CN112867168A - 窄带物联网高并发接入方法、装置、计算设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及通信技术领域，公开了一种窄带物联网高并发接入方法、装置、计算设备及存储介质，该方法包括：根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算终端的接入优先权系数；根据接入优先权系数对终端进行优先等级分组；根据优先等级分组为终端分配前导资源；对分配有前导资源的终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向终端发送携带有上行调度资源的随机接入响应；接收终端在上行调度资源上传输的上行信息；根据上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功。通过上述方式，本发明实施例能够提高终端首次接入成功率和系统容量，降低接入时延，实现上行链路容量最大化。
Description
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，具体涉及一种窄带物联网高并发接入方法、装置、计算设备及存储介质。
背景技术
窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NB-IOT)是第三代合作伙伴计划(The 3rd Generation Partnership Project，3GPP)提出的专门面向低功耗广覆盖物联网应用的无线通信技术，可直接部署于现有蜂窝网络的授权频段，集广覆盖、大连接、低功耗和低成本等优势为一身的窄带物联网必将成为未来物联网行业的重要分支，将会是推动万物互联进一步实质化的强大助推力。
NB-IOT采用全新的跳频前导方案，不支持码分复用，在180KHz的系统带宽下，每个时隙最多仅支持48个可用前导。前导资源受限将极大地限制海量终端接入性能，若出现大量NB-IOT终端同时触发接入，有限的前导资源无法同时处理大量接入请求，必将出现接入拥塞，进一步严重影响终端接入成功率、增大接入时延。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提供了一种窄带物联网高并发接入方法、装置、计算设备及存储介质，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种分发用户配置数据的方法，所述方法包括：根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功。
在一种可选的方式中，所述根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数，包括：根据所述终端的所述网络覆盖情况获取所述终端的覆盖优先系数；根据所述终端请求接入的所述最大容忍时延以及发起接入的所述等待时延获取所述终端的时延优先系数；根据所述覆盖优先系数以及所述时延优先系数计算所述终端的所述接入优先权系数。
在一种可选的方式中，所述终端i的所述接入优先权系数ηi满足以下关系式：
ηi＝αP(i)+βT(i)，
其中，T(i)为所述终端i的所述时延优先系数，P(i)为所述终端i的所述覆盖优先系数，α、β为权重系数，且α+β＝1，Twait(i)为所述终端i的所述等待时延，Tmax(i)为所述终端i的最大容忍时延，Pmcl(i)为最大耦合损耗，Pcl(i)为从基站到所述终端i当前位置的损耗。
在一种可选的方式中，所述根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组，包括：对随机选取的预设数量个所述终端的所述接入优先权系数进行降序排列；基于所述预设数量个所述终端的所述接入优先权系数初始化聚类中心，并将剩余所有终端根据所述接入优先权系数分配到距离最近所述聚类中心所在的类中；重新计算新的聚类中心，并与上一次聚类中心进行比较；如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同，则聚类结束；如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心不相同，则重复进行聚类并重新计算新的聚类中心，直至所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同。
在一种可选的方式中，所述根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源，包括：根据优先等级优先将所述前导资源分配给优先等级较高的分组；在所述前导资源数目大于前一优先等级的分组中的终端数量时，将多余的所述前导资源分配给下一优先等级的分组。
在一种可选的方式中，所述对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，包括：将所述上行调度资源的分配建模为指派问题，建立最佳匹配数学模型；根据所述最佳匹配数学模型利用KM二分匹配的资源调度算法求得终端与上行调度资源单元的最佳匹配。
在一种可选的方式中，所述最佳匹配数学模型满足以下关系式：
max∑i∑jpijRij，
