CN112422248B - 支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法及系统，属于无线领域。所述方法包括：S1)根据接入请求的服务类别，将网络切片中的前导码集合虚拟化；S2)根据不同的服务类别隔离互斥的前导码子集；S3)根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小；S4)根据服务类别和调整后的前导码子集，确定接入方案，并根据所述接入方案发起接入请求；S5)完成前导码子集分配。在基于服务类别执行网络切片中将前导码集合虚拟化，依据不同的服务隔离互斥的前导码子集，根据不同服务类别的不同接入负载强度动态调整前导码子集大小，最后采用多个前导码构成码字，基于码字发起接入请求，利用有限的前导码规模支持大连接应用。

Description

支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，具体地涉及一种支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法及一种支持网络切片和大连接的前导码子集分配系统。

背景技术

网络功能虚拟化是如今5G采用的新技术，目的是为了实现网络功能的灵活性和可扩展性。将不同的网络功能实例化为虚拟网络功能，按需配置和释放，既比部署物理硬件快得多，也能提高资源利用率。随着工业物联网和海量机器类通信等新兴技术的应用，需要的连接到网络中的设备终端量越来越大，对于基站的接入性能有很高的技术要求。在终端发起接入请求时，接入点为其分配上行链路时频资源，为了获得上行链路时频资源，终端通过随机接入信道发送彼此正交的前导码来表明接入意图，但由于前导码集合规模有限，当多台终端选择同一前导码并在相同接入子帧发送时，消息就会形成冲突，在相同子帧接入随机接入信道的终端越多，冲突概率越高。此外，以电力物联网为代表的终端具有相同规则的业务生成模式，希望以同步方式建立网络连接，3GPP的随机接入网络工作组将其称为“大规模接入”问题。根据3GPP的分析，最坏情况下可能有数以千计的终端试图在10秒内发起接入请求。现在针对这种问题的解决方案存在延迟大、需要额外的时频资源和仅在低负载条件下有效等问题。

针对上述问题，需要创造一种支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法，以解决上述的大连接情况下终端设备的接入请求极易发生冲突的问题。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法，以至少解决上述的大连接情况下终端设备的接入请求极易发生冲突的问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法，所述方法包括：S1)根据接入请求的服务类别，将网络切片中的前导码集合虚拟化；S2)根据不同的服务类别隔离互斥的前导码子集；S3)根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小；S4)根据服务类别和调整后的前导码子集，确定接入方案，并根据所述接入方案发起接入请求；S5)完成前导码子集分配。

可选的，步骤S1)中，所述根据接入请求的服务类别，将网络切片中的前导码子集集合虚拟化，包括：获取终端发送的连接请求消息；将所述连接请求消息包含的请求服务进行网络切片；筛选所述网络切片中的实例化服务，并为所述实例化服务配置虚拟前导码功能参数；其中，所述虚拟前导码功能参数包括：服务类别ID、前导码子集的起始索引和前导码子集大小。

可选的，步骤S2)中，所述根据不同的服务类别隔离互斥的前导码子集，包括：获取虚拟化后各网络切片的前导码子集中包含的服务类别ID；将所述服务类别ID显示的请求服务不同的前导码子集定义为互斥关系，并将互斥的前导码子集进行隔离。

可选的，步骤S3)中，所述根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小，包括：

获取RACH帧中两个接入子帧收到的前导码数量的平均值；根据所述前导码数量的平均值和所述前导码子集大小进行接入负载预估计算，所述预估计算公式为：

其中，P(m|N,a)为接入负载强度为m的概率；N为前导码数量的平均值；a为前导码子集大小。

可选的，步骤S3)中，所述根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小，还包括：根据所述前导码数量的平均值和所述接入负载强度预设前导码子集大小，包括：按照预设规则判断所述接入负载为高接入负载、中接入负载还是低接入负载：若判定为高接入负载，则预设前导码子集大小与所述前导码数量的平均值相等；若判定为中接入负载，则预设前导码子集大小为所述前导码数量的平均值加1；若判定为低接入负载，则根据接入成功率最大原则预设前导码子集大小；其中，所述接入成功率P_s(a,m,R)确认规则为：

