面向巨連接的無(wú)線(xiàn)接入控制和資源分配.pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及接入設(shè)備數(shù)量的爆炸式增長(zhǎng)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)和核心網(wǎng)都面臨巨大的數(shù)據(jù)傳輸和服務(wù)壓力，第五代移動(dòng)通信（5G）網(wǎng)絡(luò)已成為全球研發(fā)熱點(diǎn)。5G網(wǎng)絡(luò)將逐步演化成為一個(gè)異構(gòu)互聯(lián)的融合網(wǎng)絡(luò)，其業(yè)務(wù)是包含了多種應(yīng)用的人與人之間，人與物之間以及物與物之間的多種業(yè)務(wù)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的飛速發(fā)展更是對(duì)未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的接入能力提出了極高的要求。為了支持多樣化的業(yè)務(wù)需求，保證不同場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)管理以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩悩?gòu)互

2、聯(lián)的融合網(wǎng)絡(luò)下多種業(yè)務(wù)的有效承載將是未來(lái)研究的熱點(diǎn)，而進(jìn)行承載的第一步是進(jìn)行有效的接入。因此在當(dāng)前新興的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中針對(duì)智能化的無(wú)線(xiàn)接入問(wèn)題進(jìn)行研究正當(dāng)其時(shí)。
　　另一方面，現(xiàn)有機(jī)制無(wú)法適應(yīng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)靈活的流量調(diào)度和高效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)要求。其中機(jī)器與機(jī)器（Machine to Machine, M2M）通信業(yè)務(wù)作為巨連接應(yīng)用場(chǎng)景下物聯(lián)網(wǎng)最主要的存在形式，其接入過(guò)程得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。未來(lái)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中M2M終端用戶(hù)

3、的數(shù)量與密度將急劇上升，面對(duì)M2M通信的海量接入需求，單純地依賴(lài)宏基站進(jìn)行接入將造成網(wǎng)絡(luò)擁塞和過(guò)載，從而導(dǎo)致M2M用戶(hù)接入時(shí)延增大、分組數(shù)據(jù)包丟失甚至服務(wù)中斷無(wú)法滿(mǎn)足其通信需求。因此，如何大幅提升系統(tǒng)的接入能力成為迫切需要解決的問(wèn)題。并且為了滿(mǎn)足不同類(lèi)型M2M業(yè)務(wù)的服務(wù)需求，則需要設(shè)計(jì)更合適的無(wú)線(xiàn)資源分配管理機(jī)制。
　　由于接入控制和資源分配機(jī)制對(duì)海量連接場(chǎng)景下 M2M業(yè)務(wù)終端用戶(hù)的接入過(guò)程有著重要的作用，本文針對(duì)這一過(guò)程所遇到的

4、擁塞過(guò)載以及資源塊的分配問(wèn)題進(jìn)行研究，提出了有效的接入擁塞控制機(jī)制和合理的傳輸資源分配方案，主要成果概括如下：
　　1）根據(jù)M2M通信的群組特性，通過(guò)分析現(xiàn)有關(guān)于M2M通信的相關(guān)研究以及設(shè)備間通信的協(xié)議與要求，提出了一種具有擁塞控制功能并且適用于機(jī)器類(lèi)通信（Machine Type Communication, MTC）的設(shè)備間通信接入機(jī)制。首先MTC設(shè)備之間進(jìn)行自主通信，建立通信連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸匯聚，然后再由匯聚了數(shù)據(jù)的設(shè)備發(fā)

5、起后續(xù)的隨機(jī)接入過(guò)程。該擁塞控制機(jī)制，能夠有效降低MTC設(shè)備的接入碰撞次數(shù)以及接入時(shí)延，提高設(shè)備接入效率的同時(shí)緩解基站的接入擁塞。
　　2）運(yùn)用智能學(xué)習(xí)的方式對(duì)處于重疊覆蓋范圍內(nèi) MTC設(shè)備接入基站的選擇過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，以最小化MTC設(shè)備的平均接入時(shí)延為優(yōu)化目標(biāo)，在最大程度上降低設(shè)備的平均接入時(shí)延。首先，在處于多個(gè)基站覆蓋范圍內(nèi)的MTC設(shè)備發(fā)起接入請(qǐng)求之前，設(shè)備將獨(dú)立地進(jìn)行觀(guān)測(cè)、學(xué)習(xí)，通過(guò)學(xué)習(xí)得到可接入的基站信號(hào)強(qiáng)度以及負(fù)載量，并從

6、中選擇一個(gè)能夠使其接入時(shí)延最低的基站進(jìn)行接入。由仿真結(jié)果可知，基于 Q學(xué)習(xí)的智能接入基站選擇機(jī)制能夠有效的降低 MTC設(shè)備的接入時(shí)延和碰撞次數(shù)，并在一定程度上均衡了基站負(fù)載。
　　3）提出了一種基于合作Q學(xué)習(xí)的高效資源分配方案，利用基站學(xué)習(xí)和交換信息得到的環(huán)境知識(shí)使用分布式協(xié)作的方式進(jìn)行資源塊分配，并運(yùn)用蒙特卡羅規(guī)劃的UCT算法來(lái)進(jìn)行最優(yōu)資源分配策略搜索。本資源分配方案能夠在較短的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)獲得最優(yōu)的資源分配策略，并能夠按照不同業(yè)