窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow-Band Internet of Things,NB-IoT)技術(shù)作為一種新興的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)目前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在各種物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下以滿足物聯(lián)網(wǎng)終端的通信需求。然而隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)入各行各業(yè),海量的設(shè)備需要接入到蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,對(duì)網(wǎng)絡(luò)有限能量以及頻率的高利用提出了挑戰(zhàn)。此外,由于大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備部署在通信環(huán)境比較惡劣的地方,對(duì)于NB-IoT的覆蓋能力也提出了更高的要求。本文基于這些問(wèn)題,在NB-IoT海量設(shè)備接入的場(chǎng)景下,提出了一種基于分簇的能效最優(yōu)的功率控制和資源分配方法,增強(qiáng)系統(tǒng)的能效,提高設(shè)備接入率,并針對(duì)于NB-IoT小區(qū)覆蓋能力不足的場(chǎng)景,引入設(shè)備到設(shè)備(Device-to-Device,D2D)簇通信,提出了一種基于D2D簇通信的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強(qiáng)機(jī)制,提升系統(tǒng)整體的邊緣速率,增強(qiáng)系統(tǒng)的覆蓋能力。具體來(lái)講,1)基于分簇的能效最優(yōu)的功率控制和資源分配方法研究,首先,本文采用了一種基于高密度聚類中心進(jìn)行快速聚類的算法將設(shè)備聚類成簇,并通過(guò)設(shè)備終端復(fù)用信道來(lái)充分利用有限的頻譜資源。其次,由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能耗敏感,本文提出在分簇內(nèi)基于剩余電量最優(yōu)的策略進(jìn)行簇頭選擇。再次,針對(duì)這種分簇的NB-IoT網(wǎng)絡(luò),本文提出了系統(tǒng)能效最優(yōu)模型,然后采用非合作博弈論理論考慮分簇內(nèi)設(shè)備和非分簇內(nèi)設(shè)備之間所有可行的信道復(fù)用方案,并通過(guò)求解納什均衡點(diǎn)來(lái)獲得NB-IoT設(shè)備的最佳發(fā)射功率。最后,通過(guò)使用匈牙利方法從這些可行的信道分配中獲得完美匹配。2)對(duì)于基于D2D簇通信的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強(qiáng)機(jī)制研究,首先,本文提出了基于匈牙利算法的D2D成簇算法,通過(guò)該算法求得系統(tǒng)中斷概率最低的D2D成簇方案。其次,本文提出了在蜂窩設(shè)備和D2D設(shè)備相互復(fù)用信道資源情況下的邊緣速率最大的系統(tǒng)優(yōu)化模型。最后,本文將該模型分解為2個(gè)子問(wèn)題求解:功率控制和信道分配子問(wèn)題,對(duì)于第一個(gè)子問(wèn)題,本文通過(guò)博弈論求得在最大化系統(tǒng)邊緣速率的情況下所有設(shè)備的最佳發(fā)射功率,之后利用匈牙利算法來(lái)獲得第二個(gè)子問(wèn)題的最優(yōu)信道分配策略。總之,本文針對(duì)海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的能耗和覆蓋需求,分別提出了基于分簇的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)下能效最優(yōu)的功率控制和資源分配方法和基于D2D簇通信的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強(qiáng)機(jī)制來(lái)分別提升NB-IoT網(wǎng)絡(luò)中的能量效率和覆蓋能力,從而保障海量物聯(lián)網(wǎng)的連接能力。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.44;TN929.5
【部分圖文】：

Ｉｎｔｅｒｎｅｔ?ｏｆ?Ｔｈｉｎｇｓ）通俗理解是物與物之間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)的一個(gè)延伸，其核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)。我們可以從以下兩個(gè)網(wǎng)進(jìn)行理解。一方面物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展依然是以互聯(lián)網(wǎng)為核心，依賴于發(fā)展，另一方面物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將互聯(lián)網(wǎng)中作為用戶主體的人擴(kuò)展到了信的方式也由之前的人與人，人與物之間的通信拓展到了物與物之。??聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)??的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)從傳輸距離上區(qū)分為兩類：短距離通信技術(shù)和低信技術(shù)。短距離通信技術(shù)的代表是藍(lán)牙（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、ＷｉＦｉ?（Ｗｉｒ等技術(shù)；對(duì)于低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)，其又可以分為兩類：一類權(quán)頻段的技術(shù)，如Ｌｏｒａ?（Ｌｏｎｇ?Ｒａｎｇｅ）、Ｓｉｇｆｏｘ等，這類技術(shù)大多；另一類是工作在授權(quán)頻譜的技術(shù)，如ＧＳＭ?（Ｇｌｏｂａｌ?Ｓｙｓｔｅｍ?ｆｏｒ?Ｍｃａｔｉｏｎ），ｅＭＴＣ?（ｅｎｈａｎｃｅｄ?Ｍａｃｈｉｎｅ?Ｔｙｐｅ?ｏｆ?Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ），?ＮＢ－ｌｏＴ?－１為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的對(duì)比。??Ｔ速率??

方法能夠顯著提升系統(tǒng)整體的能效，同時(shí)提高了系統(tǒng)終端設(shè)備接入率。??３．２基于分簇的ＮＢ－ＩｏＴ網(wǎng)絡(luò)中的資源分配機(jī)制??本章節(jié)考慮如圖３－１所示的場(chǎng)景，每個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)ＮＢ－ＩｏＴ宏基站以??及大量的ＮＢ－ＩｏＴ終端設(shè)備。為了達(dá)到本文提升ＮＢ－ＩｏＴ網(wǎng)絡(luò)能效的目標(biāo)，我們??將采用聚類的方法來(lái)對(duì)同一時(shí)刻并發(fā)活躍的ＮＢ－ＩｏＴ設(shè)備終端進(jìn)行分簇，從而形??成基于分簇的兩跳ＮＢ－ＩｏＴ蜂窩網(wǎng)絡(luò)，然后在每個(gè)分簇內(nèi)選擇一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)作為??中繼，與基站進(jìn)行通信。由于簇內(nèi)普通用戶設(shè)備可以復(fù)用蜂窩用戶設(shè)備的信道資??源，在復(fù)用的信道中進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，簇內(nèi)普通用戶設(shè)備會(huì)對(duì)蜂窩用戶設(shè)備產(chǎn)生??干擾，蜂窩用戶設(shè)備也會(huì)對(duì)簇內(nèi)普通用戶設(shè)備產(chǎn)生干擾。所以在整個(gè)系統(tǒng)中將存??在三類活躍ＮＢ－ＩｏＴ終端：未分入分簇內(nèi)的普通設(shè)備分簇內(nèi)的簇頭設(shè)備，??以及分簇內(nèi)的普通設(shè)備乃＂

?ｉｗｅｒｉｅｒｅｎｅ？?Ｕｂｉｃｉｓ？＜｜??圖３－１基于分簇的ＮＢ－ｌｏＴ系統(tǒng)模型圖??本文所提出的基于分簇的ＮＢ－ＩｏＴ網(wǎng)絡(luò)下面向能效的資源管理整體機(jī)制如圖??３－２所示，其由聚類過(guò)程，簇頭選取，功率控制，信道分配及數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程５部??分構(gòu)成。接下來(lái)，本章將簡(jiǎn)單介紹下這５部分。??１８??
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本文編號(hào)：2837520