其中，m是接入负载强度；R是配置的上行链路资源数量。

可选的，步骤S3)中，所述根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小，还包括：每完成一次接入负载预估计算进行一次接入负载缓存；根据当前接入负载强度和缓存的多个接入负载强度对后续接入负载强度和后续所述RACH帧的前导码数量的平均值进行预测。

可选的，步骤S3)中，所述根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小，还包括：根据所述接入负载强度和所述前导码数量的平均值的预测值进行前导码子集大小调整，所述前导码子集大小调整包括：判断预测的前导码数量的平均值是否使所述前导码子集饱和；若判定所述前导码子集未饱和，则保持所述前导码子集不变；若判定所述前导码子集饱和，则根据预设规则执行前导码子集调整。

可选的，步骤S4)中，所述根据服务类别和调整后的前导码子集，确定接入方案，包括：根据预测的接入负载强度配置上行链路资源数量；获取所述前导码子集大小达到最大值的次数和连续达到最大值的连续次数，其中所述连续达到最大值为至少在两个连续的RACH帧中前导码子集均达到最大值；当所述前导码子集大小达到最大值的次数和连续达到最大值的连续次数满足最大前导码子集调整规则时，根据所述上行链路资源数量进行最大前导码子集调整；根据所述上行链路资源数量和调整后的前导码子集发起接入请求。

可选的，所述方法还包括：对所述前导码子集大小连续达到最大值的连续次数与预设最大连续次数进行实时对比判断，根据判断结果选择对应的接入模式，并在下一个接入周期开始执行所选择的接入模式；所述对比判断包括：若所述前导码子集大小连续达到最大值的连续次数大于所述预设最大连续次数，选择多前导码接入模式；若所述前导码子集大小连续达到最大值的连续次数不大于所述预设最大连续次数，选择单前导码接入模式。

本发明第二方面提供一种支持网络切片和大连接的前导码子集分配系统，包括终端设备和接入点，所述接入点包括：通讯单元，用于获取所述终端设备的接入请求；虚拟单元，用于根据接入请求的服务类别，将网络切片中的前导码集合虚拟化；处理单元，用于根据不同的服务类别隔离互斥的前导码子集，并根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小；所述处理单元还用于根据服务类别和调整后的前导码子集，确定接入方案；接入单元，用于根据所述接入方案发起接入请求。

另一方面，本发明提供一种可读存储介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法。

通过上述技术方案，接入点首先在基于服务类别执行网络切片中将前导码集合虚拟化，依据不同的服务类别隔离互斥的前导码子集，然后根据不同服务类别的不同接入负载强度动态调整前导码子集大小，最后采用多个前导码构成码字，基于码字发起接入请求。虚拟化前导码集合，依据不同服务类别隔离互斥的前导码子集，能避免不同服务类别产生的接入冲突相互影响；根据不同服务类别的不同接入负载强度动态调整前导码子集大小，能利用最少的上行链路资源获得最高的接入成功率；基于码字的随机接入请求，多台终端选择同一码字的概率远小于选择同一前导码的概率，能利用有限的前导码规模支持大连接应用。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法的流程图；

图2是本发明一种实施方式提供的接入负载和前导码子集平均数量预测方法的流程图；

图3是本发明一种实施方式提供的前导码子集调整方法的流程图；

图4是本发明一种实施方式提供的随机接入信道帧的结构图；

图5是本发明一种实施方式提供的支持网络切片和大连接的前导码子集分配系统的接入点结构图。

附图标记说明

10-通讯单元；20-虚拟单元；30-处理单元；40-接入单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图5，本发明一种实施方式提供了一种支持网络切片和大连接的前导码子集分配系统，系统包括终端设备和接入点，其中，接入点包括：通讯单元10，用于获取所述终端设备的接入请求；虚拟单元20，用于根据接入请求的服务类别，将网络切片中的前导码集合虚拟化；处理单元30，用于根据不同的服务类别隔离互斥的前导码子集，并根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小；所述处理单元还用于根据服务类别和调整后的前导码子集，确定接入方案；接入单元40，用于根据所述接入方案发起接入请求。

