【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信，具体涉及一种面向m2m通信的随机接入控制方法。
技术介绍
1、机器对机器(machine-to-machine,m2m)通信是一种允许机器之间通过网络独立自主地进行信息交互而无需人工干预的系统。它被广泛地应用到工业物联网、智能计量、智能电网、远程监测等行业。尽管蜂窝网络能够为m2m通信提供合适的基础设施，但是它们主要是针对人与人(human-to-human,h2h)通信而设计的。相较于h2h通信而言，m2m通信具有设备数量庞大、短期内突发请求、服务质量(quality-of-service,qos)多样性等特点。在网络中存在大量机器类型通信(machine type communication，mtc)设备的场景中，每个设备无论何时向服务器发送数据包，都应执行随机接入(random access，ra)程序以建立与基站的连接。若众多设备近乎同时地发起接入请求，可能会在同一时隙进行ra尝试，这会造成严重的拥塞问题，因此需要有效的接入控制方案来缓解网络拥塞问题。增加可用前导码的数目能够有助于减少冲突的发生，对于接收方来说，多个前导码提供了更多的识别和定位选项，使其能够准确地区分并捕获不同设备的信号，而对于发送方来说，使用不同的前导码可以避免与其他设备的发送冲突，提高数据传输的可靠性和成功率。
2、为了解决大量mtc设备场景下的随机接入问题，已经进行了各种关于有效前导码传输的研究。然而，用有限的前导码资源同时支持大量设备是一个具有挑战性的问题。
3、taehoon kim等人在其发表的论文
4、针对海量mtc设备随机接入过程中的网络拥塞问题，现有的解决方案通常是从扩展可用的前导码资源数量和对前导码资源进行动态分配入手，缺点在于在扩展前导码资源的数量时，会带来码字歧义和资源浪费的问题，进而影响随机接入的成功率和随机接入的总服务时间。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种面向m2m通信的随机接入控制方法，通过对前导码进行扩展以增加可用争用资源的数量，从而降低冲突发生的概率，避免网络拥塞，在保障基站相对准确地识别不同接入设备发送的前导码的同时，有效提高当大规模mtc设备接入网络的效率，并减少总接入时间。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种面向m2m通信的随机接入控制方法，包括以下步骤；
4、s1)建立随机接入系统模型，模型中定义了每个时隙开始时活跃mtc设备的数目；
5、s2)计算活跃mtc设备中通过acb检查后允许进行随机接入的最佳设备数目ns(opt)；通过acb检查的mtc设备，将以相同的概率在r个可用的前导码中随机选择前导码并发送，为了避免设备选择前导码冲突，引入s3中的前导码扩展方案；
6、s3)向原有的可用前导码引入l(l≥2)个因子系数{α1,α2,…，αl}来对原有的可用前导码进行扩展，原有的前导码集合表示为pa＝{pa1，pa2，…，par，…，par}，新的扩展的前导码集合表示为pc＝{pc1，pc2，…，pcr，…，pcl·r}，集合pc中包含的元素个数为r'＝l·r，即扩展的可用前导码个数为r'个；
7、s3中的因子系数需要进行约定。引入的因子系数，对于原有的可用前导码而言，是在幅度维度或者信号功率域的一种改变，由于单个设备存在最大发射功率，因此因子系数上限设定为αmax；基站接收端对于前导码的检测是先将接收到的前导码和本地参考的前导码做相关性运算，随后将相关运算的结果与前导码检测的门限进行判决，当接收信号较弱时，可能会出现无法区分有效信号和噪声的情况，因此因子系数的取值是有下限的，设定为αmin。由于同一个前导码扩展生成的两个新的可用前导码相关性较高，为了区分扩展后的新的可用前导码，需要对因子系数之间的相关关系进行约定。
8、s4)对多个因子系数{α1,α2,…，αl}的取值上下限{αmax,αmin}及因子系数之间的相关关系进行约定；从而在基站接收端也需要将待识别的接收混合前导码s与原有前导码集合pa中的元素pam分别做相关性运算，在增加了可用前导码资源的同时成功地实现了对前导码的识别；
9、s4中进行因子系数上下限及因子系数之间相关关系的约定，s5中进一步确定被成功发送的前导码期望数目最大化时的最佳因子系数个数lopt。
10、s5)计算成功发送的前导码的期望数目q(l,ns(opt))和最佳因子系数个数lopt的关系式；
