蜂窝系统m2m通信随机接入技术研究电子与通信工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特另tlDH以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：函型翻生日期： 伊15·)．y 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容 和纸质论文的内容相一致。除在必威体育官网网址期内的必威体育官网网址论文外，允许论文被查阅和借阅，可以 公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究 生院办理。 研究生签名：主芝)盈互拿盈《导师签名： 砺历豸 日期：?旷7’彳 万方数据 万方数据 摘要随着通信互联网技术的不断发展和物联网(10T)的兴起，越来越多的机器类设备将拥有接入 摘要 随着通信互联网技术的不断发展和物联网(10T)的兴起，越来越多的机器类设备将拥有接入 网络的能力。在无人干预的条件下，机器之间通过网络自主进行数据通信的机器与机器(M2M)通 信是物联网技术中最重要的一环。3GPP中研究的M2M通信也称为机器类通信(MTC)，主要通过 蜂窝网络进行数据传输。由于现有蜂窝网络架构主要针对人与人(H2H)通信的特点而设计，需要 重新对蜂窝网络随机接入技术进行演进，使得其满足M2M用户接入网络的需求。本文基于蜂窝系 统的M2M通信随机接入技术开展研究。 本文首先讨论了蜂窝系统M2M通信中面临的主要问题，即当大量的M2M用户同时向基站发 起随机接入请求时，导致蜂窝LTE．A系统的随机接入网(RAN)和核心网(CN)拥塞，严重降低 了M2M用户接入网络的成功率和整个蜂窝系统的资源利用率。接着阐述了3GPP中现有的如时隙 Aloha，动态RACH资源分配、特定时隙回退和特定时隙接入等方案，并分析各类拥塞控制方案的 优缺点，建立分析方案性能的数学模型，仿真比较了四种典型的方案，结果表明特定时隙接入方案 是目前所选方案中最优的。 其次，本文提出了基于空间重用的随机接入方案，分别从M2M用户分组、广域资源分配、局 域资源分配、局域竞争子过程、以及广域接入子过程等多个方面对本方案进行了详细的描述。提出 了将蜂窝小区内的M2M用户按其地理位置进行分组的最优圆覆盖算法，使得蜂窝小区划分为局域 和广域两个部分；启发式地提出了带外和带内局域资源分配算法，该算法让蜂窝系统资源得到最大 化的利用；设计了分布式的局域竞争子过程的协议和无竞争广域接入子过程的协议。M2M用户通 过从局域资源中选取前导信号并以局域功率发送信号从而开展局域竞争子过程，竞争胜出的M2M 用户继而从广域资源中选择前导信号以广域功率发送信号开展广域接入子过程，最终完成随机接入 过程，与基站进行数据通信。通过仿真分析，结果表明所提随机接入方案在性能上明显优于同参数 条件下的己有随机接入方案的性能，尤其表现在平均接入延时和随机接入机会利用率这两个性能指 标上，空间复用方案的平均接入延时比己有的最优方案降低了约60％，机会利用率提高了25％。 最后，本文进一步研究了M2M用户能量效率问题。一方面，运用机器学习中K．means算法对 M2M用户进行分组，通过降低分组的半径从而达到间接优化能效的目的，仿真结果表明K．means 算法能有效减小分组半径。另一方面，提出了功率优化算法，分别对M2M用户的局域竞争功率和 广域接入功率进行优化，直接降低M2M用户的能量消耗，提高M2M设备的平均能效，仿真结果 表明优化后的M2M用户能效较优化前提高了约l倍。 关键词：loT，LTE．Advanced，M2M，拥塞控制，随机接入，空间重用，能量效率 东南大学硕士学位论文 II AbstractWjth出e Abstract Wjth出e development of communications and internet technology,a large numbers of machine type devices will have the capability to the network．ne spontaneous data communication between machine device and machine device without the intervention of human iS defmed M