【摘要】：隨著第五代(the Fifth Generation,5G)移動(dòng)通信時(shí)代的到來(lái),人類社會(huì)生活的多個(gè)方面發(fā)生了巨大的變化,機(jī)器類通信(Machine Type Communication,MTC)技術(shù)作為5G關(guān)鍵技術(shù)之一,可以容納大量設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò),在業(yè)界得到越來(lái)越多的關(guān)注。目前針對(duì)MTC的研究,主要存在以下挑戰(zhàn):在網(wǎng)絡(luò)側(cè),大量設(shè)備同時(shí)接入基站,會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)的接入擁塞;在設(shè)備側(cè),為了保證設(shè)備壽命,需要解決機(jī)器類通信的能耗問(wèn)題;在業(yè)務(wù)側(cè),機(jī)器類通信設(shè)備(Machine Type Communication Device,MTCD)受限于自身計(jì)算能力,無(wú)法支持業(yè)務(wù)的計(jì)算需求。針對(duì)其中機(jī)器類通信網(wǎng)絡(luò)側(cè)的接入擁塞問(wèn)題以及用戶側(cè)的計(jì)算遷移問(wèn)題,做了以下三方面研究:針對(duì)MTC的大規(guī)模設(shè)備接入擁塞問(wèn)題,在基于簇群的MTC場(chǎng)景下,提出了接入控制和資源分配的聯(lián)合優(yōu)化策略。在多小區(qū)干擾環(huán)境下,分析了接入設(shè)備選擇、信道資源和發(fā)送功率分配,構(gòu)建了以示性函數(shù)為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)對(duì)構(gòu)建的耦合優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行拆分,分別使用凸優(yōu)化方法和匈牙利算法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解,仿真驗(yàn)證了所提算法對(duì)MTC接入性能的提升。此外,在兩小區(qū)場(chǎng)景下,基于拉格朗日乘子法,推導(dǎo)了功率分配的最優(yōu)閉式解。針對(duì)MTC的計(jì)算業(yè)務(wù)受限問(wèn)題,在動(dòng)態(tài)MTC場(chǎng)景下,提出了接入控制和計(jì)算遷移的聯(lián)合優(yōu)化策略,構(gòu)建了集中式接入控制和計(jì)算遷移的耦合NP-hard優(yōu)化問(wèn)題,為了求解耦合問(wèn)題,首先在固定資源分配的基礎(chǔ)上,提出了啟發(fā)式的算法尋找最優(yōu)接入和遷移矩陣,接著求解資源優(yōu)化問(wèn)題,獲得無(wú)線資源和計(jì)算資源分配方案,仿真驗(yàn)證了所提算法在保證時(shí)延條件下的接入和計(jì)算性能。在動(dòng)態(tài)MTC場(chǎng)景下,提出了基于分布式博弈的接入與計(jì)算遷移策略,在MTCD時(shí)延受限條件下,同時(shí)優(yōu)化MTCD端接入效益和MEC服務(wù)器端資源總收益。構(gòu)建了Stackelberg博弈模型,分布式求解兩端的優(yōu)化問(wèn)題,利用對(duì)數(shù)函數(shù)將MTCD端的NP-hard優(yōu)化問(wèn)題松弛為幾何規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行求解,仿真驗(yàn)證了分布式博弈算法達(dá)到均衡兩端收益的效果,并驗(yàn)證了所提算法相比傳統(tǒng)算法的性能提升。
【圖文】：

提高數(shù)據(jù)速率，吞吐量和減少延遲，而ＭＴＣ需要重點(diǎn)支持大規(guī)模ＭＴＣＤ，主要是逡逑面向小型，周期性和不頻繁的上行設(shè)備接入。逡逑圖１－１是３ＧＰＰ提出的ＭＴＣ的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，ＭＴＣＤ在網(wǎng)絡(luò)中既可以直接與逡逑基站建立連接，，也可以通過(guò)成簇的方式先與ＭＴＣ邋Ｇａｔｅｗａｙ建立連接，接著由簇逡逑頭與基站建立連接。通過(guò)這樣的方式可以提高ＭＴＣＤ的接入效率，從而支持逡逑ＭＴＣＤ的多樣化接入需求。此外，ＭＴＣ網(wǎng)絡(luò)還能正常支撐蜂窩用戶的接入和數(shù)逡逑３逡逑

逑數(shù)據(jù)傳輸逡逑圖２－１邋ＭＴＣＤ隨機(jī)接入過(guò)程逡逑然而，一次有效的設(shè)備傳輸過(guò)程不僅僅需要解決接入擁塞問(wèn)題，還需要合理逡逑地分配設(shè)備信道和數(shù)據(jù)傳輸功率，才能在建立連接后保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)模樱桑危抑笜?biāo)逡逑滿足條件［５３＿％。本文中，定義接入控制為通過(guò)分配前導(dǎo)碼來(lái)選擇接入設(shè)備，定義逡逑資源分配為分配設(shè)備信道和傳輸功率�？紤]在多小區(qū)聯(lián)合同步選擇接入設(shè)備，分逡逑配設(shè)備信道和分配傳輸功率，聯(lián)合分析接入控制和資源分配前后兩個(gè)過(guò)程，優(yōu)化逡逑有效接入ＭＴＣＤ數(shù)量。逡逑２．２系統(tǒng)模型逡逑２．２．１網(wǎng)絡(luò)模型逡逑本文系統(tǒng)構(gòu)建的ＭＴＣ上行傳輸場(chǎng)景如圖２－２所示，這是一個(gè)兩級(jí)無(wú)線接入逡逑網(wǎng)絡(luò)，以緩解擁塞問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模有效接入為目的。系統(tǒng)模型中考慮ＡＴ個(gè)小區(qū)逡逑協(xié)作
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN929.5

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本文編號(hào)：2647013