[發明專利]一種資源復用場景下MTC網絡的簇數目規劃方法

有效

• 申請號: 201911298206.6
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN110996326B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 張銳;彭艷婷;李勇朝;李濤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W16/06
• 分類號: H04W16/06;H04W24/02;H04W24/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

本發明提出了一種資源復用場景下MTC網絡的簇數目規劃方法，主要解決現有MTC網絡的簇數目規劃方法在資源復用場景下得到的簇數目僅是次優，同時網絡能量效率過低的問題。其實現步驟為：構建機器類型通信MTC網絡模型并進行劃分；制定MTC網絡的通信準則；對MTC網絡的通信頻段資源進行分配；構建MTC網絡平均功率消耗的優化模型；求解MTC網絡平均功率消耗的優化模型；獲取資源復用場景下MTC網絡的簇數目規劃結果。本發明考慮了實際MTC網絡中簇間干擾、所使用的頻段資源與可實現的數據速率之間的相互制約作用，得到了適用于資源復用場景下MTC網絡功率消耗最優的簇數目，提高了網絡能量效率。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及一種MTC網絡的簇數目規劃方法，具體涉及一種資源復用場景下MTC網絡的簇數目規劃方法，可用于海量機器類型通信MTC設備分簇接入網絡。

背景內容

機器類型通信MTC是物聯網傳輸層的重要技術，是實現物聯網設備接入網絡的關鍵。未來，MTC設備的數量會進一步增長，海量MTC設備要同時接入網絡會造成系統過載、網絡擁塞，嚴重影響系統性能。MTC設備分簇接入網絡是一種有效的過載控制方法，主要包括簇數目規劃、簇形成以及簇頭選擇等關鍵技術。其中，簇數目規劃是MTC設備分簇接入網絡的首要任務，決定了MTC設備將被分成多少個簇。簇數目規劃在整個接入過程中扮演著重要角色，其規劃結果能夠為后續的簇形成和簇頭選擇算法設計提供必要的先決條件。

簇數目規劃方法可分為固定簇數目規劃方法和最優簇數目規劃方法，其中固定簇數目規劃方法采用預先指定的簇數目對MTC設備進行分簇，但預先指定的數值具有隨機性，容易造成后續的簇形成和簇頭選擇算法陷入局部最優，導致網絡的能量效率較低。最優簇數目規劃方法則是通過構建優化模型來得到最優的簇數目,建立的優化模型不同，得到的最優簇數目就不同。建立以網絡能量效率為目標函數的優化模型可以最大限度地提高網絡能量效率，保障網絡高效持久地為各種MTC應用程序提供服務。其中，網絡能量效率定義為單位帶寬上可實現的數據速率和網絡功率消耗的比值，單位帶寬上可實現的數據速率越大、網絡功率消耗越小，則網絡能量效率越大。

例如Peng Zhang等人在2014年GlobalSIP上發表的論文“Energy-efficientclustering design for M2M communications”中，提出了一種MTC設備服從泊松分布的最優簇數目規劃方法，該方法通過構建以簇頭概率因子為決策變量的MTC網絡能量效率優化模型得到最優的簇數目，提高了網絡能量效率，延長了網絡生存時間。但是，該方案只考慮MTC設備使用彼此正交的頻段資源進行數據傳輸，忽略了實際的MTC網絡可能由于簇間資源復用而帶來的簇間干擾問題。由于MTC設備的簇間干擾、所使用的頻段資源和可實現的數據速率之間存在相互制約作用，所以當存在簇間干擾時，該方案建立的網絡能量效率表達式是不準確的，從而得到的簇數目是次優且不適用的。此外，采用彼此正交的頻段資源進行通信會使得頻譜資源被過度消耗，導致單位帶寬上可實現的數據速率較低，進而導致網絡的能量效率也較低。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提出了一種資源復用場景下的MTC簇數目規劃方法，旨在保證通信可靠性的基礎上，降低MTC網絡的功率消耗，并提高MTC網絡的能量效率。

本發明的技術思路是：首先，構建MTC網絡模型并分配通信頻段資源，允許每個簇內通信子頻段可以被不同的簇重復使用，其次，構建簇間干擾平均功率表達式并建立MTC網絡平均功率消耗的優化模型，通過求解優化模型得到MTC網絡的最優簇數目，具體包括如下步驟：

(1)構建機器類型通信MTC網絡模型并進行劃分：

(1a)構建包括設置在小區中心的基站BS，以及均勻分布在小區的n個MTC設備的機器類型通信MTC網絡模型，n≥4，且n服從密度為λ的均勻空間泊松分布，基站BS的覆蓋半徑為R；