一种基于自适应调整策略的DRX机制通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自适应调整策略的DRX机制通信方法，所述方法应用于无线网络通信系统中，无线网络通信系统中的用户端与基站采用自适应调整策略的DRX机制进行通信，在无法确定客户端的业务模式和业务特点的前提下，在降低接入延迟和提高能效方面来看，采用本申请提出的AC‑DRX机制的性能远远优于采用现有的DRX机制，其结果非常接近上限值，即在业务特点预知的情况下，通过选取合适的DRX周期所能达到的最大能效值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应调整策略的DRX机制通信方法
本专利技术涉及无线网络通信领域，具体地，涉及一种基于自适应调整策略的DRX机制通信方法。
技术介绍
随着物联网的飞速发展和机器类通信(MTC)的广泛使用，大大扩展了通信领域应用业务的范围，比如智能交通系统、远程医疗系统、自动设备的大规模部署等。其中，旨在为大量机器类通信设备提供网络连接的海量机器类通信(massiveMTC,mMTC)服务更是在5G网络标准中被定义为三大通用5G服务之一。MTC的主要特点为：通信主体为小流量业务、终端成本低以及终端能效高。现有通信系统中已经开始采用一些技术以满足MTC的要求，但是仍然还有很大的提升空间，比如对于采用电池供能的MTC设备来说，现有的电池技术所提供的电池容量难以满足飞速发展的物联网应用和服务需求，因此如何尽可能的提高设备能效对于MTC设备来说显得至关重要，这已经成为工业界日益关注的热点问题。在现有的无线网络通信系统中(比如LTE/LTE-A)，主要采用标准化DRX机制有效降低终端能耗。现有的DRX机制主要采用空闲和连接两种操作模式。在空闲模式的DRX机制下，如果没有数据需要传输，用户进入一个叫作“深度睡眠”的状态，在这个状态下用户仅保留侦听物理下行控制信道(PhysicalDownlinkControlChannel,PDCCH)的连接，其他连接发射功率全部关闭，以最大程度节省终端能耗；当侦听到有数据包需要发送时，用户需要等待下一个可用寻呼帧向基站发送连接请求，在请求被接收重新建立好连接以后才能转发数据包，这个过程会带来较大的传输时延，因此空闲模式的DRX机制主要适用于业务类型为非实时性同时终端接入频率低的场景。在连接模式的DRX机制下，用户可以周期性进入“休眠状态”，在这个状态下用户终端也一直保持与基站的连接，只关闭数据传输时的发射功率，此时用户端可节省的能耗不如“深度睡眠”状态多，但是在这个状态下，当用户收到发送数据包请求时可以更快处理发送请求，因此这种模式的DRX机制主要适用于业务类型对实时性要求相对较高，终端接入频率较高的场景。如果“休眠状态”时间越长，则用户端可节省的能耗越大，但是相应数据包发送请求获得相应的时延就越长，因此合理的“休眠周期“的设置，使其能否与实际业务数据流模式匹配是影响机制提高能效的关键因素。现有的LTE/LTE-A通信系统中，连接模式的DRX机制中采用一长一短两个”DRX休眠周期”，以适应变化的业务流模式，但是在MTC场景下，接入网络的设备以及应用业务多种多样，相应的数据流也多数为非平稳分布，与此同时，对不同的业务类型来说，时延要求也不同，在这种情况下采用已有的一长一短两个固定“休眠周期“的DRX机制不足以适应多种变化的数据流模型，无法最大化提高用户端能效。由于不同业务数据流模型的非稳定性和不可预见性，因此如何提前合理设置”休眠周期“适应未来数据流模型的变化成为一个NP难的随机优化问题，利用传统的最优化理论很难获得最优解。现有DRX机制为：LTE/LTE-A标准支持连接和空闲两种模式的DRX机制。在连接模式DRX机制下，UE(UserEquipment)在整个DRX周期期间不释放无线资源配置(RRC)连接。此模式适用于设备需要频繁访问网络的场景。在空闲模式DRX机制下，UE在大多数时间释放RRC连接。这意味着如果UE端侦听到传输请求，则需要与BS之间的重新同步来建立连接。该空闲DRX模式适用于UE能容忍很高的延迟且访问不频繁的情况。对于连接模式DRX机制，UE端可设置短周期TS和长周期TL两个固定周期，以适应特定的流量模式。在当前的LTE/LTE-A中，两个周期关系通常被指定为TL＝NTS，其中N是给定的正整数。