机器类型通信中随机接入信道的拥塞控制研究

摘要

随着3GPP-LTE的快速发展，网络服务商提供无处不在的无线网络覆盖已成为可能，这样，一种新的通信类型即机器类型通信应运而生，它为人类的各种电子自动化应用提供了一个广阔的前景。目前，机器类型通信的应用已几乎深入到人类生活的每一个角落，如智能电网中的智能电表、桥梁安全监测中的传感器和各种智能家用电器等等。这样，如何保证网络的服务质量，提供良好的用户体验，成为业界一致关注的问题。其中，一个关键问题是，当数量巨大的MTC器件同时向基站发起随机接入时，便会造成严重的随机接入信道拥塞，降低网络的服务质量。因此，本文就将针对机器类型通信中随机接入信道的拥塞控制问题进行探讨和研究。
　　虽然当前国内外已经对这一问题作了若干研究，但它们忽略掉了有可能进一步提升网络性能的随机接入前导检测所提供的信息。本文首先介绍了一种基于随机接入前导功率检测的MTC器件自适应拥塞控制策略，然后又介绍了两种随机接入信道拥塞的退避控制算法。
　　在基于随机接入前导功率检测的基础上，我们提出了一种自适应拥塞控制策略，它让基站可以对随机接入的MTC器件的数量作出更精准的估计，进而让MTC器件可以利用基站的广播信息去自适应地调整各自的接入时间，实现基站的负载均衡，从而大大地缓解随机接入信道拥塞，保证网络的服务质量;并且，我们从信息论的角度利用最大熵原理证明了方案选择的合理性。接着，本文介绍了最优接入控制算法，就它的各项性能进行了理论上的分析;同样，我们介绍了基于准入门限的拥塞控制策略的基本流程，并将它和接入类别限制(ACB)策略进行了对比仿真和分析。
　　本文通过仿真实验从三个性能指标分别对比了ACB策略和自适应策略的优劣性。结果表明，我们提出的自适应拥塞控制策略可以对严重的随机接入信道拥塞问题表现出更好的网络性能，即更高的随机接入成功概率，和更低的随机接入平均时延，从而提高了网络的服务质量，优化了机器类型通信的应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 机器类型通信简介

1．2．1 3GPP-LTE简介

1．2．2 机器类型通信

1．2．3 随机接入信道

1．3 随机接入信道拥塞控制研究现状

1．4 研究内容简介

1．5 论文组织结构

1．6 本章小结

第二章 机器类型通信相关论述

2．1 机器类型通信网络架构

2．1．1 MTC器件和一个或多个MTC服务器进行通信

2．1．2 MTC器件和MTC器件之间进行通信

2．2 机器类型通信的特点

2．3 随机接入过程

2．3．1 随机接入的作用

2．3．2 随机接入产生的原因及分类

2．3．3 随机接入过程分析

2．4 本章小结

第三章 自适应随机接入信道拥塞控制策略

3．1 系统模型描述

3．2 接入类别限制(ACB)策略

3．2．1 MTC器件的数据传输流程

3．2．2 ACB策略概述

3．2．3 ACB策略的具体流程

3．3 随机接入MTC器件数目估计

3．3．1 随机接入前导功率检测

3．3．2 RACH过载判断

3．3．3 MTC器件数目估计

3．4 自适应RACH拥塞控制策略

3．4．1 基本思想

3．4．2 策略描述

3．4．3 均匀分布—最大熵原理

3．4．4 基本执行流程

3．5 实验仿真与结果分析

3．5．1 仿真环境配置介绍

3．5．2 仿真结果及分析

3．6 本章小结

第四章 随机接入信道拥塞的退避控制算法

4．1 最优接入控制算法

4．1．1 系统假设

4．1．2 基本思想和参数描述

4．1．3 性能分析

4．2 基于准入门限的拥塞控制策略

4．2．1 基本流程

4．2．2 基站侧的处理流程

4．2．3 MTC终端侧的处理流程

4．2．4 仿真与分析

4．3 其它的几种RACH拥塞控制策略

4．3．1 简单的退避(Backoff-based)策略

4．3．2 分配独立的RACH资源

4．3．3 RACH资源的动态分配策略

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 未来工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果