基于机器学习的LTE网络的动态空白子帧分配方法组成比例

本发明专利技术提供了一种基于机器学习的LTE网络的动态空白子帧分配方法。该方法包括：将业务需求类似的M2M设备分在同一个组，各个分组的组长M2M设备将组内的各个M2M设备的资源需求信息通过基站发送给服务器，各个小组所处范围内的Wi‑Fi设备将自身的资源需求信息通过基站发送给到服务器；服务器通过机器学习算法训练得到空白子帧的动态分配模型，并发送给基站；基站根据接收到的空白子帧的动态分配模型对M2M设备和Wi‑Fi设备进行空白子帧分配。本发明专利技术通过机器学习的方法，训练动态分配空白子帧的数学模型，周期性的调整空白子帧的帧结构，提升系统资源的利用率。让M2M通信更加智能化，合理化。本发明专利技术减少信令开销的同时，提高训练精度与速度。

【技术实现步骤摘要】
基于机器学习的LTE网络的动态空白子帧分配方法
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种基于机器学习的LTE网络的动态空白子帧分配方法。
技术介绍
随着M2M(Machinetomachine，机器到机器)业务的快速发展，M2M与LTE-A(LTE-Advanced)网络的融合是未来通信发展的必然趋势，同时也是第五代移动通信(5G)中的一个重要应用场景。但这也给基于LTE(LongTermEvolution，长期演进)网络的M2M通信提出了一些新的挑战。由于M2M设备数量众多，而且授权频段的资源又十分紧张，因此采用LTE-U(LTEinunlicensedbands)技术将M2M通信卸载到非授权频段是一个十分优秀的解决方案。M2M通信有这样几个特点：M2M设备数量巨大，高出H2H(human-to-human，人到人)设备数量的几个数量级。有报告指出，在一个小区里活跃的H2H用户数量和M2M设备数量大概分别是50个和30000个，3GPP(3rdGenerationPartnershipProject,第三代合作伙伴计划)标准组织建议单小区应支持至少1000个MTC设备。M2M设备发送的数据包是在大范围内变化的。比如常规测量设备发送的可能只是几比特的数据，而类似于监控探头这样的视频设备，数据量将达到Mbps级别。M2M设备的QoS(QualityofService,服务质量)的要求也不同。有的设备是时间容忍的，比如定期上报一些读数的智能电表、水表等设备；而有的是有严格时间约束的，比如监控和告警类型的设备。不同应用场景的设备其吞吐量和丢包率等要求也不同。由于M2M通信的要求，一般是MTC(MTC(MachineTypeCommunications，机器类型通信)设备上报的数据量远远大于基站或者MTCG(MachineTypeCommunicationsGateway，机器类型通信网关)发送的控制信令的数据量，因此上行数据的调度和资源分配是主要矛盾，而这点刚好与蜂窝网络的通信特点相反。目前M2M主要应用于基于LTE系统的授权频段，但是随着移动智能设备的飞速发展、无线用户数量的急剧增长、高清晰多媒体业务的快速涌现等等，使得日益增长的无线需求与昂贵有限的授权频谱之间的矛盾日益凸显，为了缓解授权移动网络的压力，利用资源相对丰富的免授权频段来应对高数据量的挑战成为一种思路，各运营商已通过在非授权频谱上部署Wi-Fi等系统来减轻无线网络的负担，从而通过免授权频谱来分流无线业务。一方面，技术改善可以带来移动网络性能的提升，另一个方面，寻求更多的频谱资源也能提升移动通信性能。频谱资源之于无线通信，就如同石油之于地球一样，是决定无线带宽的根本，频段越宽，传输速率越快，系统吞吐量越大。然而，分配给运营商的频谱资源非常有限且高额，运营商绞尽脑汁地充分利用来之不易的频谱资源，但即便如此也很难满足日益增长的用户需求。在国内运营商中，中国移动的LTE频谱资源合计130MHz，中国联通合计90MHz，中国电信合计100MHz，而Wi-Fi部署在免授权频谱资源，2.4GHz频段附近约90MHz可用，5GHz频段附近有900MHz之多。相对十分丰富且免费的免授权频谱足以驱使运营商、设备商去积极研发相关技术和设备。将LTE部署到非授权频段，在非授权频段上采用LTE空口协议完成通信，即免授权载波上的LTE，简称LTE-U(LTEAdvancedinUnlicensedSpectrums，LTE在非授权频段)。采用LTE-U技术，可以利用集中调度、干扰协调、自适应请求重传(HARQ)等技术，相比Wi-Fi等接入技术，LTE-U系统具有更好的鲁棒性，可以获得更高的频谱效率，提供更大的覆盖范围以及更好的用户体验。Wi-Fi系统的特点如下：Wi-Fi系统部署在非授权频段。Wi-Fi系统采用CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，带冲突避免的载波侦听多路访问)的MAC层协议。Wi-Fi用户在通信之前会对信道进行CCA(ClearChannelAssessment，清除频道评估)检测，如果信道未被占用则进行通信，否则为避免发生碰撞用户需要执行退避过程。同一时刻Wi-Fi系统只允许一个用户占用整个信道，且每个用户机会均等。Wi-Fi系统网络节点可选择的互不交叠的信道数目有限，而且协议并未规范在信道数目受限情况下的信道分配机制。Wi-Fi系统只能用于短距离通信。5GHz非授权频段的信道衰落非常大，而且协议规定非授权频段上的发射功率受限。考虑到M2M和Wi-Fi各自的通信特点，目前基于LTE系统M2M通信和Wi-Fi共存于非授权频段的主要有以下几种方式。图1为现有技术中的一种Duty-Cycle技术方案示意图。Duty-Cycle类策略是LTE基站根据系统设定的定时模式周期性打开或者关闭自身的数据发送(如图1所示)，在关闭的一段时间内，Wi-Fi可以检测到信道中没有LTE正在传输的信号，因此会接入信道发送数据。