CN110113720B - 基于acb机制的组寻呼拥塞控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于ACB机制的组寻呼拥塞控制方法，具体为：基站将小区内等待接入的设备均匀分布在整个寻呼周期内；动态调整ACB参数；基站根据ACB机制，对待接入设备进行判定，进一步控制时隙内同时接入的设备数量。通过判定的设备发起基于竞争的随机接入，完成接入过程，判定失败的设备，回退随机时间后重新判定。本发明能够有效提高网络性能和设备接入成功率。

Description

基于ACB机制的组寻呼拥塞控制方法
技术领域
本发明属于机器通信技术，具体为一种基于ACB机制的组寻呼拥塞控制方法。
背景技术
现有的蜂窝网络主要是为人与人(Human-to-Human，H2H)通信所设计，由于M2M通信与H2H通信相比较有很多不同之处，现有的蜂窝网络并不能很好的适应M2M业务的通信需求。
随着M2M通信的发展，M2M设备的数量急剧增加，当海量设备同时请求接入基站，竞争有限的无线资源时，将会引起网络拥塞、甚至造成网络瘫痪，这将不仅仅影响大规模M2M通信的成功率，还会降低H2H通信的正常通信质量。M2M通信的主要流量特点是大量节点传输低数据率的消息。为了传输数据，每个节点需要发起一个随机接入过程以同基站建立连接。而在LTE-A网络中，由于M2M通信设备多、数据小、突发性强，当大规模M2M设备同时接入基站时，会导致网络拥塞，严重降低网络性能。
现有的组寻呼拥塞控制方法通常为通过组寻呼方法，将设备进行分组，然后对分组进行寻呼，限制接入的设备数量。然而，该方法即使引入ACB机制后，同时接入网络的M2M设备数量仍然相当大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于ACB机制的组寻呼拥塞控制方法，有效控制同时接入网络的设备数量，缓解网络压力，同时提高设备的接入成功率和资源利用率。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于ACB机制的组寻呼拥塞控制方法，包括如下步骤：
步骤1、分散待接入设备：将小区内等待接入的设备均匀分布在整个寻呼周期内；
步骤2、动态调整ACB参数：根据每个时隙内可用前导码数量和请求接入的设备数量动态调整ACB机制的参数；
步骤3、预接入设备判定：根据ACB机制，对待接入设备进行判定，确定控制时隙内同时接入的设备数量；
步骤4、设备竞争接入：通过判定的设备发起基于竞争的随机接入，完成接入过程，判定失败的设备，回退随机时间后进行步骤3重新判定。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1)自适应性高：本发明根据本时隙内待接入设备数量，动态调整ACB参数，既减少了设备冲突，降低了设备的接入时延，又增强了可用资源的利用率；
2)双重限制：本发明在引入ACB机制，限制M2M设备接入数量的同时将待接入的均匀分散到寻呼周期的各个时隙，双重限制了同时接入网络的M2M设备数量，有效提高了设备的接入成功率。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明基于ACB机制的组寻呼拥塞控制方法的主流程图。
图2为分散待接入设备的流程图。
图3为动态调整ACB参数的流程图。
图4为预接入设备判定的流程图。
图5为设备竞争接入的流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于ACB机制的组寻呼拥塞控制方法，包括如下步骤：
步骤1、分散待接入设备：如图2所示，基站将小区内等待接入的设备均匀分布在整个寻呼周期内，避免同时接入的设备数量过多，造成拥塞，具体步骤为：
步骤1.1、计算寻呼周期内随机接入时隙数量：基站根据组寻呼参数，包含设备最大传输次数、基站处理时延、响应窗口、回退窗口和连续随机时隙间间隔，计算寻呼周期内随机接入时隙的数量，计算公式为：
Figure BDA0002040283470000021
上式中
Figure BDA0002040283470000022
表示前导码传输的最大次数；TRAR表示基站处理时延；WRAR表示随机接入响应窗口；WBO表示回退窗口的长度；TRA_REP表示两个连续随机接入时隙之间的间隔；
步骤1.2、统计单元内待接入设备数量：根据组寻呼机制，待接入的设备被分为不同的单元，基站统计被寻呼单元内待接入的设备数量。
步骤1.3、将待接入的设备均匀分布整个寻呼周期：将被寻呼单元内待接入的设备均匀分散到寻呼周期内的每一个随机接入时隙，缓解同时发起随机接入进程的设备的竞争压力。
步骤1.4、完成分散流量：使每个随机接入时隙内初次竞争接入的设备数量相同，将单元内待接入的设备分散到整个寻呼周期，提高网络性能。
