机器类型通信中随机接入信道的拥塞控制研究

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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。
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