分簇后簇内节点位置确定;其特征在于:

步骤(1)中,小区节点分簇分为两个阶段,包括:(1a)、根据节点所处环境的最大耦合损耗,将节点划分成三个等级,分别为;

等级一:最大耦合损耗小于144dB;

等级二:最大耦合损耗处于144dB至154dB之间;

等级三:最大耦合损耗处于154dB至164dB之间;

其中,划分三个等级的原因是,窄带物联网最大允许的耦合损耗为164dB;

(1b)、结合同类型节点空间位置分布,将处于同一等级的N个节点划分成M簇,每簇节点数分别记作Ni,i=1,2,...,M, 每簇选定一个特殊节点作为具备缓存功能的中继节点,完成与簇内普通节点、与基站的通信;中继节点的选择根据同簇内节点位置确定,设某一簇内节点数为Ni,任意节点j到基站的距离为TAj,则特殊节点的选择原则是:其中,argmin表示l取值为使TAl最接近节点到基站平均距离的节点标号 ;

在步骤(3)中,中继节点具备缓存功能,即中继节点可以暂时存储同簇普通节点信息,并代表该簇接入基站;若中继节点成功接入基站,将缓存中所有节点信息上传至基站,并清空缓存;若中继节点未成功接入基站,重新向基站发起接入;若给定时隙内中继节点仍未接入成功,则将该中继节点缓存清空,普通节点向中继节点重新发送接入请求,此为保证节点信息的时效性。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(2)中基站根据节点分簇情况划分前导资源、接入时隙,记单个时隙前导总数为K,令K=K1+K2,其中K1前导用于普通节点与中继节点通信,K2前导用于中继节点与基站通信;允许K1前导在各簇内复用,归属不同簇的普通节点均采用K1前导接入临近的中继节点;

记一个接入周期为T,T为正整数,表示一个接入周期内接入时隙的个数,令T=T1+T2,T1时隙内,仅允许簇内普通节点接入同簇中继节点,此时中继节点仅负责缓存接入成功的节点信息,无法与基站通信;T2时隙内,仅允许M个中继节点竞争接入基站,此时中继节点无法与普通节点通信。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(4)中,普通节点成功接入基站的概率取决于分簇规模、前导资源划分及接入时隙划分;为获得最高的接入成功率,需对资源进行最优化划分,寻求最优化资源划分按如下步骤进行:(4a)第i簇内节点数为Ni,前导数为K1,任一节点接入中继节点的成功率为假设Ni个节点全部在T1时隙开始时请求接入,则首个时隙内第i簇成功接入集中节点的普通节点数为 首个时隙未接入成功的节点继续发起接入请求,重复上述步骤,直到T1时隙结束;T1时隙内第n个时隙接入成功普通节点数记为E[SG,n],计算公式为T1时隙内第i簇接入成功普通节点总数可记为(4b)T1时隙结束后,各簇中继节点向基站发起接入请求,即M个中继节点随机选择K2前导接入基站,任一中继节点接入基站的成功概率 假设M个节点全部在T2时隙 开 始 时 请 求 接 入 ,则 首 个时 隙 内 成 功 接 入 基 站的 中 继 节 点 数 为首个时隙未接入成功的节点继续发起接入请求,重复上述步骤,直到T2时隙结束。T2时隙内第n个时隙接入成功普通节点数记为E[SM,n],计算公式为T2时隙内接入成功中继节点总数可记为(4c)普通节点接入基站分上述两步,缺一不可,故接入成功率Ps等于经过两次接入后上传至基站的普通节点信息个数与请求接入基站普通节点总数之比;为便于分析,假定N节点均匀分簇,Ni=N/M,即SG(i)=SG(j),i≠j,则接入成功率由下式计算:分组规模固定情况下,固定单个时隙内前导总数为K,一个接入周期为T个时隙,则Ps取决于{K1,K2}、{T1,T2}。K1,K2,T1,T2均为正整数,且满足(4d)为确定最优的{K1,K2}、{T1,T2},分析如下表达式M,Ni,K,T为定值,K1,K2,T1,T2均为正整数,考虑采用遍历法确定使接入成功率最大的前导及时隙划分组合。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:在步骤(4d)中,确定使接入成功率最大的前导及时隙划分组合的遍历法按如下步骤进行:max opt

(4d-1)确定并输入Ni,M,T,K,初始化Ps =Ps=0, T1 =T1=1;

(4d-2)将Ni,M,T1,K1代入Ps计算式,计算得到Ps;

max max opt max

(4d-3)若Ps>Ps ,令Ps =Ps, T1 =T1,T1=T1+1;若Ps≤Ps ,T1=T1+1;

(4d-4)重复(4d-2)、(4d-3),若T1=T-1,令K1=K1+1;

(4d-5)重复(4d-2)、(4d-3)、(4d-4),若K1=K-1,且T1=T-1,结束遍历;

(4d-6)输出 T1opt,Psmax;

为取得最大接入成功率Psmax时前导资源、接入时隙划分组合。