其中，Rij为终端i占用上行调度资源单元j的传输速率；Bj为待调度的上行调度资源单元j的频段宽度，Sij为终端i在待调度的上行调度资源单元j上的发射功率，Nij为终端i占用待调度上行调度资源单元j时的干扰噪声；pij为决策变量。
根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种窄带物联网高并发接入装置，所述装置包括：优先权计算单元，用于根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；分组单元，用于根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；前导分配单元，用于根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；资源分配单元，用于对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；信息接收单元，用于接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；接入判决单元，根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述窄带物联网高并发接入方法的步骤。
根据本发明实施例的又一方面，提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述窄带物联网高并发接入方法的步骤。
本发明实施例通过根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功，能够提高终端首次接入成功率和系统容量，降低接入时延，实现上行链路容量最大化。
上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优先实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优先实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的窄带物联网高并发接入方法的流程示意图；
图2示出了本发明实施例提供的窄带物联网高并发接入方法的步骤S12的流程示意图；
图3示出了本发明实施例提供的窄带物联网高并发接入装置的结构示意图；
图4示出了本发明实施例提供的计算设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了本发明实施例提供的窄带物联网高并发接入方法的流程示意图。本发明实施例的窄带物联网高并发接入方法应用于NB-IOT基站。如图1所示，该窄带物联网高并发接入方法包括：
步骤S11：根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数。
具体地，根据所述终端的所述网络覆盖情况获取所述终端的覆盖优先系数；根据所述终端请求接入的所述最大容忍时延以及发起接入的所述等待时延获取所述终端的时延优先系数；根据所述覆盖优先系数以及所述时延优先系数计算所述终端的所述接入优先权系数。
在本发明实施例中，当前需要接入NB-IOT网络的物联网终端数量为M个，接入终端集合为U＝{1，2，…，M}，计算每个终端的接入优先权系数。对于第i个待接入NB-IOT网络的终端，定义其接入优先权系数ηi满足以下关系式：
ηi＝αP(i)+βT(i)，
其中，T(i)为所述终端i的所述时延优先系数，P(i)为所述终端i的所述覆盖优先系数，α、β为权重系数，且α+β＝1，Twait(i)为所述终端i的所述等待时延，Tmax(i)为所述终端i的最大容忍时延，Pmcl(i)为最大耦合损耗，Pcl(i)为从基站到所述终端i当前位置的损耗，由公式可知，P(i)∈[0，1)。Pcl(i)越小，表示终端i当前位置的网络覆盖越好，则覆盖优先系数P(i)越大，需要分配越高的接入优先级。
在本发明实施例中，最大耦合损耗是指满足NB-IOT最低业务目标条件下，从基站到终端所允许的最大损耗，表示系统的最大覆盖能力。在NB-IOT网络中，最大耦合损耗一般为164dB。Twait(i)为终端i发起接入NB-IOT网络的等待时延，Tmax(i)为终端i请求接入的最大容忍时延，可知Twait(i)≤Tmax(i)，T(i)越接近于1，即时延优先系数越大，说明该终端越接近本业务接入网络的最大容忍时延要求，需要分配越高的接入优先级。最大容忍时延Tmax(i)由业务类型决定，不同的业务类型对终端接入NB-IOT网络的最大容忍时延存在差异，例如，智能抄表类业务Tmax(i)较长，智能预警类业务Tmax(i)较短。
本发明实施例提供的终端接入优先权系数ηi综合考虑了多业务对时延敏感度的需求、接入时延不均衡及终端所在位置的网络覆盖情况。时延系数中的最大容忍时延Tmax(i)考虑到不同终端业务类型对接入优先级的要求，为避免接入资源总是分配给对时延要求高的业务，部分终端平均等待时延较长这种接入时延不均衡的情况。本发明实施例同时考虑了终端接入网络的已等待时延Twait(i)，针对对时延不敏感的业务终端，如果已经具有较长的接入等待时延，则同样可获得高的接入优先级。在此基础上，为了保证覆盖信号强的终端可具有较高的接入优先级，本发明实施例在终端接入优先权系数中包含了覆盖优先系数。
步骤S12：根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组。
