非正交多址下基于能耗最低的MTC网关选择方法及设备技术

本发明专利技术实施例提供一种非正交多址下基于能耗最低的MTC网关选择方法及设备，所述方法包括：初始化未使用的子载波，获取请求上行数据传输业务的MTCD集合，以及MTCG集合；获取每个MTCD的业务请求信息和信道信息；获取每个MTCG的业务请求信息、信道信息；获取各MTCD和各MTCG之间的信道增益；根据MTCD的总能耗为每个MTCD选择接入的MTCG或者为每个MTCD直接和基站建立连接，并为每个MTCD分配传输功率以及传输时间。本发明专利技术对于机器类通信场景中MTCD数量较大，各个MTCD选择方式不同会带来较大的能耗差异的情况，可以有效降低MTCD的总能耗，节省各个MTCD的电能，延长MTCD电池的使用时间。

Selection Method and Equipment of MTC Gateway Based on Minimum Energy Consumption in Non-Orthogonal Multiple Access

【技术实现步骤摘要】
非正交多址下基于能耗最低的MTC网关选择方法及设备
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种非正交多址下基于能耗最低的MTC网关选择方法及设备。
技术介绍
机器类通信MTC(MachineTypeCommunication)不仅仅是5G通信中的一部分，也是物联网的重要组成部分，能够在不经人为干预的情况下让机器之间通过网络实现数据的交互。MTC有很广泛的市场前景，涵盖了智能交通、智慧城市、智慧家居、智慧电表和工业控制等方面。MTC通信在移动市场情景中具有良好的经济价值和战略意义，但是机器类通信设备MTCD(MachineTypeCommunicationDevice)数量以及产生的数据流量呈指数增长，这些给电信运营商带来巨大的机遇和挑战。蜂窝网络系统被认为是广泛提供MTC应用的重要解决方案，它们的存在不仅仅降低了网络安装的成本，而且提供了广泛的覆盖和移动支持，现有的研究以及产业界都普遍认为蜂窝网络是部署机器类通信网络的有效载体。MTC设备的部署将产生很多不同于传统通信形式的数据流量，并且在延迟、可靠性、能耗和安全隐私等方面具有不同于以往蜂窝网络通信的要求。而现有的蜂窝系统主要服务来自人对人H2H(HumantoHuman)通信的业务，通常以在下行链路上具有高质量通信需求的业务为主，而MTC应用通常是大量MTC设备在上行链路上生成数据量小而且不频繁产生的数据包。大规模MTCD的部署将产生大量的信令和数据，这会导致网络的拥塞。此外，MTCD和H2H设备也有着很大的区别，大多数MTC设备价格低廉、计算能力较差，并且很多时候不易充电，但是MTCD的数量十分庞大，这些独特的功能都为基于蜂窝网络的MTCD的部署带来了挑战。MTCD可以与基站建立直连链路进行通信，在这方面与传统的用户设备UE(UserEquipment)和基站之间建立连接有相似之处，但是由于MTC网络中MTCD数量较大，会在某些条件下出现大量的MTCD同时向基站发送业务请求的情况，而基站的处理能力是有限的，在这种情况下容易导致信令拥塞，为了应对这一挑战，3GPP提出，通过部署机器类通信网关MTCG(MachineTypeCommunicationGateway)，令MTCD通过中继网关间接连接到基站，这样可以减少MTCD与基站之间的信令开销。在这种场景下，MTCG服务的MTCD组成为一个MTCD簇，其中MTCD既可以选择通过网关辅助传输数据到基站，也可以直接上传数据到基站。MTCG服务的MTC设备组的网络管理问题可以由MTCG来处理，并由基站进行统一管理。作为MTCG的设备可以是智能手机，也可以是小型基站或者MTCD。MTCG可以从一组MTCD簇收集数据，然后通过蜂窝网络的上行链路将数据转发到基站。MTCG的部署使得网络拓扑更加复杂，也带来了一些新的问题，比如说如何为MTCD选择合适的网关，以及如何为MTCD分配传输数据的时隙资源和功率资源。为每个设备选择网关的步骤不应该仅仅考虑其服务质量需求，还需要考虑功耗问题，这是因为MTCD具有功耗低不易充电的特点，所以为每个设备选择既能保证服务质量需求，又能够节省功耗的传输方式十分重要。现有技术中，针对降低MTCG辅助MTCD传输数据步骤能耗的方案，主要集中在通过正交多址OMA(OrthogonalMultipleAccess)或者非正交多址NOMA(Non-OrthogonalMultipleAccess)的方式分配时隙资源和功率资源来使能耗尽可能降低，既没有考虑为MTCD选择不同MTCG会引起较大能耗差异的情况，也没有综合考虑MTCD直接上传数据到基站可能更加节省功耗的情况。在MTCD设备数量较少的情况下，对于选择不同的MTCG或者基站频段，能耗的差别较小，而通常情况下机器类通信场景中MTCD数量较大，不同的选择方式就会带来较大的能耗差异，这对于MTCD低能耗的需求是很不利的。因此现在亟需一种非正交多址下基于能耗最低的MTC网关选择方案来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种非正交多址下基于能耗最低的MTC网关选择方法及设备，用以解决现有技术中机器类通信场景中MTCD数量较大，各个MTCD不同的选择方式就会带来较大的能耗差异的情况，可以有效降低MTCD的总能耗，节省各个MTCD的电能，延长MTCD电池的使用时间。本专利技术实施例提供一种非正交多址下基于能耗最低的MTC网关选择方法，包括：初始化未使用的子载波，获取请求上行数据传输业务的MTCD集合，以及MTCG集合；获取每个MTCD的业务请求信息和信道信息；获取每个MTCG的业务请求信息、信道信息；获取各MTCD和各MTCG之间的信道增益；根据MTCD的总能耗为每个MTCD选择接入的MTCG或者为每个MTCD直接和基站建立连接，并为每个MTCD分配传输功率以及传输时间。进一步，获取每个MTCD的业务请求信息和信道信息；获取每个MTCG的业务请求信息、信道信息；获取各MTCD和各MTCG之间的信道增益，包括：分别获取有上行数据业务请求的MTCD到基站的信道增益的大小，以及各MTCD到各MTCG的信道增益大小；分别获取每个MTCD请求上传到基站的数据量，以及每个MTCG产生并请求上传的数据量。进一步，根据MTCD的总能耗为每个MTCD选择接入的MTCG或者为每个MTCD直接和基站建立连接，并为每个MTCD分配传输功率以及传输时间，包括：为所有的MTCD进行预排序；为预排序后的每个MTCD选择合适的MTCG，每个MTCD通过以非正交多址的方式发送数据到MTCG；MTCG将数据发送到基站，或者为MTCD选择频段，直接以非正交多址的方式上传数据到基站。进一步，获取信道增益的步骤包括：基于每个用户的信道状态信息计算出不同通信设备之间的信道增益。进一步，为所有的MTCD进行预排序，包括：对所有请求上传数据业务的MTCD进行预排序，并将排序后的MTCD放入一个新的集合，从该集合中依次为每个MTCD分配MTCG或者和基站直接连接的频段。进一步，为预排序后的每个MTCD选择合适的MTCG，并通过以非正交多址的方式发送数据到MTCG，包括：依次为每个MTCG和基站，选择使信道状态信息最好的一个MTCD；将选择的MTCD分别放入新的预排序集合中，重复该步骤，直到为所有的MTCD进行了预排序。进一步，为预排序后的每个MTCD选择合适的MTCG，通过以非正交多址的方式发送数据到MTCG，进一步包括：依次为预排序后的MTCD分配MTCG或者和基站直接连接的频段，每次分配的步骤中，都考虑该MTCD对于系统中所有MTCD能耗的影响，以对系统能耗影响最小的方式作为该MTCD上传数据的方式。进一步，为预排序后的每个MTCD选择合适的MTCG，通过以非正交多址的方式发送数据到MTCG，进一步包括：为每个MTCD分配MTCG或者每个MTCD和基站直接连接的频段的步骤中，需要计算该MTCD选择不同MTCG情况下的能耗，也需要计算该MTCD选择和基站直接连接的不同频段情况下的能耗，然后选择一种对于系统中MTCD总能耗影响最小的一个MTCG或者和基站直接连接的频段。进一步，为预排序后的每个MTCD选择合适的MTCG，通过以非正交多址的方式发送数据到MTCG，进一步还包括：计算MTCD选择M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MTC网关选择方法，其特征在于，包括：初始化未使用的子载波，获取请求上行数据传输业务的MTCD集合，以及MTCG集合；获取每个MTCD的业务请求信息和信道信息；获取每个MTCG的业务请求信息、信道信息；获取各MTCD和各MTCG之间的信道增益；根据MTCD的总能耗为每个MTCD选择接入的MTCG或者为每个MTCD直接和基站建立连接，并为每个MTCD分配传输功率以及传输时间。

