论文部分内容阅读
机器-机器通信(Machine to Machine,M2M)是指在没有人为干预的条件下,机器与机器之间通过通信网络自主地进行数据传输。M2M通信被广泛应用在智能家庭、智能电网和智能交通等多个物联网领域。M2M通信不仅具有终端设备数量大、小数据包传输以及频繁接入等特征,且M2M通信设备对时延不敏感,速率要求低,但是非常注重覆盖广度和功耗。然而,当前的蜂窝网络针对人与人(Human to Human,H2H)通信的特点而设计,无法满足海量机器类通信设备(Machine Type Communication,MTC)频繁接入的需求。因此,如何实现大规模MTC设备的高效接入是第五代移动通信系统(the 5th Generation mobile communication technology,5G)急需解决的一个重要问题。本文重点研究了窄带物联网(Narrowband Internet of Things,NB-IoT)中海量低功耗MTC设备的高效接入问题,主要研究工作和创新点如下:(1)研究了基于动态优先级的NB-IoT(Narrowband Internet of Things)随机接入方案。针对海量低功耗MTC设备的大规模随机访问请求极易导致NB-IoT系统过载的问题,我们提出了一种基于时延寿命的动态优先级NB-IoT随机接入算法:首先,定义设备的时延系数为当前等待时延与最大容忍时延的比值;然后,根据设备时延系数设计了新的接入优先权分类机制;最后,提出了基于接入优先权分类机制的MTC设备高能效接入算法。仿真研究表明,相比传统的扩展接入等级控制(Extend Access Barring,EAB)机制接入算法,该方案有效地提高了设备的接入成功率,降低了设备的接入时延,解决了海量设备突发接入带来的系统过载问题。(2)研究了M2M/H2H共存的蜂窝物联网中基于NOMA的上行资源分配方案。针对现有的资源分配算法无法适应海量新型M2M通信业务需求的问题,我们提出了一种基于NOMA的上行资源分配方案:首先,根据M2M设备的属性将相同或者相似属性的设备规划至同一簇群以降低资源分配的复杂度;然后,将同一簇群内的M2M/H2H终端设备按照服务质量(Quality of Service,QoS)等级划分不同的接入优先级,以降低设备接入拥塞;最后,根据接入优先级同时结合NOMA技术进行多终端的子载波-功率联合控制,实现不同QoS等级的设备共享同一个子载波。仿真结果表明,与传统的正交多址(Orthogonal Multiple Access,OMA)技术相比,本文提出的基于NOMA的资源分配方案可以在保证H2H设备良好的接入性能下,显著的提升了蜂窝物联网中成功连接的M2M设备的数量。