步骤2、动态调整ACB参数：如图3所示，基站根据每个时隙内可用前导码数量和请求接入的设备数量(含之前时隙发生冲突在本时隙进行重传的设备)动态调整ACB机制的参数，具体为：
步骤2.1、基站根据反馈信息，统计时隙内接入的设备数量和可用的前导码数量，然后按照下式计算设备的接入概率：
Figure BDA0002040283470000031
步骤2.2、根据设备的接入概率计算设备成功传输前导码的概率期望值，计算公式为：
Figure BDA0002040283470000032
式中，Ki表示随机接入时隙i内成功传输的前导码数量，Mi表示随机接入时隙i内待接入的设备数量，
Figure BDA0002040283470000033
表示随机接入时隙i内通过ACB机制并传输前导码的设备数量。
步骤2.3、对设备成功传输前导码的概率期望值进行求导
Figure BDA0002040283470000034
根据求导后的值，确定ACB机制参数的最优值：
当Mq≥m时，得到
Figure BDA0002040283470000035
说明当时隙内待接入的设备小于可用前导码数量时，ACB参数的最优值为1。当Mq＜m时，令
Figure BDA0002040283470000036
ACB参数值p＝Mq/m，此时可保证最大接入成功率。即ACB机制参数的最优值，
Figure BDA0002040283470000041
式中，i表示随机接入时隙的序号，Mq表示前导码池内可用前导码的数量，p和p*分别表示ACB机制的参数值和参数最优值。
步骤3、预接入设备判定：如图4所示，基站根据ACB机制，对待接入设备进行判定，进一步控制时隙内同时接入的设备数量，具体为：
步骤3.1、确定随机接入时隙i内待接入设备数量，计算公式为：
Figure BDA0002040283470000042
式中，
Figure BDA0002040283470000043
表示寻呼周期内设备最大的传输次数，Mi[n]表示随机接入时隙i内进行第n次前导码传输的设备数量；
步骤3.2、根据ACB机制，待接入的设备生成一个服从0到1之间均匀分布的随机数s，将随机数s与ACB参数的最优值p*进行比较，若s≤p*，则该设备通过判定，允许向基站发起随机接入过程，则预接入设备数量为：
Figure BDA0002040283470000044
式中，
Figure BDA0002040283470000045
表示通过ACB机制的设备待接入设备数量，
Figure BDA0002040283470000046
表示寻呼周期内设备最大的传输次数，Mi[n]表示随机接入时隙i内进行第n次前导码传输的设备数量，p*表示ACB机制的参数最优值。
步骤4、设备竞争接入：通过判定的设备，发起基于竞争的随机接入过程，完成接入过程。判定失败的设备，则回退随机时间后重新判定。通过判定的设备发起基于竞争的随机接入，完成接入过程包括如下步骤：
步骤4.1、在随机接入过程中，两个以上设备选择并发送同一个前导码则产生冲突，导致前导码传输失败。更新随机接入过程中前导码传输成功和失败的设备数量，具体为：
Figure BDA0002040283470000051
Mi,c＝M1,c＝M-M1,s
步骤4.2设备重传：前导码传输失败的设备回退随机时间进入另一个时隙，进行步骤3重新判定，重传前导码。
本发明沿用现有的LTE随机接入信道架构，牢牢贴合实际，使用价值高。本发明针对M2M设备数量大的特点，双重限制同时接入网络的设备数量，显著的提高了设备的接入成功率，缓解了网络的压力。

Claims (5)

1.一种基于ACB机制的组寻呼拥塞控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、分散待接入设备：将小区内等待接入的设备均匀分布在整个寻呼周期内；
步骤2、动态调整ACB参数：根据每个时隙内可用前导码数量和请求接入的设备数量动态调整ACB机制的参数；
步骤3、预接入设备判定：根据ACB机制，对待接入设备进行判定，确定控制时隙内同时接入的设备数量；
步骤4、设备竞争接入：通过判定的设备发起基于竞争的随机接入，完成接入过程，判定失败的设备，回退随机时间后进行步骤3重新判定；
步骤2动态调整ACB参数的具体步骤为：
步骤2.1、基站根据反馈信息，统计时隙内接入的设备数量和可用的前导码数量，计算设备的接入概率，计算公式为：
Figure FDA0003018134730000011
式中，Ki和Mi分别表示在随机接入时隙i内成功传输的前导码数量和请求接入的设备数，P(Ki＝k|Ni＝n)次概率表示在时隙i内，在Mi＝m个设备请求接入基站的情况下Ki＝k个前导码成功传输的概率，
Figure FDA0003018134730000012
表示在m个请求设备中，有
Figure FDA0003018134730000013
