机器通信网络的协作数据聚合和资源分配

发布时间：2020-08-04 18:19

【摘要】：机器通信(MTC)是第五代移动通信网络的支持技术之一。MTC急需解决的问题是如何应对大量MTC设备涌入所造成的网络严重拥塞。通常,单个固定或移动数据聚合器收集周围的MTC设备的数据并将其发送到基站(BS),该技术通过将BS的资源竞争沉降到聚合器层来减少BS上的拥塞压力。然而,数目庞大的MTC设备仍然会对数据聚合器构成严重挑战。另一方面,数据聚合器的可用资源非常有限,需要高效的资源分配方案来提高资源效利用率。现有的研究采用基于竞争的接入(随着设备密度的增加该方法性能降低)或者采用基于授权的资源分配,基于授权的解决方案基于接收的信号强度。这一类的技术对于靠近数据聚合器的MTC设备有利,而且没有考虑到设备的服务质量(QoS)需求。为了应对上述挑战,本文提出了基于多种移动混合的数据聚合方案,以及一种新的资源分配方案。论文的主要研究成果如下:(1)提出了一种安全的多移动中继选择算法,可智能地聚合多个用户设备(智能手机)数据,并将其发送至基站(BS)。还提出了一种协作聚合MTC数据并实现两跳数据传送到BS的可信中继选择框架。与现有算法(如固定和移动数据聚合算法)相比,所提算法在能效,系统容量,通信延迟和中断概率等方面都有显著提升。特别的,所提算法能分别降低约33%和25%的中断概率和通信时延。(2)为了满足MTC设备的QoS需求,提出了一种采用固定数据聚合器(FDA)和多个移动数据聚合器(MDA)的协作数据聚合(CDA)方案,并提出了一种分布式MDA选择算法来指定适合的用户设备作为聚合器。所提出的CDA方案有效地应对了大规模接入,并保证了 MTC网络中聚合设备的通用性。本文将所提的CDA和动态资源调度方案与现有方案进行比较分析,数值结果验证表明,与单FDA机制相比,所提机制能降低中断概率约30%,提高能效和系统容量约25%和44%。(3)为了有效解决FDA缺乏可用资源带来的困难,提出了一种新的资源分配方案来动态分配信道给MTC设备。所提出的方案综合的均衡了多个性能参数,包括信噪比,排队延迟,MTC设备的QoS要求以及待传输的MTC设备数量等。与仅只考虑信噪比的算法相比,所提算法中考虑多个参数的影响能改善已有机制。仿真结果表明,与现有的基于信噪比的方案相比,所提方案可以显著提高成功接入概率和系统吞吐量。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5

【参考文献】