在发明实施例中，利用K-means聚类算法为每个终端进行优先等级分组，并获得n个具有不同接入优先等级的终端设备子集。具体地，对随机选取的预设数量n个所述终端的所述接入优先权系数进行降序排列；基于所述预设数量n个所述终端的所述接入优先权系数初始化聚类中心，并将剩余所有终端根据所述接入优先权系数分配到距离最近所述聚类中心所在的类中；重新计算新的聚类中心，并与上一次聚类中心进行比较；如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同，则聚类结束；如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心不相同，则重复进行聚类并重新计算新的聚类中心，直至所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同。至此，将当前需要接入NB-IOT网络的M个终端根据接入优先权系数从高到低分为n个分组。
更具体地，如图2所示，步骤S12包括：
步骤S121：随机选取的预设数量n个终端的接入优先权系数。
预设数量n可以根据需要进行设置，用于将当前需要接入NB-IOT网络的M个终端为n个分组。
步骤S122：将n个待接入窄带物联网的终端的接入优先权系数ηi降序排列，初始化聚类中心，存储在集合δ中。
即基于集合δ中的n个终端初始化聚类中心，即将该n个终端作为初始的聚类中心。
步骤S123：将剩余所有终端按照接入优先权系数大小与聚类中心的优先权系数的相近程度，分配到距离最近的聚类中心所在的类中。
将剩余的M-n个终端根据所述接入优先权系数分配到距离最近所述聚类中心所在的类中，如此，将M个终端按照接入优先权系数分类到初始的n个分组中。
步骤S124：重新计算新的聚类中心。
具体地，分别重新计算n个分组的聚类中心，得到n个新的聚类中心。
步骤S125：比较新的聚类中心与上一次聚类中心是否相同。如果相同，则执行步骤S125；如果不相同，则返回至步骤S122。
步骤S126：聚类结束。
当两次聚类中心相同时，聚类结束。将M个终端的聚类分组结果储存在集合K中，记作K＝{K1,K2,…,Kn}，n为聚类出的接入优先级组数。K1分组中终端的平均接入优先权系数ηi最大，该分组的终端具有最高的接入优先等级。Kn分组中终端的平均接入优先权系数ηi最小，该分组的终端具有最低的接入优先等级，即集合K中的分组按接入优先等级由高到低排列。
步骤S13：根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源。
具体地，根据优先等级优先将所述前导资源分配给优先等级较高的分组；在所述前导资源数目大于前一优先等级的分组中的终端数量时，将多余的所述前导资源分配给下一优先等级的分组。
在本发明实施例中，比较当前小区可用的前导资源数目是否大于最高接入优先等级K1分组中的终端数量D1。如果不大于，则将全部可用前导资源分配于K1优先级分组。否则，将多余的前导资源分配给次高接入优先等级K2分组，依次类推。分配有随机接入前导资源的接入优先等级分组内的全部终端从可用前导资源中随机选择一个前导码，并在其相应的窄带物理随机接入信道(Narrowband physical random access channel，NPRACH)资源上发送基于竞争的随机接入请求RA。
步骤S14：对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应。
在本发明实施例中，NB-IOT基站针对接收到随机接入请求的所有终端采用基于KM二分匹配算法的上行调度资源调度方法为每个终端分配上行调度资源，并向各终端发送随机接入响应RAR。其中，上行调度资源即为窄带物理上行共享信道(Narrowband physicaluplink shared channel，NPUSCH)资源。NB-IOT的3GPP协议标准中并未规定NPUSCH资源单元的调度方法，基站随机调度NPUSCH资源，会造成资源浪费，降低上行链路资源利用率和容量。
在步骤S14中，将所述上行调度资源的分配建模为指派问题，建立最佳匹配数学模型；根据所述最佳匹配数学模型利用KM(K-means)二分匹配的资源调度算法求得终端与上行调度资源单元的最佳匹配。
指派问题是一类经典的运筹学问题，属于0-1型整数规划，为每一个待接入NB-IOT网络的终端匹配最合适的上行调度资源使得上行链路的总容量最大。假设当前可用的上行调度资源单元有N个，待接入的终端i占用上行调度资源单元j的传输速率为：
其中，Rij为终端i占用上行调度资源单元j的传输速率；Bj为待调度的上行调度资源单元j的频段宽度，Sij为终端i在待调度的上行调度资源单元j上的发射功率，Nij为终端i占用待调度上行调度资源单元j时的干扰噪声。
定义决策变量pij为：
规定每个待调度资源单元只能分配给一个终端，每个终端只能占用一个待调度资源单元，由于每个资源单元的时频信息及质量不同，会导致终端每条上行链路的传输速率存在差异，因此，为了最大化总的上行链路容量，需要实现终端和待调度上行调度资源单元的最佳匹配。最佳匹配数学模型满足以下关系式：
其中，
通过NB-IOT基站的协调控制来确定出最佳的决策变量pij，上述数学模型属于非凸组合优化问题，利用KM匹配算法来求得此最大化上行链路容量问题的最优解，即各终端和上行调度资源单元的最佳匹配。
