本文關(guān)鍵詞：蜂窩系統(tǒng)M2M通信隨機(jī)接入技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著通信互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的興起,越來(lái)越多的機(jī)器類設(shè)備將擁有接入網(wǎng)絡(luò)的能力。在無(wú)人干預(yù)的條件下,機(jī)器之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自主進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的機(jī)器與機(jī)器(M2M)通信是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中最重要的一環(huán)。3GPP中研究的M2M通信也稱為機(jī)器類通信(MTC),主要通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要針對(duì)人與人(H2H)通信的特點(diǎn)而設(shè)計(jì),需要重新對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)接入技術(shù)進(jìn)行演進(jìn),使得其滿足M2M用戶接入網(wǎng)絡(luò)的需求。本文基于蜂窩系統(tǒng)的M2M通信隨機(jī)接入技術(shù)開(kāi)展研究。本文首先討論了蜂窩系統(tǒng)M2M通信中面臨的主要問(wèn)題,即當(dāng)大量的M2M用戶同時(shí)向基站發(fā)起隨機(jī)接入請(qǐng)求時(shí),導(dǎo)致蜂窩LTE-A系統(tǒng)的隨機(jī)接入網(wǎng)(RAN)和核心網(wǎng)(CN)擁塞,嚴(yán)重降低了M2M用戶接入網(wǎng)絡(luò)的成功率和整個(gè)蜂窩系統(tǒng)的資源利用率。接著闡述了3GPP中現(xiàn)有的如時(shí)隙Aloha,動(dòng)態(tài)RACH資源分配、特定時(shí)隙回退和特定時(shí)隙接入等方案,并分析各類擁塞控制方案的優(yōu)缺點(diǎn),建立分析方案性能的數(shù)學(xué)模型,仿真比較了四種典型的方案,結(jié)果表明特定時(shí)隙接入方案是目前所選方案中最優(yōu)的。其次,本文提出了基于空間重用的隨機(jī)接入方案,分別從M2M用戶分組、廣域資源分配、局域資源分配、局域競(jìng)爭(zhēng)子過(guò)程、以及廣域接入子過(guò)程等多個(gè)方面對(duì)本方案進(jìn)行了詳細(xì)的描述。提出了將蜂窩小區(qū)內(nèi)的M2M用戶按其地理位置進(jìn)行分組的最優(yōu)圓覆蓋算法,使得蜂窩小區(qū)劃分為局域和廣域兩個(gè)部分；啟發(fā)式地提出了帶外和帶內(nèi)局域資源分配算法,該算法讓蜂窩系統(tǒng)資源得到最大化的利用；設(shè)計(jì)了分布式的局域競(jìng)爭(zhēng)子過(guò)程的協(xié)議和無(wú)競(jìng)爭(zhēng)廣域接入子過(guò)程的協(xié)議。M2M用戶通過(guò)從局域資源中選取前導(dǎo)信號(hào)并以局域功率發(fā)送信號(hào)從而開(kāi)展局域競(jìng)爭(zhēng)子過(guò)程,競(jìng)爭(zhēng)勝出的M2M用戶繼而從廣域資源中選擇前導(dǎo)信號(hào)以廣域功率發(fā)送信號(hào)開(kāi)展廣域接入子過(guò)程,最終完成隨機(jī)接入過(guò)程,與基站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通過(guò)仿真分析,結(jié)果表明所提隨機(jī)接入方案在性能上明顯優(yōu)于同參數(shù)條件下的已有隨機(jī)接入方案的性能,尤其表現(xiàn)在平均接入延時(shí)和隨機(jī)接入機(jī)會(huì)利用率這兩個(gè)性能指標(biāo)上,空間復(fù)用方案的平均接入延時(shí)比已有的最優(yōu)方案降低了約60%,機(jī)會(huì)利用率提高了25%。最后,本文進(jìn)一步研究了M2M用戶能量效率問(wèn)題。一方面,運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)中K-means算法對(duì)M2M用戶進(jìn)行分組,通過(guò)降低分組的半徑從而達(dá)到間接優(yōu)化能效的目的,仿真結(jié)果表明K-means算法能有效減小分組半徑。另一方面,提出了功率優(yōu)化算法,分別對(duì)M2M用戶的局域競(jìng)爭(zhēng)功率和廣域接入功率進(jìn)行優(yōu)化,直接降低M2M用戶的能量消耗,提高M(jìn)2M設(shè)備的平均能效,仿真結(jié)果表明優(yōu)化后的M2M用戶能效較優(yōu)化前提高了約1倍。