图1是本发明一种实施方式提供的支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供一种支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法，所述方法包括：

步骤S10：获取终端设备的接入请求，并根据接入请求服务类别将网络切片中前导码集合虚拟化。

具体的，网络功能虚拟化是如今5G采用的新技术，目的是为了实现网络功能的灵活性和可扩展性。将不同的网络功能实例化为虚拟网络功能，按需配置和释放，既比部署物理硬件快得多，也能提高资源利用率。为了满足同一服务类别下不同接入负载强度的要求，支持随机接入网络切片，优选的，将前导码子集的分配作为一种新的网络虚拟功能定义在RAN切片中，在随机接入网络切片中配置两个功能实体，分别为虚拟前导码功能(VirtualPreamble Function,下称VPF)和虚拟通告功能(Virtual Announce Function,下称VAF)。终端设备首先将接入请求发送到接入点，接入点的虚拟模块对获得请求服务的RAN切片进行类别识别，例如在RAN与核心网间接口标识的扩展个人数据分组来实现切片识别，当判定一个新的RAN切片为某个服务类别实例化时，为该RAN切片配置VPF参数，包括服务类别ID、前导码子集的起始索引和前导码子集大小。而VAF接受来自VPF运行后获得的更前导码子集大小，并向该服务类别的设备发布通告或协调接入点为所有RAN切片发布通告。例如，预设工业互联网、超可靠低延迟通信和增强移动宽带三种服务类别，每种服务类别的RAN切片里面都包括虚拟前导码功能、虚拟通告功能和其他虚拟网络功能。为不同的服务类别配置不同的VPF参数，可以识别出不同的服务类别，在后续接入过程中，能够有效避免不同服务类别产生的接入冲突相互影响。在为服务类别配置VPF参数时，每个RAN切片均被配置有包含服务类别身份的服务类别ID，根据服务类别ID反向识别RAN切片的服务类别身份信息，然后将不同服务类别RAN切片VPF参数中的前导码子集进行隔离，将相同服务类别的前导码子集进行集合，便于后续进行接入时，针对不同的服务类别发起接入请求，避免不同服务类别产生的接入冲突相互影响。

步骤S20：预分配前导码子集，并获取一个RACH帧中连续两个接入子帧收到的前导码数量的平均值。

具体的，终端在随机接入信道(Random Access Channel,下称RACH)向接入点发送批次正交的前导码来表明接入意图，本发明提出的支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法可以选择单前导码随机接入模式和多前导码随机接入模式，多前导码随机接入模式为将两个前导码构成码字，基于码字发起接入请求。如图4，3GPP定义的RACH帧长为10ms，将一个RACH帧划分为10个长为1ms的子帧。如图4，定义RACH帧中的1-5号子帧为一个接入周期，其中子帧1和子帧2为该接入周期的接入子帧；子帧6-10位连续的下一个接入周期，其中子帧6和7为该接入周期的接入子帧。以此类推，每个接入周期的长度为5个子帧，每个接入周期的接入子帧为该接入周期内依照子帧顺序的前两个子帧，其中第一个接入子帧的第一接入子帧，第二个接入子帧为第二节接入子帧。随机接入是在连续的两个接入子帧传输码字，终端设备则在第一子帧发起随机接入尝试，在第二子帧出散户码字的第二个前导码。在多前导码随机接入模式下，若终端设备在接入子帧之外的子帧处发起随机接入请求，则该设备的接入请求将缓存到下一个RACH帧的第一个接入周期进行接入尝试，并在第一个接入周期的第一子帧发送码字的第一个前导码，并在前导码子集中随机选择另一个前导码在该接入周期的第二接入子帧发送。接入点获取由两个前导码组成的接入码字，根据码字获取终端设备的接入请求。针对多前导码随机接入模式的工作原理，处理单元分别统计第一接入子帧和第二接入子帧接收到的前导码数量，然后计算两个接入子帧接收到的前导码数量的平均值。处理单元按照常规工作模式进行前导码子集预分配，分配的前导码子集大小由常规工作状态下，多个接入周期内平均接收到的发起接入请求的终端设备的数量决定，且在长期使用过程中，根据使用情况实时更新预分配前导码子集大小。