个设备通过了ACB机制并传输了前导码，P(k|j)表示在j个传输的前导码中，有k个前导码成功传输；
步骤2.2、根据设备的接入概率计算设备成功传输前导码的概率期望值，计算公式为：
Figure FDA0003018134730000014
式中，Ki表示随机接入时隙i内成功传输的前导码数量，Mi表示随机接入时隙i内待接入的设备数量，
Figure FDA0003018134730000015
表示随机接入时隙i内通过ACB机制并传输前导码的设备数量,Mq表示可用的前导码数量，p表示ACB机制的接入禁止参数；
步骤2.3、根据设备成功传输前导码的概率期望值，计算ACB机制的参数最优值；
根据设备成功传输前导码的概率期望值，计算ACB机制的参数最优值的具体步骤为：
步骤2.3.1、对设备成功传输前导码的概率期望值进行求导，即：
Figure FDA0003018134730000021
步骤2.3.2、根据求导后的值，确定ACB机制参数的最优值，具体为：当Mq≥m时，
Figure FDA0003018134730000022
ACB参数的最优值为1；当Mq＜m时，令
Figure FDA0003018134730000023
ACB参数值p＝Mq/m，即ACB机制参数的最优值为：
Figure FDA0003018134730000024
式中，i表示随机接入时隙的序号，Mq表示前导码池内可用前导码的数量，p和p*分别表示ACB机制的参数值和参数最优值。
2.根据权利要求1所述的基于ACB机制的组寻呼拥塞控制方法，其特征在于，步骤1分散待接入设备的具体步骤为：
步骤1.1、根据组寻呼参数，计算寻呼周期内随机接入时隙的数量Imax，计算公式为：
Figure FDA0003018134730000025
上式中
Figure FDA0003018134730000026
表示前导码传输的最大次数；TRAR表示基站处理时延；WRAR表示随机接入响应窗口；WBO表示回退窗口的长度；TRA_REP表示两个连续随机接入时隙之间的间隔；
步骤1.2、根据组寻呼机制，将待接入的设备分到不同的基站，并以基站为中心作为一个单元，统计被寻呼单元内待接入的设备数量；
步骤1.3、将被寻呼单元内待接入的设备均匀分散到寻呼周期内的每一个随机接入时隙；
步骤1.4、使每个随机接入时隙内初次竞争接入的设备数量相同，将单元内待接入的设备分散到整个寻呼周期。
3.根据权利要求2所述的基于ACB机制的组寻呼拥塞控制方法，其特征在于，所述组寻呼参数包括设备最大传输次数、基站处理时延、响应窗口、回退窗口和连续随机时隙间间隔。
4.根据权利要求1所述的拥塞控制方法，其特征在于，步骤3预接入设备判定的具体方法为：
步骤3.1、确定随机接入时隙i内请求接入设备数量，计算公式为：
Figure FDA0003018134730000031
式中，
Figure FDA0003018134730000032
表示寻呼周期内设备最大的传输次数，Mi[n]表示随机接入时隙i内进行第n次前导码传输的设备数量；
步骤3.2、根据ACB机制，待接入的设备生成一个服从0到1之间均匀分布的随机数s，将随机数s与ACB参数的最优值p*进行比较，若s≤p*，则该设备通过判定，允许向基站发起随机接入过程，则预接入设备数量为：
Figure FDA0003018134730000033
其中，
Figure FDA0003018134730000034
表示通过ACB机制的设备待接入设备数量，
Figure FDA0003018134730000035
表示寻呼周期内设备最大的传输次数，Mi[n]表示随机接入时隙i内进行第n次前导码传输的设备数量，p*表示ACB机制的参数最优值。
5.根据权利要求1所述的拥塞控制方法，其特征在于，步骤4中设备竞争接入的具体方法为：
步骤4.1、预接入设备发起随机接入，计算前导码传输成功和失败的设备数量，计算公式为：
Figure FDA0003018134730000036
Mi,c＝M1,c＝M-M1,s
式中，i表示寻呼周期内随机接入时隙的序号，
Figure FDA0003018134730000037
表示设备所传输的前导码被基站检测到的概率，第一次传输的前导码被基站检测到的概率为
Figure FDA0003018134730000041
第n次传输的前导码被基站检测到的概率为
Figure FDA0003018134730000042
Mi,s表示在随机接入时隙i内成功传输前导码的设备数量，Mi,c表示在随机接入时隙i内前导码冲突的设备数量,M单元内的设备总数,NACK表示每个随机窗口内确认信息的数量；
步骤4.2、前导码传输失败的设备，回退随机时间后进行步骤3重新判定。
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