步骤S15：接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息。
终端接收NB-IOT基站发送的随机接入响应RAR，其中携带上行调度资源，终端在随机接入响应RAR分配的上行调度资源上传输上行信息，NB-IOT基站接收该上行信息。
步骤S16：根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功。
NB-IOT基站根据上行信息进行基于竞争的随机接入判决。如果竞争决议成功，则说明终端成功接入窄带物联网，基于竞争的随机接入请求RA流程结束。如果竞争决议定时器超时，则说明终端当前未成功接入窄带物联网，终端执行退避机制，退避一段时间后重新进行随机接入请求RA尝试，直到尝试次数已达最大尝试次数，判定终端随机接入失败。
本发明实施例在为物联网终端分配随机前导及NPRACH资源时，在海量物联网终端同时接入NB-IOT网络的场景下，综合考虑终端所在位置的网络覆盖情况、不同业务终端对时延的敏感度要求及终端发起接入的等待时延，得到每个终端的接入优先权系数，之后将终端划分为不同的接入等级类别，高接入等级的终端可优先分配随机接入前导及NPRACH资源，进行随机接入请求；基站对接收到随机接入请求的所有终端采用基于KM二分匹配的NPUSCH资源调度算法为每个终端分配上行调度资源；如终端接入冲突，则退避一段时间重新接入，直到已达最大接入尝试次数，则判定终端随机接入失败。本发明实施例的窄带物联网高并发接入方法相较于现有技术更加充分地考虑了终端所在位置的网络覆盖情况、不同业务终端对时延的敏感度要求及终端发起接入的等待时延，根据接入优先权系数将待接入NB-IOT网络的终端划分为不同的接入优先等级类别，从源头上有效地避免大量终端接入网络引发的接入冲突和信令拥塞，且在NPUSCH资源分配时实现了上行链路容量最大化，能够更好地提高终端首次接入成功率和系统容量，降低接入时延。
本发明实施例通过根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功，能够提高终端首次接入成功率和系统容量，降低接入时延，实现上行链路容量最大化。
图3示出了本发明实施例的窄带物联网高并发接入装置的结构示意图。如图3所示，该窄带物联网高并发接入装置包括：优先权计算单元301、分组单元302、前导分配单元303、资源分配单元304、信息接收单元305以及接入判决单元306。其中：
优先权计算单元301用于根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；分组单元302用于根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；前导分配单元303用于根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；资源分配单元304用于对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；信息接收单元305用于接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；接入判决单元306根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功。
在一种可选的方式中，优先权计算单元301用于：根据所述终端的所述网络覆盖情况获取所述终端的覆盖优先系数；根据所述终端请求接入的所述最大容忍时延以及发起接入的所述等待时延获取所述终端的时延优先系数；根据所述覆盖优先系数以及所述时延优先系数计算所述终端的所述接入优先权系数。
在一种可选的方式中，所述终端i的所述接入优先权系数ηi满足以下关系式：
ηi＝αP(i)+βT(i)，
其中，T(i)为所述终端i的所述时延优先系数，P(i)为所述终端i的所述覆盖优先系数，α、β为权重系数，且α+β＝1，Twait(i)为所述终端i的所述等待时延，Tmax(i)为所述终端i的最大容忍时延，Pmcl(i)为最大耦合损耗，Pcl(i)为从基站到所述终端i当前位置的损耗。
在一种可选的方式中，分组单元302用于：对随机选取的预设数量个所述终端的所述接入优先权系数进行降序排列；基于所述预设数量个所述终端的所述接入优先权系数初始化聚类中心，并将剩余所有终端根据所述接入优先权系数分配到距离最近所述聚类中心所在的类中；重新计算新的聚类中心，并与上一次聚类中心进行比较；如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同，则聚类结束；如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心不相同，则重复进行聚类并重新计算新的聚类中心，直至所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同。
在一种可选的方式中，前导分配单元303用于：根据优先等级优先将所述前导资源分配给优先等级较高的分组；在所述前导资源数目大于前一优先等级的分组中的终端数量时，将多余的所述前导资源分配给下一优先等级的分组。
在一种可选的方式中，资源分配单元304用于：将所述上行调度资源的分配建模为指派问题，建立最佳匹配数学模型；根据所述最佳匹配数学模型利用KM二分匹配的资源调度算法求得终端与上行调度资源单元的最佳匹配。