在本发明实施例中，多前导码随机接入模式是终端设备在前导码子集中随机选择两个前导码形成码字，并根据码字进行接入请求。传统的接入模式为终端通过RACH发送彼此正交的前导码来表明接入意图，但是前导码集合有限，例如LTE网络的前导码集合只用54个前导码，当多台终端设备选择同一个前导码且在同一个接入子帧发起接入请求时，消息就会形成冲突，导致接入失败，且相同子帧接入RACH的终端设备越多，形成接入冲突的概率也就越大。在接入在终端少的时候，可能单前导码随机接入模式还能保持很高的接入成功率，但是处理大规模终端接入时，将会因为冲突概率提高而大大缩减接入成功率。而采用多前导码随机接入模式时，因为一个接入请求时随机的两个前导码。两个终端设备发起接入请求的两个前导码均相同的概率要远远低于一个前导码相同的概率，所以在发起接入请求时产生冲突的概率也会大大缩减，能利用有限的前导码规模支持大连接应用。

步骤S30：进行接入负载估算，并进行后续接入负载强度预测和后续平均前导码数量预测。如图2，包括以下步骤：

步骤S301：进行接入负载估算；

具体的，因为终端设备进行随机接入时，单前导码随机接入模式和多前导码随机接入模式是可选择并转换的，所以两个连续接入子帧获取到的前导码数量不能直接获取到发起接入请求的终端设备数量。但是可以根据两个连续接入子帧获取到的前导码数量的平均值进行接入设备估算，其中，前导码数量的平均值N的计算公式为：

其中，N₁为第一接入子帧接收到的前导码数量；N₂为第二接入子帧接受到的前导码数量。根据前导码数量的平均值和预分配的前导码数量便可以进行通过当前接入周期进行接入请求的终端设备数量，即当前接入负载强度，处理单元根据当前的平均前导码数量和前导码子集大小，基于极大似然准则估计接入负载强度，给定在平均前导码数量和前导码子集大小下接入负载强度为概率的条件概率P(m|N,a)为：

其中，根据本关系得到的最大化条件概率P(m|N,a)中的m就是估计的接入负载强度；右边分母部分对于k＝1,2,…,∞相等。

在另一种可能的实施方式中，最大化条件概率P(m|N,a)还可以表示为最大化条件概率P(N|m,a)，且P(m|N,a)与P(N|m,a)之间的换算关系为：

其中，P_cov(m,N)表示当每台终端从N个前导码中随机选择一个前导码时，m台终端最终选择所有N个前导码的概率。优选的，如表1，采用离线计算P_cov(m,N)，并生成静态表。

表1P_cov(m,N)静态表

步骤S302：进行后续接入负载强度预测和后续平均前导码数量预测。

具体的，为了获取一段时间内存在的接入负载参考，以便于进行应对接入负载变化规律而及时做出接入方案调整，使得接入系统更智能，反应更迅捷。优选的，每完成一次接入负载测算便进行一次接入负载数据缓存，将数据缓存的缓存区，缓存区永远保持预设足够数量的接入负载缓存数据。例如，预设缓存区缓存20个最近的接入负载缓存数据，当完成一个接入周期的接入负载估算后，新的接入负载估算值将被缓存进缓存区，则在本接入周期的前第21个接入负载缓存数据将被自动删除，只保留最近的20个接入负载缓存数据，因为只有近期的接入负载缓存数据才能够代表当前时段的接入请求负载参考值，所以只保留多个近期的接入负载缓存数据。首先，根据时间顺序将缓存的多个接入周期的缓存数据根据自然数递增规则进行编号，形成接入周期序号集和其对应的接入负载强度值集。根据接入负载强度值集形成的二维坐标曲线判断接入负载变化斜率，即接入负载的变化规律，然后根据获取的变化斜率进行后续接入负载强度预测。根据获得的接入负载强度进行后续平均前导码数量N_next预测，预测公式为：

