【摘 要】
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窄带物联网（Narrow Band Internet of Things,NB-IoT）作为实现万物互联的一个重要通信技术,旨在为低吞吐量、低功耗和远程通信的大规模物联网设备提供无缝连接。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180k Hz的带宽,可直接部署于GSM网络或LTE网络,实现网络的平滑升级,以降低部署成本。在传统的异构蜂窝网络中,由于宏基站和小基站之间存在功率方面的差异,大多数用户经常
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窄带物联网（Narrow Band Internet of Things,NB-IoT）作为实现万物互联的一个重要通信技术,旨在为低吞吐量、低功耗和远程通信的大规模物联网设备提供无缝连接。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180k Hz的带宽,可直接部署于GSM网络或LTE网络,实现网络的平滑升级,以降低部署成本。在传统的异构蜂窝网络中,由于宏基站和小基站之间存在功率方面的差异,大多数用户经常选择与宏基站进行通信,从而引起网络负载不均衡,以及物联网的接入设备数量过于庞大导致设备电池驱动能源短缺的问题。本文对NB-IoT中的网络优化和能量收集技术进行了研究,主要研究内容如下:（1）针对异构网络系统中如何动态分配有限资源的问题,提出了一种用户关联与功率控制相结合的效用能量效率优化算法。该算法在保证用户服务质量的条件下,在用户关联的同时采用基站休眠策略以提高系统的覆盖率,且采用迭代功率控制算法,以系统中总效用能量效率最大化为目标,通过把优化问题转化为一个混合整数非线性规划问题进行解决,在运用用户关联方法解决系统负载不均衡的问题后,利用拉格朗日对偶问题解决功率控制问题,以提高系统的效用能量效率。通过仿真实验数值结果,所提出的基于休眠策略的用户关联方案和功率控制算法,可有效提升系统的覆盖率以及效用能量效率。（2）针对NB-IoT网络中的海量连接,导致终端设备的电池驱动能源短缺问题,提出了一种基于SWIPT（Simultaneous Wireless In-formation and Power Transfer）技术的NB-IoT系统的网络性能优化算法,SWIPT技术能够高效提升系统的传输速率和实现绿色通信。该算法将SWIPT技术引入窄带物联网中,并且对周围环境的射频源空间分布建模为反映射频源间存在斥力的α-DPP过程,假设信道服从Nakagami-m分布。通过对每一个时隙中源节点能量收集的时间以及节点信息传输时隙进行优化分配,使得系统收集能量均值、中断概率和最大传输速率得到有效提升,并且保证了终端设备持续稳定工作。
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