Duty-Cycle策略最普遍的一个技术就是CSAT(CarrierSensingAdaptiveTransmission，载波侦听自适应传输)技术。CSAT技术就是通过周期性地检测信道状况来动态关闭或者打开部署在非授权频段的LTE-U小基站，CSAT的一个周期持续大约为20ms～100ms。稍有不同的地方在于当基站关闭自身数据传输模块退让信道的时候，仍然会检测信道的状态，根据Wi-Fi对信道的使用情况(持续时间等情况)LTE系统可以对下一个周期自身如何合理使用信道进行一个适应性的调度。LBT(Listen-before-Talk，先听后说)在欧洲、日本等国家规范的非授权频段信道接入机制，主要基于DCF协议(DistributedCoordinationFunction，分布式协作函数)，图2为现有技术中的一种LBT机制的工作流程示意图，主要包括：LTE基站会周期性检测目标信道的空闲或者繁忙状态，检测时间一般为20us左右，被称为CCA(ClearChannelAssessment，清除频道评估)检测时长，并根据ED能量检测算法设置检测信号的功率门限。一般情况下，相同系统的检测门限为82dBm；不同系统的检测门限为62dBm。按照检测规则如果信道空闲就会采用物理层DCF协议退避计数，如果信道繁忙退避技术就挂起，直到退避计数为0才可以发送数据。图3为现有技术中的一种ABS(Almost-BlankSubframes，几乎完全空白的子帧)机制帧的结构示意图，在LTE-U技术提出之前，已经有很多关于LTE和Wi-Fi共存技术的课题研究，其中一种基于ABS的协作共存策略十分受到关注。其基本思想是设计一种全新的TDDLTE帧结构，将某些子帧设置为共存子帧(空白子帧)，这些共存子帧专门提供给Wi-Fi系统进行数据传输。如图3所示，其中D和U分别表示上行和下行传输数据的数据子帧，W为共存子帧即空白子帧，S为特殊子帧。基本的参数修改以及信息交互在周期性或者固定条件触发的协商期进行，然后在时域共存期间LTE和Wi-Fi系统按照协商期分配的资源进行数据传输。ABS策略的不足之处显而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器学习的LTE网络的动态空白子帧分配方法，其特征在于，包括：按照业务需求类型对M2M设备进行分组，将业务需求类似的M2M设备分在同一个组，各个分组的组长M2M设备将组内的各个M2M设备的资源需求信息通过基站发送给服务器，各个小组所处范围内的Wi‑Fi设备将自身的资源需求信息通过基站发送给到服务器；服务器根据接收到的各个M2M设备和Wi‑Fi设备的资源需求信息，通过机器学习算法训练得到空白子帧的动态分配模型，将所述空白子帧的动态分配模型发送给基站；所述基站根据接收到的空白子帧的动态分配模型对M2M设备和Wi‑Fi设备进行空白子帧分配。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器学习的LTE网络的动态空白子帧分配方法，其特征在于，包括：按照业务需求类型对M2M设备进行分组，将业务需求类似的M2M设备分在同一个组，各个分组的组长M2M设备将组内的各个M2M设备的资源需求信息通过基站发送给服务器，各个小组所处范围内的Wi-Fi设备将自身的资源需求信息通过基站发送给到服务器；服务器根据接收到的各个M2M设备和Wi-Fi设备的资源需求信息，通过机器学习算法训练得到空白子帧的动态分配模型，将所述空白子帧的动态分配模型发送给基站；所述基站根据接收到的空白子帧的动态分配模型对M2M设备和Wi-Fi设备进行空白子帧分配。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的按照业务需求类型对M2M设备进行分组，将业务需求类似的M2M设备分在同一个组，包括：基站获取LTE网络中的各个M2M设备的业务需求，该业务需求包括QoS需求，基站将业务需求类似的M2M设备分在同一个组，每个组分配一个组ID，根据组内各个M2M设备的剩余电量、信道条件因素来给每个组选定一个组长M2M设备，在各个分组的基础上，把位置相近的MTC设备再分为各个接入组。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：新M2M设备寻找加入组的过程如下：①新M2M设备将自己的位置信息广播给周围的组长。②接收到广播的组长计算所述新M2M设备与自己的距离为dtemp，计算Δd＝d-dtemp，d表示预先设定的距离阈值，若Δd<0,则不做处理；若Δd>0，则向新M2M设备发送允许接入信令、Δd值及新M2M设备的本组ID号；③新M2M设备如果接收到来自周围多个组长的允许接入信令，则比较Δd的大小，选择Δd最大的组接入，并添加收到的组ID；如果只接收到一个组长的允许接入信令，则选择接入并添加收到的组ID；如果没有收到任何组长的允许接入信令，则向基站报告，基站自动为其添加一个组ID，即新建一个组，将新M2M设备暂时定为组长。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的各个分组的组长M2M设备将组内的各个M2M设备的资源需求信息通过基站发送给服务器，各个小组所处范围内的Wi-FiAP设备将自身的资源需求信息通过基站发送给到服务器，包括：各个分组内的M2M设备将自己的资源需求信息发送给所在组的组长M2M设备，所述资源需求信息包括基本速率需求和时延需求变化趋势，组长M2M设备将接收到的各个M2M设备的资源需求信息发送给基站，所述基站将接收到的各个M2M设备的资源需求信息发送给服务器；各个小组所处位置范围内的Wi-Fi设备将自己的效用函数信息发送给所在组的组长M2M设备，组长M2M设备将接收到的各...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐少毅，王宁，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11