其中，a为当前前导码子集大小；m_next为后续接入负载强度预测值。

在本发明实施例中，通过缓存近期各接入周期的接入负载强度值进行后续接入负载强度值平均前导码数量预测，有利于适应接入负载变化规律，根据接入终端数量的不同时段而及时做出接入方案调整，使得接入系统更智能，反应更迅捷。

步骤S40：根据前导码子集饱和程度进行适应性前导码子集调整。

具体的，多前导码随机接入模式一个接入终端设备随机使用前导码子集中的两个前导码形成的码字发起接入请求，虽然多前导码随机接入模式相较于单前导码随机接入模式，两个接入终端设备发生接入冲突的概率小很多，但若一个接入周期内同时发起接入请求的终端设备量过高，还是可能造成较高的冲突概率。例如，若一个前导码子集中存在4个前导码，在单前导码随机接入模式下，每个接入设备选择这2个前导码中的1个前导码发起接入请求，则其中序号为1的前导码被选中的概率为1/4，该前导码被两个接入设备同时选中的概率则为1/16，则两个设备发生冲突的概率为1/4；而在多前导码随机接入模式下，一个接入设备需要选择两个前导码，而两个设备的两个前导码均相同的概率为1/6，小于单前导码随机接入模式的冲突概率。而若前导码子集存在6个前导码，则在多前导码随机接入模式下，两个发起接入请求设备产生冲突的概率降低为1/15。因为随着同时接入的终端设备数量增多，即使是在多前导码随机接入模式下，多个接入终端设备中存在两个互相冲突的终端设备概率也是在不断上升，为了避免因为短时间内大量终端设备发起请求导致接入请求冲突，优选的，前导码子集根据接入负载强度进行实用性调整，当判断当前前导码子集已经饱和，则适应性增加前导码子集的大小，每增加一个前导码，产生接入冲突的概率都会大幅下降。

具体的，如图3，步骤S40包括以下步骤：

步骤S401：判断在当前前导码的平均值下，前导码子集是否饱和。

具体的，获取步骤S302计算获得的后续接入强度预测值和前导码数量预测值，根据前导码数量预测值和接入负载强度预测值进行当前规则下前导码子集是否饱和，判断规则为：

N_next≥0.99a

当前导码的平均值的预测值与当前前导码子集满足上述关系时，则表示前导码子集已经达到饱和，跳转步骤S402；若当前导码的平均值的预测值与当前前导码子集不满足上述关系时，跳转步骤S403。

步骤S402：根据预设规则1执行前导码子集调整。

具体的，根据接入负载估算值进行前导码子集调整，调整规则为：

其中，a_next为调整后的前导码子集大小，通过四舍五入规则去计算值的就近整数作为最终结果。

步骤S403：根据预设规则2执行前导码子集调整。

具体的，获取缓存区缓存的近期多个接入周期的平均前导码数量，并对比前序多个接入周期平均前导码数量和前导码数量预测值，对比规则为：

N_next<N_v

其中，N_v为前序多个接入周期平均前导码数量。若满足上述关系，则执行预设规则2进行前导码子集调整，调整规则为：

a_next＝(N_next+1)

若前序多个接入周期平均前导码数量和前导码数量预测值不满足上述对比规则，则跳转步骤S404。

步骤S404：根据预设规则3执行前导码子集调整。

具体的，根据存储在缓存区的前序多个接入周期记录的前导码数量的平均值前导码子集，识别并提取其中前导码数量的平均值与前导码子集相同的接入周期出现的次数，然后根据获取的次数与预设进行对比判断，当前导码数量的平均值与前导码子集相同的接入周期出现的次数小于预设次数时，根据预设规则2进行前导码子集调整，即a_next＝(N_next+1)。否则，根据以下公式进行前导码子集调整：

a_next＝2a；count(N＝a)＝0

步骤S405：判断调整后的前导码子集与预设的最大前导码子集之间的大小关系，并根据判断结果生成最终调整后前导码子集。

具体的，系统预设有前导码子集的最大值，所以在进行前导码子集调整时，必须限定在最大前导码自己范围内。所以根据预设规则完成前导码子集调整方案后，必须将前导码子集与预设最大前导码子集之间的大小关系，判断关系如下：

