基于业务分级的大规模机器类通信接入机制研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘 要 5G 研究中的三大场景中包含了大规模机器类通信，增强移动宽带和超高可靠 超低时延通信。大规模机器类通信的出现表明通信已经从原有简单的人与人通信 发展到人与机器通信，甚至机器与机器通信。但受限于有限的前导码资源，现有 的无线接入网络无法满足大量机器类通信产生的接入需求。因此无线接入网络的 资源有效分配已经成为移动网络通信的关键环节之一。 为了应对这种挑战，本文研究了随机接入的特点，分析其资源瓶颈，并基于 此提出基于业务分级的接入机制。本文通过分析智能电网，分别归纳了机器类通 信和人类通信的特点，对此提出了通过聚类降低请求接入的用户数量的方法。其 次发现机器类通信在信息传输过程中，同一机器节点存在周期信息和紧急信息的 特点。基于此本文创新性的提出了对用户业务进行分类，对不同优先级的业务采 用不同方式进行传输，相比于传统接入算法，本文提出的算法有效提升了用户的 接入成功率，降低了接入时延。 本文首先通过近邻传播（Affinity Propagation ，AP ）聚类算法对机器类用户进 行聚类，以减少在同一时间请求接入的用户数量。本文对簇内不同优先级的业务 采用不同的传输方式，对高优先级业务采用信道优先访问（Priority Channel Access ， PCA ）算法进行传输，对低优先级业务采用载波侦听多路访问/冲突避免（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA ）进行传输，以保证高 优先级业务的传输。 其次，本文分析了随机接入过程中的资源瓶颈，即有限的前导码资源。本文 基于资源划分的前导码资源分配策略，提出了基于业务分级的前导码资源分配策 略。通过理论分析和实验，证明了本文提出的业务分级方法可以针对性的提升机 器类通信中高优先级业务的接入成功率，降低其接入时延。 最后基于以上研究，本文提出了对分簇后的机器类用户以及人类通信接入请 求的资源划分方案。首先通过资源划分保证人类通信的接入成功率，然后对于机 器类通信的高优先级业务和低优先级业务采用不同方式进行接入。对低优先级业 务采用随机接入的方式进行接入，对高优先级业务采用分布式队列的方式进行接 入。由于分布式队列的接入方式对前导码的需求具有随机性，因此本文提出动态 分配前导码资源的方法，使高优先级业务能释放闲置前导码资源给低优先级业务 进行传输，进一步提升前导码的资源利用率。最大碰撞解决队列（Collision Resolution Queue ，CRQ ）用于保证高优先级业务的传输，但为了平衡机器类型通 信的高优先级业务和人类通信，本文提出将 CRQ 的数量随人类通信用户数量和机 I 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 器类通信数量的高优先级业务动态变化，在用户数量较大时，将 H2H 用户的接入 成功率提升至 96.2%，高优先级业务成功率提升至 97.5% 。 关键词：随机接入；前导码资源；资源划分；机器类通信；分布式队列 II 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 Abstract With the widespread coverage of cellular networks and the popularity of smart devices, mobile network provides comprehensive services for peoples lives. Communication has evolved from