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专利号: 2018108145581
申请人: 西安交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-03-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种mMTC网络中队列驱动的设备接入与资源分配联控方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)在时隙开始时,基站通过下行信道向mMTC网络中的所有设备广播当前时隙的接入控制参数p及物理随机接入信道PRACH的配置信息;

2)mMTC网络中积压的各设备在区间(0,1)上均匀生成一个随机数,当任一设备生成的随机数小于控制参数p时,则该设备成功通过接入控制程序,将成功通过接入控制程序的设备记为激活设备;当任一设备生成的随机数大于等于控制参数p时,则该设备在当前时隙被阻塞,且该设备退避到下一个时隙再次尝试通过接入控制程序;

3)步骤2)中的各激活设备从导频池中选择导频,然后在PRACH上向基站传输所选择的导频及各自的设备ID信息;

4)基站接收到被选择的导频后尝试解码相应的设备ID信息,当该导频仅被一个设备选择时,则基站能够成功解码到对应的设备ID信息,此时导频成功传输;当该导频被多个设备选择时,则基站无法成功解码到对应的设备ID信息;基站将检测成功传输的导频作为随机接入应答RAR;

5)当mMTC网络中激活设备接收到与自身导频及设备ID信息相匹配的随机接入应答RAR时,则表明该激活设备随机接入成功,若RAR中的信道空闲标记为真,表明所分配的PUSCH信道空闲,该激活设备立即在该PUSCH信道上发起数据传输,若RAR中的信道空闲标记为假,则该激活设备进入等待状态,直到接收到后续时隙中基站广播的信道空闲指为止;当激活设备没有接收到与自身导频及设备ID信息相匹配的随机接入应答RAR时,则表明该激活设备接入失败,则需在下一个时隙再次重新尝试通过接入控制程序;

6)基站根据各激活设备传输数据结尾的标记判断所占据的PUSCH信道资源是否重新进入空闲,并在当前时隙中统计重新进入空闲的信道,然后在当前时隙结束时广播相应的空闲指示,当处于等待状态的设备接收到自己信道的空闲指示时,则在下一个时隙开始进行数据的传输;

7)重复步骤2)至步骤6),直至所有数据传输完成为止,完成mMTC网络中队列驱动的设备接入与资源分配联控。

2.根据权利要求1所述的mMTC网络中队列驱动的设备接入与资源分配联控方法,其特征在于,随机接入应答RAR包括所识别的导频、设备ID信息、预分配的RUSCH信息及信道空闲标记。

3.根据权利要求1所述的mMTC网络中队列驱动的设备接入与资源分配联控方法,其特征在于,步骤1)中的物理随机接入信道PRACH的配置信息为用于随机接入阶段导频传输的资源块RBs及其数量d*,相应的,用于数据传输的PUSCH资源块数目l=q-d*,其中,q为mMTC网络中的资源块总数,设分别需要m个资源块及n个资源块构建一个导频及PUSCH信道,则mMTC网络中的导频数M及PUSCH信道数T分别为:接入控制参数p为接入控制程序中对负载进行控制的窗口大小,接入控制参数p由当前时隙的积压设备数均值的估计值 及最优的激活设备数均值r*确定,其中,

4.根据权利要求3所述的mMTC网络中队列驱动的设备接入与资源分配联控方法,其特征在于,(r*,d*)的求解过程为:设F为当前时隙有新业务到达的设备数量,B为步骤2)中被阻塞的设备数量,C为步骤4)中发生导频碰撞的设备数量,A为积压的设备数量,则A=F+B+C;设新业务以强度为λ的泊松过程到达,则积压的设备数量A可以用均值为a的泊松分布近似,相应的,激活设备数R服从均值为r=pa的泊松分布,设同时选择导频b的设备数量为Mb,则Mb服从均值为r/M的泊松分布,且随机变量Mb,b=1,…,M之间相互独立,因此成功接入的设备数量S服从参数为(M,P11)二项分布:其中,P11为导频b只被一个设备选择的概率:

设步骤5)中设备等待队列到达过程中的速率为每个时隙成功接入的设备数量S,设备等待队列离开过程的速率为系统支持的每个时隙最大可以完成数据传输的设备数量T,等待队列的长度为Q,则当前时隙等待队列的长度Qt与下个时隙等待队列的长度Qt+1的关系为:Qt+1=max{Qt+S-T,0}

为防止排队等待时间过长,构建等待队列长度的违反概率约束为:

Pr{Q>Qth}<e

为使得等待队列长度违反概率约束成立,需确保:

Ψ(S,θ)≤Φ(T,θ)

其中,Ψ(S,θ)及Φ(T,θ)分别表示排队系统的有效接入速率及有效传输速率,其中,其中,θ为目标队列指数,其中,根据排队理论,当等待队列平稳后,等待队列的平均离开速率等于平均到达速率,设该平均速率为系统的吞吐量ζ,则有:构建以资源分配d*及激活设备强度r*为自变量、以系统吞吐量最大化的优化目标的优化问题,即d=1,…,q-1

s.t.Ψ(S,θ)≤Φ(T,θ)

求解所述优化问题,得最优的资源分配d*及激活设备强度r*。

5.根据权利要求1所述的mMTC网络中队列驱动的设备接入与资源分配联控方法,其特征在于,采用两步搜索算法求解优化问题,得最优的资源分配d*及激活设备强度r*。

6.根据权利要求1所述的mMTC网络中队列驱动的设备接入与资源分配联控方法,其特征在于,基站在每个时隙中采用迭代算法决策出接入控制参数p及物理随机接入信道PRACH的配置信息。