在一种可选的方式中，最佳匹配数学模型满足以下关系式：
max∑i∑jpijRii，
其中，Rij为终端i占用上行调度资源单元j的传输速率；Bj为待调度的上行调度资源单元j的频段宽度，Sij为终端i在待调度的上行调度资源单元j上的发射功率，Nij为终端i占用待调度上行调度资源单元j时的干扰噪声；pij为决策变量。
本发明实施例通过根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功，能够提高终端首次接入成功率和系统容量，降低接入时延，实现上行链路容量最大化。
本发明实施例提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有至少一可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的窄带物联网高并发接入方法。
可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；
根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；
根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；
对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；
接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；
根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
根据所述终端的所述网络覆盖情况获取所述终端的覆盖优先系数；
根据所述终端请求接入的所述最大容忍时延以及发起接入的所述等待时延获取所述终端的时延优先系数；
根据所述覆盖优先系数以及所述时延优先系数计算所述终端的所述接入优先权系数。
在一种可选的方式中，所述终端i的所述接入优先权系数ηi满足以下关系式：
ηi＝αP(i)+βT(i)，
其中，T(i)为所述终端i的所述时延优先系数，P(i)为所述终端i的所述覆盖优先系数，α、β为权重系数，且α+β＝1，Twait(i)为所述终端i的所述等待时延，Tmax(i)为所述终端i的最大容忍时延，Pmcl(i)为最大耦合损耗，Pcl(i)为从基站到所述终端i当前位置的损耗。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
对随机选取的预设数量个所述终端的所述接入优先权系数进行降序排列；
基于所述预设数量个所述终端的所述接入优先权系数初始化聚类中心，并将剩余所有终端根据所述接入优先权系数分配到距离最近所述聚类中心所在的类中；
重新计算新的聚类中心，并与上一次聚类中心进行比较；
如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同，则聚类结束；
如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心不相同，则重复进行聚类并重新计算新的聚类中心，直至所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
根据优先等级优先将所述前导资源分配给优先等级较高的分组；
在所述前导资源数目大于前一优先等级的分组中的终端数量时，将多余的所述前导资源分配给下一优先等级的分组。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
将所述上行调度资源的分配建模为指派问题，建立最佳匹配数学模型；
根据所述最佳匹配数学模型利用KM二分匹配的资源调度算法求得终端与上行调度资源单元的最佳匹配。
在一种可选的方式中，所述最佳匹配数学模型满足以下关系式：
max∑i∑jpijRij，
其中，Rij为终端i占用上行调度资源单元j的传输速率；Bj为待调度的上行调度资源单元j的频段宽度，Sij为终端i在待调度的上行调度资源单元j上的发射功率，Nij为终端i占用待调度上行调度资源单元j时的干扰噪声；pij为决策变量。
本发明实施例通过根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功，能够提高终端首次接入成功率和系统容量，降低接入时延，实现上行链路容量最大化。
本发明实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行上述任意方法实施例中的窄带物联网高并发接入方法。
可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；
根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；
根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；
对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；
接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；
根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
根据所述终端的所述网络覆盖情况获取所述终端的覆盖优先系数；
