CN107820323A - 一种窄带物联网中基于设备优先级的接入退避控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种窄带物联网中基于设备优先级的接入退避控制方法，包括以下步骤：按照退避步长将设备分为高优先级设备及低优先级设备，设备在接入窄带物联网的过程中，当多个设备接入窄带物联网出现冲突时，则根据设备的优先级选择不同的退避函数进行退避，然后再接入到窄带物联网中，该方法能够有效的提高网络命令汇报模式下设备的成功率。

Description

一种窄带物联网中基于设备优先级的接入退避控制方法
技术领域
本发明属于无线通信领域，涉及一种窄带物联网中基于设备优先级的接入退避控制方法。
背景技术
窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IOT)是目前应对低功耗广域技术(Low Power Wide Area，LPWA)应用的最佳技术。它利用较窄带宽实现第五代移动通信物联网场景中海量低功耗设备的接入。3GPP提出NB-IOT的标准：1.调制方式：NB-IOT上行采用SC-FDMA，下行采用OFDM方式，带宽180kHZ,保护频带10kHZ，采用重耕GSM频段/利用Guard-band/带内资源三种模式；2，超大覆盖，MS在发射功率不高于23dBm的情况下得到GSM20dB的增益，即使在独立部署的情况下NB-IOT也可达到16dB；3.超低功耗，终端实现超长待机,在典型的低速率低频次业务类型下电池寿命可达十年以上；4.超低复杂度，NB-IOT针对的是低速单位且通过采用恒定包络、单载波调制、半双工和OFDM等方式尽量减少系统复杂度。
接入退避发生在物联网通信随机接入阶段，基站和设备进行同步后，设备根据基站分配的随机接入信道资源选择信道向基站发送包含随机数或网络临时标识的接入请求。设备按照自有周期定时发送请求并不知道其余设备接入状态，并且1个扇区4个接入信道面对52547个设备进行接入会产生一定程度上的碰撞。在冲突发生时，两个接入请求同时被丢弃，设备若此时直接再发送接入请求那么接入请求会被再次丢弃，因此需要进行一定的退避时间设计来避免无休止的重传和丢弃，退避时间就是设备在接入请求被丢弃时再重新发起接入请求之前的等待时间。加入退避时间在接入请求多时冲突严重，将接入请求延缓到冲突不严重时进行接入以提高接入成功率。我们可以看到若退避时间设置过长那么会造成接入时延较大，若退避时间过短那么会加剧接入冲突起到事倍功半的效果。
NB-IOT标准提出四种接入模式(异常状态汇报模式，自动周期汇报模式，网络命令汇报模式，软件升级重载模式)。其中，异常状态汇报模式和软件升级重载模式周期多为数月以上，两种模式产生的接入不具有广泛性，因此，设备接入研究针对自动周期汇报模式(Mobile Autonomous Reporting periodic reports,MAR)和网络命令汇报模式(NetworkCommand,NC)两种模式下的NB-IOT设备接入。自动周期汇报模式是网络中80％的设备按照一定周期将产生的信息进行上传，网络命令汇报模式则是应用通过基站对网络中其余20％的设备发出指令要求设备执行某种操作并且其中一半设备要对执行情况进行汇报的一种模式，网络命令模式下接入请求相对于自动周期汇报模式有着更高的接入优先级要求，因此需要开发出一种基于设备优先级的接入退避控制方法，以提高网络命令汇报模式下设备接入的成功率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种窄带物联网中基于设备优先级的接入退避控制方法，该方法能够有效的提高网络命令汇报模式下设备的成功率。
为达到上述目的，本发明所述的窄带物联网中基于设备优先级的接入退避控制方法包括以下步骤：
按照退避步长将设备分为高优先级设备及低优先级设备，设备在接入窄带物联网的过程中，当多个设备接入窄带物联网出现冲突时，则根据设备的优先级选择不同的退避函数进行退避，然后再接入到窄带物联网中，其中，所述退避函数为：
其中，i为退避次数，U为最小退避区间，d为加权因子，c为退避因子。
c＝a×i+b，采用函数退避与指数退避的最小欧式距离利用最小二乘法得最大退避次数为5时，a＝0.0655,b＝0.6111，则退避函数为：
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的窄带物联网中基于设备优先级的接入退避控制方法具体操作时，根据设备的优先级选择不同的退避函数进行退避，同时退避函数采用对数退避函数，以提高网络命令汇报模式下设备的成功率，同时降低设备的总接入丢失次数及功耗。
附图说明
图1为设备随机接入时的控制流程图；
图2为本发明中不同业务退避时间的示意图；
图3为本发明中NC业务丢失次数曲线图；
图4为本发明中总接入丢失次数的曲线图；
图5为本发明中平均退避次数的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的窄带物联网中基于设备优先级的接入退避控制方法包括以下步骤：
根据退避步长将设备的优先级划分为两种，设备在接入窄带物联网的过程中，多个设备接入窄带物联网出现冲突时，则根据设备的优先级选择不同的退避函数进行退避，然后再接入到窄带物联网中，其中，所述退避函数为：
其中，i为退避次数，U为最小退避区间，c为退避因子。
对c进行拟合，c＝a×i+b，比对指数退避方案backoff_time＝(2i-1)×U，令|logy(i)(i+1)|+1＝2i-1，m为最大退避次数，使c与yi均方误差最小的a,b取值为：
通过分别对a及b进行求导，则有
利用最小二乘法得
窄带物联网标准规定最大退避次数为5次，则有a＝0.0655,b＝0.6111，d＝1，得退避函数为：
由图1可知，设备在接入发生冲突时，根据设备接入模式决定设备接入退避策略进行退避；参考图2，本发明设计得到的退避函数，非NC模式下退避时间随着退避次数的增加而明显增长，并且远大于NC模式下的退避时间；参考图3，网络命令汇报模式接入在采用对数退避函数下丢失个数明显小于其余几种退避函数，在设备数较少情况下接入成功率达到95％以上，但是随着设备数增多提升效益有限，这是因为随着设备的增多冲突发生概率迅速增加，较短的退避时间已经不能给高优先级设备带来切实的增益。当然仿真中200个设备是标准规定情形，在物联网设备数增至七到八倍的极端情形下，架设新的基站是更为有效的方式。
参考图4，采用对数退避函数可以减少总体丢失次数，且经过计算得到减少的总次数大于减少的网络命令汇报模式次数，这是由于网络命令汇报模式的提前接入减少总体的冲突次数，从而进一步提升了总体接入成功率。
由图5可知，采用对数退避函数减少了平均退避次数，从而减少了设备因为退避重传带来的功耗损失，一定程度上降低设备能耗。
综上所述，采用对数退避函数有效提高网络命令汇报模式下接入成功率，一定程度上降低总接入丢失次数和设备功耗。

Claims (2)

1.一种窄带物联网中基于设备优先级的接入退避控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照退避步长将设备分为高优先级设备及低优先级设备，设备在接入窄带物联网的过程中，当多个设备接入窄带物联网出现冲突时，则根据设备的优先级选择不同的退避函数进行退避，然后再接入到窄带物联网中，其中，所述退避函数为：
其中，i为退避次数，U为最小退避区间，d为加权因子，c为退避因子。
2.根据权利要求1所述的窄带物联网中基于设备优先级的接入退避控制方法，其特征在于，c＝a×i+b，采用函数退避与指数退避的最小欧式距离利用最小二乘法得最大退避次数为5时，a＝0.0655,b＝0.6111，则退避函数为：
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