【技术特征摘要】
1.一种MTC网关选择方法，其特征在于，包括：初始化未使用的子载波，获取请求上行数据传输业务的MTCD集合，以及MTCG集合；获取每个MTCD的业务请求信息和信道信息；获取每个MTCG的业务请求信息、信道信息；获取各MTCD和各MTCG之间的信道增益；根据MTCD的总能耗为每个MTCD选择接入的MTCG或者为每个MTCD直接和基站建立连接，并为每个MTCD分配传输功率以及传输时间。2.如权利要求1所述的MTC网关选择方法，其特征在于，获取每个MTCD的业务请求信息和信道信息；获取每个MTCG的业务请求信息、信道信息；获取各MTCD和各MTCG之间的信道增益，包括：分别获取有上行数据业务请求的MTCD到基站的信道增益的大小，以及各MTCD到各MTCG之间的信道增益大小；分别获取每个MTCD请求上传到基站的数据量，以及每个MTCG产生并请求上传的数据量。3.如权利要求1所述的MTC网关选择方法，其特征在于，根据MTCD的总能耗为每个MTCD选择接入的MTCG或者为每个MTCD直接和基站建立连接，并为每个MTCD分配传输功率以及传输时间，包括：为所有的MTCD进行预排序；为预排序后的每个MTCD选择合适的MTCG，每个MTCD通过以非正交多址的方式发送数据到MTCG；MTCG将数据发送到基站，或者为MTCD选择频段，直接以非正交多址的方式上传数据到基站。4.如权利要求2所述的MTC网关选择方法，其特征在于，获取信道增益的步骤包括：基于每个用户的信道状态信息计算出不同通信设备之间的信道增益。5.如权利要求3所述的MTC网关选择方法，其特征在于，为所有的MTCD进行预排序，包括：对所有请求上传数据业务的MTCD进行预排序，并将排序后的MTCD放入一个新的集合，从该集合中依次为每个MTCD分配MTCG或者和基站直接连接的频段。6.如权利要求3所述的MTC网关选择方法，其特征在于，为预排序后的每个MTCD选择合适的MTCG，并通过以非正交多址的方式发送数据到MTCG，包括：依次为每个MTCG和基站，选择使信道状态信息最好的一个MTCD；将选择的MTCD分别放入新的预排序集合中，重复该步骤，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，张泽宇，张天骄，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11