[发明专利]一种机器类通信随机接入过程的前导码分配方法

说明书

本发明公开了一种机器类通信随机接入过程的前导码分配方法，它包括：S1：建立前导码分配机制与瓮模型；S2：根据模型定义接入空闲和/或接入成功和/或接入冲突的概率；S3：求取最优前导码数量根据最优前导码数量进行前导码分配。本发明结合瓮模型和博弈论，以最大接入成功概率为目标，研究了H2H与MTC混合接入且终端数量给定时的最优前导码分配策略。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是一种机器类通信随机接入过程的前导码分配方法。

背景技术

机器类通信(MTC,machine type communications)定义为通过蜂窝网络进行数据传输的机器与机器(M2M,machine to machine)通信，即学术界和业界熟知的移动 M2M通信或蜂窝网M2M通信，其应用领域涵盖智能电网、智能交通、智能家居、远程测量、无线传感器网络等，是新兴物联网与未来泛在网络不可或缺的重要组成部分。广泛的行业应用意味着海量的MTC终端。思科和爱立信的研究报告指出：到2015 年和2020年，MTC终端将分别达到250亿和500亿，与72亿和80亿的人口数量相比，MTC终端的总量将是H2H(human to human)终端总量的4-6倍。3GPP(the 3rd generation partner project)的研究报告也指出：单个小区内MTC终端的数目则可能达到3.5万，是单个小区内H2H终端数目的10-30倍。如此大规模的MTC终端向承载网络发起通信请求时，其瞬时突发性将造成网络的严重拥塞或流量过载，目前设计适应该特点的接入控制机制与资源分配策略是MTC的热点研究方向。

由海量MTC终端同步入网带来的流量过载将影响包括无线接入网、核心网和控制平面在内的网络的各个部分。随机接入过程是终端和网络进行通信的初始接入过程，是保证通信建立的决定性环节，其接入控制机制设计与性能分析显得尤为重要，受到标准化组织和学术界的广泛关注。作为该领域的重要参与者，3GPP提出以下六个候选研究方向：①访问类别限制机制(access class barring)；②MTC专属的随机接入资源(separate RACHresources for MTC)；③动态分配随机接入资源(dynamic allocation of RACHresources)；④MTC专属的退避机制(MTC specific back-off scheme)；⑤受控时隙内的准入机制(slotted access)；⑥动态唤醒机制(pull based scheme)。上述候选方向为MTC过载控制机制的设计提供了很好的参考，然而目前仅①、⑤和⑥具有被3GPP认可的较为成熟的工程化方案。现有技术1(Tauhidul Islam M,Taha A E M,Akl S.A Survey of AccessManagement Techniques in Machine Type Communications[J].IEEE CommunicationsMagazine,2014,52(4):74-81.)和现有技术 2(Laya A,Alonso L,Alonso-Zarate J.Isthe Random Access Channel of LTE and LTE-A Suitable for M2M Communications:ASurvey of Alternatives[J].IEEE Communications SurveysTutorials,2014,16(1):4-16.)全面总结了近年该领域的研究成果，结果表明：①3GPP之外的研究成果也可归为上述几类，或单独改进某类候选方向，或改进某几类候选研究方向的组合；②关于媒体访问控制(MAC)流程的优化与性能分析较多，但关于随机接入资源分配的研究却相对较少。现有技术3(王伟.LTE随机接入中的前导码管理与退避算法[D].北京交通大学,2009.)分析了纯H2H业务场景下基于资源共享和预约的前导码管理方案的接入冲突和成功概率。现有技术4(Ki-Dong Lee,Sang Kim and Byung Yi.Throughput Comparison of Random AccessMethods for M2M Service Over LTE Networks[A].IEEE GLOBECOM Workshops[C].Houston,USA,2011:373-377.)设H2H和M2M的到达过程均为Poisson过程，对比分析了3GPP两类前导码共享机制的吞吐量。然而现有技术3和4均未给出共享资源的最优配比。现有技术5(Pang Y,Chao S,Lin G,et al.Network Access for M2M/H2H Hybrid Systems:AGame Theoretic Approach[J].IEEE Communications Letters,Early Access.)运用博弈论，以吞吐量最大为目标，分析了H2H和MTC混合接入且共享资源配比固定时的负载均衡策略，但并没有研究其逆问题。现有技术6(Kim D,Kim W,An S.Adaptive random accesspreamble split in LTE[A].IEEE Wireless Communications and Mobile ComputingConference[C].Sardinia,Italy,2013:814-819.) 分析了纯H2H业务场景下基于普通用户和专属用户比例的资源共享方案，通过实时估计两类用户的数目可实现自适应资源分配。然而上述研究多参照ALOHA系统的吞吐量计算办法求取接入冲突和成功概率，一方面没有反应终端个数和资源个数的影响和作用，另一方面也使得这类分析受限于泊松到达过程，难以推广到具有非泊松特性的MTC应用场景。