11、得到s5的数学公式后在s6中使用穷举法更直观的展示前导码数目r与最佳因子系数个数lopt、通过acb检查的最佳设备数目ns(opt)*之间的数量关系；
12、s6)通过穷举算法计算得到被成功发送的前导码期望数目最大化时的最佳因子系数个数lopt；
13、s7)对s1中系统模型参数进行设置，将原有前导码数目、最佳因子系数、通过acb检查的设备的最佳数目代入s1的系统模型并计算接入成功率psuccess。
14、本专利技术计算成功率的目的是通过本文提出的前导码扩展方案增加可用的前导码资源，缓解大量mtc设备近乎同时接入网络导致的拥塞，在规定的激活时间内接入的设备数目多(接入成功率高)，即可证明提出方案的有效性。
15、提出的随机接入控制方案的有效性通过接入成功率体现。
16、本专利技术提出相比传统方案已经优化了接入控制从而提升了接入成功率，不需要再进行控制。
17、所述s1)具体为：
18、(1.1)计算mtc设备在激活时间内的激活概率；
19、设定mtc设备的激活遵循beta分布，设备在激活时间ta内均以t(t)的概率被激活：
20、
21、其中，t(t)服从beta分布，b(ε,β)是beta函数，0≤t≤ta；
22、(1.2)计算第j个时隙内，新激活的mtc设备的预计平均数目；
23、
24、其中，j＝1,2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向M2M通信的随机接入控制方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种面向M2M通信的随机接入控制方法，其特征在于，所述S1)具体为：
3.根据权利要求1所述的一种面向M2M通信的随机接入控制方法，其特征在于，所述S2)具体为：(2.1)计算在Ns个设备中，时隙s内前导码r被成功传输的概率；
4.根据权利要求3所述的一种面向M2M通信的随机接入控制方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种面向M2M通信的随机接入控制方法，其特征在于，所述S3)具体为：引入l(l≥2)个因子系数{α1,α2,…，αl}来对原有的可用前导码进行扩展；原有的前导码集合表示为PA＝{PA1，PA2，…，PAr，…，PAR}，新的扩展的前导码集合表示为PC＝{PC1，PC2，…，PCr，…，PCl·R}，集合PC中包含的元素个数为R'＝l·R，即扩展的可用前导码个数为R'个；
6.根据权利要求1所述的一种面向M2M通信的随机接入控制方法，其特征在于，所述S4)具体为：
7.根据权利要求1所述的一种面向
8.根据权利要求7所述的一种面向M2M通信的随机接入控制方法，其特征在于，所述S6)具体为：
9.根据权利要求8所述的一种面向M2M通信的随机接入控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
10.根据权利要求9所述的一种面向M2M通信的随机接入控制方法，其特征在于，所述S7)具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种面向m2m通信的随机接入控制方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种面向m2m通信的随机接入控制方法，其特征在于，所述s1)具体为：
3.根据权利要求1所述的一种面向m2m通信的随机接入控制方法，其特征在于，所述s2)具体为：(2.1)计算在ns个设备中，时隙s内前导码r被成功传输的概率；
4.根据权利要求3所述的一种面向m2m通信的随机接入控制方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种面向m2m通信的随机接入控制方法，其特征在于，所述s3)具体为：引入l(l≥2)个因子系数{α1,α2,…，αl}来对原有的可用前导码进行扩展；原有的前导码集合表示为pa＝{pa1，pa2，…，par，…，par...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘勤，郭琳琳，马馨雅，黄鹏宇，李红艳，马英红，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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