根据所述终端请求接入的所述最大容忍时延以及发起接入的所述等待时延获取所述终端的时延优先系数；
根据所述覆盖优先系数以及所述时延优先系数计算所述终端的所述接入优先权系数。
在一种可选的方式中，所述终端i的所述接入优先权系数ηi满足以下关系式：
ηi＝αP(i)+βT(i)，
其中，T(i)为所述终端i的所述时延优先系数，P(i)为所述终端i的所述覆盖优先系数，α、β为权重系数，且α+β＝1，Twait(i)为所述终端i的所述等待时延，Tmax(i)为所述终端i的最大容忍时延，Pmcl(i)为最大耦合损耗，Pcl(i)为从基站到所述终端i当前位置的损耗。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
对随机选取的预设数量个所述终端的所述接入优先权系数进行降序排列；
基于所述预设数量个所述终端的所述接入优先权系数初始化聚类中心，并将剩余所有终端根据所述接入优先权系数分配到距离最近所述聚类中心所在的类中；
重新计算新的聚类中心，并与上一次聚类中心进行比较；
如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同，则聚类结束；
如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心不相同，则重复进行聚类并重新计算新的聚类中心，直至所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
根据优先等级优先将所述前导资源分配给优先等级较高的分组；
在所述前导资源数目大于前一优先等级的分组中的终端数量时，将多余的所述前导资源分配给下一优先等级的分组。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
将所述上行调度资源的分配建模为指派问题，建立最佳匹配数学模型；
根据所述最佳匹配数学模型利用KM二分匹配的资源调度算法求得终端与上行调度资源单元的最佳匹配。
在一种可选的方式中，所述最佳匹配数学模型满足以下关系式：
max∑i∑jpijRij，
其中，Rij为终端i占用上行调度资源单元j的传输速率；Bj为待调度的上行调度资源单元j的频段宽度，Sij为终端i在待调度的上行调度资源单元j上的发射功率，Nij为终端i占用待调度上行调度资源单元j时的干扰噪声；pij为决策变量。
本发明实施例通过根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功，能够提高终端首次接入成功率和系统容量，降低接入时延，实现上行链路容量最大化。
图4示出了本发明实施例提供的计算设备的结构示意图，本发明具体实施例并不对设备的具体实现做限定。
如图4所示，该计算设备可以包括：处理器(processor)402、通信接口(Communications Interface)404、存储器(memory)406、以及通信总线408。
其中：处理器402、通信接口404、以及存储器406通过通信总线408完成相互间的通信。通信接口404，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器402，用于执行程序410，具体可以执行上述窄带物联网高并发接入方法实施例中的相关步骤。
具体地，程序410可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。
处理器402可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或各个集成电路。设备包括的一个或各个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或各个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或各个CPU以及一个或各个ASIC。
存储器406，用于存放程序410。存储器406可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
程序410具体可以用于使得处理器402执行以下操作：
根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；
根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；
根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；
对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；
接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；
根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功。
在一种可选的方式中，所述程序410使所述处理器执行以下操作：
根据所述终端的所述网络覆盖情况获取所述终端的覆盖优先系数；
根据所述终端请求接入的所述最大容忍时延以及发起接入的所述等待时延获取所述终端的时延优先系数；
根据所述覆盖优先系数以及所述时延优先系数计算所述终端的所述接入优先权系数。