a_next＞a_max

其中，a_max为预设最大前导码子集；当调整后前导码子集与预设最大前导码子集之间的关系满足上述关系时，则表示调整后的前导码子集已经超过了前导码子集预设阈值，前导码子集调整方案不被接受。所以在这种关系下需要将调整后前导码子集调节到前导码子集预设阈值范围内，即满足以下公式：

a_next＝a_max

根据调整后的前导码子集输出最终的前导码子集调整结果，若根据预设规则调整完成的前导码子集不大于前导码子集预设阈值，则以预设规则调整完成的前导码子集作为最终的前导码子集调整结果。

步骤S50：根据接入负载强度配置对应的上行链路资源数量。

具体的，预设多次连接接入尝试能够达到99％的成功概率关系式，关系式如下：

其中，K为设定的接入次数；首先，根据适应性设定一个上行链路数量，然后根据预设的上行链路数量执行K次接入尝试，然后判断K次接入尝试中的成功概率，然后将获得接入尝试与预设99％成功概率进行对比。若当前配置的上行链路数量接入的成功概率小于99％，则表示配置的上行链路数量不足，在预设的上行链路数量基础上加1，然后根据更新后的上行链路数量，重复K次接入尝试，获得新的接入尝试成功概率，并重复进行概率对比，直至获得的接入尝试概率达到预设接入概率值，结束更新上行链路数量，以最后一次更新的上行链路数量作为上向链路数量配置方案。将获得的上行链路数量分别与预设的上行链路数量最大值和最小值进行对比，上行链路的调整量必须限定在预设的上行链路阈值范围内。

步骤S60：根据发起接入请求的服务类别和接入负载强度进行前导码子集最大值调整。

具体的，对比前导码数量的平均值和前导码子集之间的关系，当前导码数量的平均值小于前导码子集时，根据配置的上行链路数量进行前导码子集最大值调整，调整规则为：

其中，

为调整后的前导码子集最大值；R为配置的链路数量；因为上行链路子集大小为整数，所以将根据关系式获得的计算值根据四舍五入原则化为整数，获得的整数结果作为调整后的前导码子集最大值。根据存储在缓存区的前序多个接入周期记录的前导码数量的平均值前导码子集，识别并提取其中前导码数量的平均值与前导码子集相同的接入周期出现的次数。获取连续出现前导码数量的平均值与前导码子集最大值相同的接入周期的次数，其中，连续达到最大值为至少在两个连续的RACH帧中前导码子集均达到最大值，例如，预设前导码子集不能在连续两个接入周期内均到达最大值，若两个连续接入周期内，前导码子集均到达最大值，则表示当前时间段，接入设备量很大，当前前导码子集已经达到饱和。可以根据实际情况进行前导码连续达到最大值次数限定，当连续出现前导码数量的平均值与前导码子集相同的接入周期次数达到预设规则的次数时，判定当前前导码子集已经达到持续的饱和状态，需要将前导码子集的最大值扩大，在上行链路数量允许范围内，根据步骤S50中的上行链路调整数量进行上行链路数量调整，然后根据调整后的上行链路数量再次执行前导码子集最大值与上行链路数量之间的关系式，获得新的前导码子集最大值，然后将当前前导码子集的最大值更新为新的计算值，避免接入负载过大导致的接入请求冲突的问题，大幅提高前导码子集的负载性能，根据接入负载的强度进行实时的前导码子集最大值更新，以保证最大化利用通讯资源，提高接入点的管理效率。

在一种可能的实施方式中，设置每台终端设备接入时间随机分配为10秒时间窗口内20000个接入子帧之一，多个终端设备接入请求的时间分布服从平稳泊松过程，其均值的倒数为平均接入负载强度，一次随机接入过程允许终端进行k＝10次接入尝试，如果10次均未成功，判断为接入失败。为了验证不同接入负载强度的影响，每个接入子帧分布2-100台终端发起随机接入，配置的上行链路资源数量等于接入负载强度，确保每台终端能获得一个上行链路资源。考虑有2ms的HARQ时间延迟，包括RRC连接请求消息(消息3)传输约1ms的延迟和平均0.8ms的重传延迟，发送RRC连接设置消息(消息5)之前的处理延迟为12ms，终端和基站之间传输消息需要1ms。将多前导码随机接入(MPRA)与单前导码随机接入(SinglePreamble Random Access,下称SPRA)以及码扩展随机接入(Code-expanded RandomAccess,下称CeRA)就多个关键性能指标进行比较，运行时间分别为40、80、160和320ms。其中，对比的关键性能包括：接入成功率、接入吞吐量、前导码占用、前导码利用率和接入延迟进行比较。