LTE-A系统中支持的最长DRX周期为2.56s。因此，当使用连接模式DRX时，UE可能存在如下5种状态，机制内各状态间转换关系如图2所示。·S0:持续接收态(Tinact)·S1:短周期激活态(Tson)·S2:短周期休眠态(Tsoff)·S3:长周期激活态(Tlon)·S4:长周期休眠态(Tloff)其中(Txx)表示该状态持续时间。如果数据包在UE为状态S0，S1或S3时到达，则会被立即传输，同时DRX机制将被重启。否则，如果数据包在UE处于S2或S4时到达，则要在相应休眠时间Tsoff或Tloff到期之后才能被传输，被传输后DRX机制将被重启。在空闲模式DRX机制下，如果暂时没有接收到传输请求，则UE将进入“深度睡眠”状态，这意味着除了时钟被激活UE的所有其他处理单位都被关闭。在这种模式下，一些子帧被预设为寻呼时机(PagingOccasion,PO)，并且UE仅可以在一个PO子帧到达时检查是否数据传输请求。如果UE可以在PO到达时准确地被唤醒，则该检查时间(持续时间)可以减少到1ms。然而，由于使用压控晶体振荡器(VCO)的实际UE时钟通常有漂移现象，并且在某些环境下SNR可能太低，在这种情况下，UE和eNB间首先需要同步，该过程主要依靠主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)。对于同步过程，当一个PO子帧到达时，UE首先被转移到“转换”状态，此时时钟，无线电发射器和信道块会被激活。如果到达的PO包含PSS/SSS子帧，则UE将被转移到“寻呼解码”状态。在“寻呼解码”状态中，UE可以获得寻呼信息，该寻呼信息可以告知UE是否有传输请求到达，有否传输请求到达又决定UE下一次转移到连接状态还是“深度睡眠”状态。在这种情况下，“开启”时间最多可以减少到1毫秒。然而，如果到达的PO不包含PSS/SSS子帧，则UE保持“转换”状态直到下一个PSS/SSS对应的PO到达。其状态转换如图3所示。在4G网络通讯系统中，客户端通过采用非连续接收(DiscontinuousReception,DRX)机制，周期性断开与基站的网络连接以达到节能的目的。作为5G网络系统下一种新的通讯方式，机器类通信(MachineTypeCommunication-MTC)变得越来越普遍，这种通信方式的特点之一就是客户端业务类型各式各样，相应的业务特征和服务需求差异也非常大，此时采用已有的DRX机制可能会造成难以接受的接入延迟或者较高的能耗，反而达不到节能的目的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于自适应调整策略的DRX机制通信方法，在无法确定客户端的业务模式和业务特点的前提下，在降低接入延迟和提高能效方面来看，采用本申请提出的AC-DRX机制的性能远远优于采用现有的DRX机制，其结果非常接近上限值，即在业务特点预知的情况下，通过选取合适的DRX周期所能达到的最大能效值。本申请提出了一种基于自适应调整策略的DRX机制—AC-DRX。该机制通过采用在线学习算法，自适应调整DRX周期使客户端休眠时间与多样化业务模式尽量匹配，以达到最大程度节省能耗的目的。在AC-DRX机制下，时间被分割成小段的时间窗，用户端通过学习历史时间窗内数据流的统计规律，在每个时间窗到来之初，确定当前时间窗长度内采用的DRX周期，并将这个DRX周期应用于当前时间窗内到达的所有数据流。为了加速自适应学习过程，本申请采用了基于对称采样的Actor-Critic(AC)算法计算每个时间窗的DRX周期。人工智能算法强化学习(Reinforc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应调整策略的DRX机制通信方法，其特征在于，所述方法应用于无线网络通信系统中，无线网络通信系统中的用户端与基站采用自适应调整策略的DRX机制进行通信，自适应调整策略的DRX机制包括：将时间划分为不同的时间间隔，每个时间间隔为一个DRX决策窗口DW；决策窗口DW时间长度由给定数量的到达数据包确定；用户端通过学习历史时间窗内数据流，将历史经验传递到基站，在每个时间窗到来前，基站确定当前时间窗长度内采用的DRX周期，并将确定的DRX周期发送到用户端并应用于当前时间窗内到达的所有数据流；在开始