在物联网迅速发展的背景下,机器到机器(M2M)通信的应用范围迅速扩张,包括车载服务、智能电表、家庭和工业监控等。M2M通信目前已经成为了通信行业的热门研究方向,具有广阔的市场前景。由于作为下一代蜂窝网络的LTE系统具有相当广阔的无缝覆盖范围,并且拥有成本低、速度快等特点,因此LTE网络将成为承载M2M业务的最佳平台。但是现有的蜂窝网络的协议和总体架构是基于人与人(H2H)的通信而设计的,M2M通信具有海量终端、同步突发数据等独有的特征,与传统的H2H通信有着很大的不同。M2M业务的引入也将会给蜂窝网络带来非常大的压力,其中引发的网络拥塞是一个严峻的问题,尤其是LTE随机接入过程的拥塞。如何对现有的LTE随机接入过程进行面向M2M业务的优化工作,解决随机接入拥塞问题是本文的研究重点。本文研究的主要内容以及创新点如下:针对大量M2M业务在LTE平台下进行随机接入的场景,对M2M业务特点和LTE基于竞争的随机接入过程进行了研究。在此基础上,分析了大量M2M业务同时发起随机接入请求对LTE系统造成的影响,研究了 3GPP提出的随机接入拥塞的优化方案,包括ACB机制、EAB机制、时隙化接入、退避机制、资源划分和上拉机制。基于3GPP的研究报告,本文对接入LTE网络的M2M业务进行了建模,并对M2M业务的吞吐量、平均接入成功率和平均接入时延进行了推导。在此基础上对M2M业务突发造成的随机接入拥塞以及现有的ACB机制、动态接入控制和M2M设备分群组等拥塞控制机制进行了仿真分析和对比。拥塞控制算法主要分为冲突避免和冲突解决两个阶段,现有的随机接入拥塞控制方案大多是利用M2M设备的时延容忍特性来避免冲突,针对时延敏感业务的冲突解决方案较少。在众多紧急业务同时到达的场景下,控制接入时延尤为重要,仅依靠冲突避免无法很好地控制接入拥塞,冲突发生后如何解决才是提高无线网服务质量的关键。因此本文基于一种时隙Aloha系统中时延特性较优的Tree-splitting算法,对现有的固定分支数目Tree-splitting算法进行改进,通过“信道负载量估计”方法引入动态信道资源分配算法,提出一种针对时延敏感M2M业务的动态冲突解决算法,并仿真验证了其适用于时延敏感M2M业务,能够更好地适应变化的业务流量。最后对本文的研究内容进行总结,并对未来的研究方向和工作提出了展望。