具体的，就接入成功率而言，SPRA由于前导码空间有限(最多54)，大量终端选择前导码必定产生冲突；CeRA盲目使用所有前导码，其模糊性显著，而MPRA通过观测基站接收到的不同前导码数量，基于对RACH的接入负载强度估计动态调整前导码子集大小，能降低前导码冲突概率，支持更大的接入负载强度。

具体的，就接入吞吐量而言，MPRA能获得更高的接入吞吐量，即每次尝试能成功接入的设备数量高于SPRA和CeRA，且接入吞吐量随接入负载强度的增加而线性增加。

具体的，就前导码占用而言，MPRA使用前导码数量最少，图中接入负载强度下约需要15个前导码，而SPRA和CeRA所需的前导码数量随接入负载强度的增加而快速增加。

具体的，就前导码利用率而言，SPRA的前导码利用率仅为50-60％，而MPRA和CeRA的前导码利用率超过90％。

具体的，就接入延迟而言，SPRA需要进行多次接入尝试，接入延迟随接入负载强度的增加呈指数增长，CeRA的接入延迟约为100ms，而MPRA的接入延迟仅为40ms。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (7)

1.一种支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法，其特征在于，所述方法包括：

S1)根据接入请求的服务类别，将网络切片中的前导码集合虚拟化；包括：

获取终端发送的连接请求消息；

将所述连接请求消息包含的请求服务进行网络切片；

筛选所述网络切片中的实例化服务，并为所述实例化服务配置虚拟前导码功能参数；其中，所述虚拟前导码功能参数包括：

服务类别ID、前导码子集的起始索引和前导码子集大小；

S2)根据不同的服务类别隔离互斥的前导码子集；包括：

获取虚拟化后各网络切片的前导码子集中包含的服务类别ID；

将所述服务类别ID显示的请求服务不同的前导码子集定义为互斥关系，并将互斥的前导码子集进行隔离；

S3)根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小；包括：

获取RACH帧中两个接入子帧收到的前导码数量的平均值；

根据所述前导码数量的平均值和所述前导码子集大小进行接入负载预估计算，所述预估计算公式为：

其中，P(m|N,a)为接入负载强度为m的概率；

N为前导码数量的平均值；

a为前导码子集大小；

P(N|m,a)为给定m和a的基础上的前导码数量平均值的最大化条件概率，其计算式为：

其中，P_cov(m,N)表示当每台终端从N个前导码中随机选择一个前导码时，m台终端最终选择所有N个前导码的概率；

C为a和N组合关系数；

还包括：根据所述前导码数量的平均值和所述接入负载强度预设前导码子集大小，包括：

按照预设规则判断所述接入负载为高接入负载、中接入负载还是低接入负载：若判定为高接入负载，则预设前导码子集大小与所述前导码数量的平均值相等；若判定为中接入负载，则预设前导码子集大小为所述前导码数量的平均值加1；若判定为低接入负载，则根据接入成功率最大原则预设前导码子集大小；其中，所述接入成功率P_s(a,m,R)确认规则为：

其中，m是接入负载强度；

R是配置的上行链路资源数量；

S4)根据服务类别和调整后的前导码子集，确定接入方案，并根据所述接入方案发起接入请求；

S5)完成前导码子集分配。

2.根据权利要求1所述的支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法，其特征在于，步骤S3)中，所述根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小，还包括：

每完成一次接入负载预估计算进行一次接入负载缓存；

根据当前接入负载强度和缓存的多个接入负载强度对后续接入负载强度和后续所述RACH帧的前导码数量的平均值进行预测。

3.根据权利要求2所述的支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法，其特征在于，步骤S3)中，所述根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小，还包括：

