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M2M是“Machine to Machine”的简称,意为“机器到机器”。国际著名标准化组织3GPP(3rd Generation Partnership Project)将M2M通信定义为不需要人为参与的机器之间的数据通信方式,它与人与人(H2H)之间通信的区别在于:不同的网络场景、低成本、海量的网络终端和小数据量传输。当前已有3GPP、ETSI(European TelecommunicationsStandards Institute)、CCSA(China Communications Standardization Association)等几大组织全面展开了面向M2M通信的研究以及标准化历程,相关技术报告和标准也陆续发布。
当前蜂窝无线网络是根据H2H业务要求进行设计的,具有完整的信令流程以保证人与人通信过程中数据传输的安全性以及控制的灵活性。在很多M2M应用场景中,通常情况下只传输很少量的数据(几十比特到几百比特),但每次信令连接建立流程将会占用几千比特的信令开销。由于M2M终端数量庞大,大的信令开销不但会造成数据传输效率的降低,而且会造成信令拥塞而影响H2H通信的性能。因此,蜂窝无线网络特别是3G(the3rd Generation)、LTE(Long Time Evolution)系统中针对M2M进行信令控制流程和承载控制的优化,对于通过3G/LTE无线网络支持M2M应用具有非常重要的意义。
针对上述问题,本文首先对目前业界提出的M2M网络优化技术从信令优化、终端业务建模和调度与退避算法优化等方面进行全面的概述和总结,并分析其优缺点;随后,对LTE系统的数据传输及信令流程进行介绍,并配合M2M业务的特征分析现有LTE系统的传输流程缺陷,然后在此基础上提出基于资源调度的自适应帧长度计算方案SMCDS(Send Multiple ofCopies Scheme),即在M2M终端获得传输资源较大而传输数据较小的情况下,尽量将传输块复制多份发送。同时对不同M2M业务和不同调度方式的情况进行仿真,验证SMCDS的吞吐量方面的性能。最后,介绍了传统的退避算法并通过仿真验证3G/LTE系统中的退避算法在面对海量接入时的糟糕性能,然后再在引入伪贝叶斯算法的基础上,提出基于动态分配前导的随机接入算法DASP(Dynamic Algorithm of Separating Preambles)。将M2M终端和H2H用户使用的随机前导分离,并结合均匀退避算法和伪贝叶斯算法,实现不同数量终端接入情况下的资源灵活调配。仿真结果显示该算法能在保证H2H业务需求的同时,尽力保持M2M终端的接入性能。