【關(guān)鍵詞】：IoT LTE-Advanced M2M 擁塞控制 隨機(jī)接入 空間重用 能量效率
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.53
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 本論文專用術(shù)語(yǔ)的注釋表12-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 研究背景及意義14-17
• 1.2 論文的內(nèi)容安排17-20
• 第二章 M2M通信隨機(jī)接入負(fù)載控制20-40
• 2.1 引言20
• 2.2 LTE-A系統(tǒng)隨機(jī)接入20-23
• 2.2.1 隨機(jī)接入資源20-22
• 2.2.2 隨機(jī)接入過(guò)程22-23
• 2.3 蜂窩M2M通信隨機(jī)接入擁塞23-25
• 2.3.1 基于蜂窩LTE-A網(wǎng)絡(luò)的M2M通信隨機(jī)接入擁塞23-25
• 2.3.2 M2M用戶接入流量模型25
• 2.4 蜂窩M2M通信負(fù)載控制25-28
• 2.4.1 時(shí)隙Aloha25-26
• 2.4.2 接入控制阻止26
• 2.4.3 RACH資源劃分26-27
• 2.4.4 動(dòng)態(tài)RACH資源分配27
• 2.4.5 特定時(shí)隙回退27-28
• 2.4.6 特定時(shí)隙接入28
• 2.4.7 基于PULL的方法28
• 2.5 性能分析模型28-31
• 2.6 性能仿真分析31-38
• 2.7 本章小結(jié)38-40
• 第三章 基于空間復(fù)用的蜂窩M2M用戶隨機(jī)接入40-60
• 3.1 引言40
• 3.2 M2M用戶分組40-42
• 3.3 M2M用戶隨機(jī)接入功率42-43
• 3.4 隨機(jī)接入資源分配43-49
• 3.4.1 廣域資源分配44
• 3.4.2 帶外局域資源分配44-47
• 3.4.3 帶內(nèi)局域資源分配47-49
• 3.5 局域競(jìng)爭(zhēng)子過(guò)程49-50
• 3.6 廣域接入子過(guò)程50-52
• 3.6.1 基于無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的廣域接入51-52
• 3.6.2 基于競(jìng)爭(zhēng)的廣域接入52
• 3.7 性能仿真分析52-59
• 3.8 本章小結(jié)59-60
• 第四章 基于蜂窩系統(tǒng)的M2M通信能量效率60-72
• 4.1 引言60-61
• 4.2 蜂窩系統(tǒng)M2M通信能效問(wèn)題研究61-62
• 4.3 基于能效優(yōu)化的M2M用戶分組方法62-65
• 4.3.1 K-means算法63
• 4.3.2 M2M組長(zhǎng)選擇63-64
• 4.3.3 仿真分析64-65
• 4.4 M2M隨機(jī)接入功率優(yōu)化65-71
• 4.4.1 M2M用戶局域競(jìng)爭(zhēng)能效65-67
• 4.4.2 M2M用戶廣域接入能效67-68
• 4.4.3 功率優(yōu)化算法68-69
• 4.4.4 仿真分析69-71
• 4.5 本章小結(jié)71-72
• 第五章 總結(jié)展望72-74
• 5.1 全文總結(jié)72
• 5.2 未來(lái)展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果78-80
• 致謝80

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本文編號(hào)：332097