根据所述接入负载强度和所述前导码数量的平均值预测值进行前导码子集大小调整，所述前导码子集大小调整包括：

判断预测的前导码数量的平均值是否使所述前导码子集饱和；若判定所述前导码子集未饱和，则保持所述前导码子集不变；若判定所述前导码子集饱和，则根据预设规则执行前导码子集调整。

4.根据权利要求3所述的支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法，其特征在于，步骤S4)中，所述根据服务类别和调整后的前导码子集，确定接入方案，包括：

根据预测的接入负载强度配置上行链路资源数量；

获取所述前导码子集大小达到最大值的次数和连续达到最大值的连续次数，其中所述连续达到最大值为至少在两个连续的RACH帧中前导码子集均达到最大值；

当所述前导码子集大小达到最大值的次数和所述连续达到次数满足最大前导码子集调整规则时，根据所述上行链路资源数量进行最大前导码子集调整；

根据所述上行链路资源数量和调整后的前导码子集发起接入请求。

5.根据权利要求4所述的支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述前导码子集大小连续达到最大值的连续次数与预设最大连续次数进行实时对比判断，根据判断结果选择对应的接入模式，并在下一个接入周期开始执行所选择的接入模式；所述对比判断包括：

若所述前导码子集大小连续达到最大值的连续次数大于所述预设最大连续次数，选择多前导码接入模式；

若所述前导码子集大小连续达到最大值的连续次数不大于所述预设最大连续次数，选择单前导码接入模式。

6.一种支持网络切片和大连接的前导码子集分配系统，包括终端设备和接入点，其特征在于，所述接入点包括：

通讯单元，用于获取所述终端设备的接入请求；

虚拟单元，用于根据接入请求的服务类别，将网络切片中的前导码集合虚拟化；包括：

获取终端发送的连接请求消息；

将所述连接请求消息包含的请求服务进行网络切片；

筛选所述网络切片中的实例化服务，并为所述实例化服务配置虚拟前导码功能参数；其中，所述虚拟前导码功能参数包括：

服务类别ID、前导码子集的起始索引和前导码子集大小；

处理单元，用于根据不同的服务类别隔离互斥的前导码子集，并根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小；其中，

所述根据不同的服务类别隔离互斥的前导码子集包括：

获取虚拟化后各网络切片的前导码子集中包含的服务类别ID；

将所述服务类别ID显示的请求服务不同的前导码子集定义为互斥关系，并将互斥的前导码子集进行隔离；

所述根据不同的服务类别的不同接入负载强度，调整所述前导码子集大小包括：

获取RACH帧中两个接入子帧收到的前导码数量的平均值；

根据所述前导码数量的平均值和所述前导码子集大小进行接入负载预估计算，所述预估计算公式为：

其中，P(m|N,a)为接入负载强度为m的概率；

N为前导码数量的平均值；

a为前导码子集大小；

P(N|m,a)为给定m和a的基础上的前导码数量平均值的最大化条件概率，其计算式为：

其中，P_cov(m,N)表示当每台终端从N个前导码中随机选择一个前导码时，m台终端最终选择所有N个前导码的概率；

C为a和N组合关系数；

还包括：根据所述前导码数量的平均值和所述接入负载强度预设前导码子集大小，包括：

按照预设规则判断所述接入负载为高接入负载、中接入负载还是低接入负载：若判定为高接入负载，则预设前导码子集大小与所述前导码数量的平均值相等；若判定为中接入负载，则预设前导码子集大小为所述前导码数量的平均值加1；若判定为低接入负载，则根据接入成功率最大原则预设前导码子集大小；其中，所述接入成功率P_s(a,m,R)确认规则为：

其中，m是接入负载强度；

R是配置的上行链路资源数量；

所述处理单元还用于根据服务类别和调整后的前导码子集，确定接入方案；

接入单元，用于根据所述接入方案发起接入请求。

7.一种可读存储介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行权利要求1至5中任一项权利要求所述的支持网络切片和大连接的前导码子集分配方法。

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