时，基站将设置一个统一的DRX周期给用户端或用户端组；在自适应调整策略的DRX机制中，用户端存在于以下四种状态：S0：持续接收态，此状态下用户端能够持续接收和转发数据包；S1：周期激活态，为DRX周期中的激活状态，在此状态下，数据包能够被持续接收和转发；S2：周期休眠态，此状态下，到达数据包只有在下个DRX周期激活态到来时才能被接收和转发；S3：空闲态，此状态下，除了时钟被激活外，用户端会断开所有RRC连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应调整策略的DRX机制通信方法，其特征在于，所述方法应用于无线网络通信系统中，无线网络通信系统中的用户端与基站采用自适应调整策略的DRX机制进行通信，自适应调整策略的DRX机制包括：将时间划分为不同的时间间隔，每个时间间隔为一个DRX决策窗口DW；决策窗口DW时间长度由给定数量的到达数据包确定；用户端通过学习历史时间窗内数据流，将历史经验传递到基站，在每个时间窗到来前，基站确定当前时间窗长度内采用的DRX周期，并将确定的DRX周期发送到用户端并应用于当前时间窗内到达的所有数据流；在开始时，基站将设置一个统一的DRX周期给用户端或用户端组；在自适应调整策略的DRX机制中，用户端存在于以下四种状态：S0：持续接收态，此状态下用户端能够持续接收和转发数据包；S1：周期激活态，为DRX周期中的激活状态，在此状态下，数据包能够被持续接收和转发；S2：周期休眠态，此状态下，到达数据包只有在下个DRX周期激活态到来时才能被接收和转发；S3：空闲态，此状态下，除了时钟被激活外，用户端会断开所有RRC连接。2.根据权利要求1所述的基于自适应调整策略的DRX机制通信方法，其特征在于，在自适应调整策略的DRX机制中，如果数据包到达并被转发后，则整个自适应调整策略的DRX机制将重新被运行；自适应调整策略的DRX机制中定义了：不活动定时器Tinact、DRX周期激活态的持续时间定时器Ton、DRX周期休眠态持续时间定时器Toff、连接空闲状态转换定时器Ttrans、倒数计数器M；当有数据包到达用户端并被接收，则会触发不活动定时器Tinact，此时用户端进入状态S0；如果在Tinact到期后没有数据包到达，则用户端进入状态S1；如果数据包在Tinact到期之前到达，则用户端保持在状态S0，并且Tinact重新启动；在状态S1，如果在Ton到期之后没有数据包到达，则用户端进入状态S2；如果分组在状态S1期间到达，则用户端状态返回状态S0并且Tinact再次重新开始；继续从状态S2开始，如果在Toff期间没有数据包到达，则用户端的状态再次变为状态S1；将Tcycle＝Ton+Toff定义为一个DRX周期的长度；如果一直没有数据包到达，则状态S1和状态S2重复出现，直到连接空闲转移定时器Ttrans＝MTcycle到期，然后用户端进入RRC空闲态S3，并等待直到下一个数据包到达后重新建立连接。3.根据权利要求1所述的基于自适应调整策略的DRX机制通信方法，其特征在于，在自适应调整策略的DRX机制中采用基于RL框架的算法分析每个窗口开始时数据包到达时间之前的历史数据，以预测即将到来的窗口中的数据包到达模式，为DW配置DRX周期。4.根据权利要求3所述的基于自适应调整策略的DRX机制通信方法，其特征在于，DW长度Tinterval上累积的休眠时间和RRC释放的空闲时间的比例，定义为：其中Ki表示当第(i+1)th个数据包在用户端状态为S1和S2时到达，此时第ith个时间间隔Δti包含的DRX周期的数量；为第jth个数据包在用户端状态S3时到达，此时RRC释放的空闲时间；Nj表示在用户端状态为Sj时到达的数据包的数量，其中j＝{0，1，2，3}；DW长度Tinterval上累积延迟时间的比例，定义为：其中ηi表示当用户端状态为S2或S3时，第ith个到达的数据包被转发的延迟时间与Toff的比例；通过设置适当的DRX周期Tcycle＝Ton+Toff来最大化能效，获得：Tcycle＝argmaxα(3)其中T...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建鸿，冯钢，秦爽，严牧，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51