在一种可选的方式中，所述终端i的所述接入优先权系数ηi满足以下关系式：
ηi＝αP(i)+βT(i)，
其中，T(i)为所述终端i的所述时延优先系数，P(i)为所述终端i的所述覆盖优先系数，α、β为权重系数，且α+β＝1，Twait(i)为所述终端i的所述等待时延，Tmax(i)为所述终端i的最大容忍时延，Pmcl(i)为最大耦合损耗，Pcl(i)为从基站到所述终端i当前位置的损耗。
在一种可选的方式中，所述程序410使所述处理器执行以下操作：
对随机选取的预设数量个所述终端的所述接入优先权系数进行降序排列；
基于所述预设数量个所述终端的所述接入优先权系数初始化聚类中心，并将剩余所有终端根据所述接入优先权系数分配到距离最近所述聚类中心所在的类中；
重新计算新的聚类中心，并与上一次聚类中心进行比较；
如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同，则聚类结束；
如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心不相同，则重复进行聚类并重新计算新的聚类中心，直至所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同。
在一种可选的方式中，所述程序410使所述处理器执行以下操作：
根据优先等级优先将所述前导资源分配给优先等级较高的分组；
在所述前导资源数目大于前一优先等级的分组中的终端数量时，将多余的所述前导资源分配给下一优先等级的分组。
在一种可选的方式中，所述程序410使所述处理器执行以下操作：
将所述上行调度资源的分配建模为指派问题，建立最佳匹配数学模型；
根据所述最佳匹配数学模型利用KM二分匹配的资源调度算法求得终端与上行调度资源单元的最佳匹配。
在一种可选的方式中，所述最佳匹配数学模型满足以下关系式：
max∑i∑jpijRij，
其中，Rij为终端i占用上行调度资源单元j的传输速率；Bj为待调度的上行调度资源单元j的频段宽度，Sij为终端i在待调度的上行调度资源单元j上的发射功率，Nij为终端i占用待调度上行调度资源单元j时的干扰噪声；pij为决策变量。
本发明实施例通过根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功，能够提高终端首次接入成功率和系统容量，降低接入时延，实现上行链路容量最大化。
在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。
Claims (10)
1.一种窄带物联网高并发接入方法，其特征在于，所述方法包括：
根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；
根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；
根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；
对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；
接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；
根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数，包括：
根据所述终端的所述网络覆盖情况获取所述终端的覆盖优先系数；
根据所述终端请求接入的所述最大容忍时延以及发起接入的所述等待时延获取所述终端的时延优先系数；
根据所述覆盖优先系数以及所述时延优先系数计算所述终端的所述接入优先权系数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述终端i的所述接入优先权系数ηi满足以下关系式：
ηi＝αP(i)+βT(i)，
其中，T(i)为所述终端i的所述时延优先系数，P(i)为所述终端i的所述覆盖优先系数，α、β为权重系数，且α+β＝1，Twait(i)为所述终端i的所述等待时延，Tmax(i)为所述终端i的最大容忍时延，Pmcl(i)为最大耦合损耗，Pcl(i)为从基站到所述终端i当前位置的损耗。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组，包括：
对随机选取的预设数量个所述终端的所述接入优先权系数进行降序排列；
基于所述预设数量个所述终端的所述接入优先权系数初始化聚类中心，并将剩余所有终端根据所述接入优先权系数分配到距离最近所述聚类中心所在的类中；
重新计算新的聚类中心，并与上一次聚类中心进行比较；
如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同，则聚类结束；
如果所述新的聚类中心与上一次聚类中心不相同，则重复进行聚类并重新计算新的聚类中心，直至所述新的聚类中心与上一次聚类中心相同。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源，包括：
根据优先等级优先将所述前导资源分配给优先等级较高的分组；
在所述前导资源数目大于前一优先等级的分组中的终端数量时，将多余的所述前导资源分配给下一优先等级的分组。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，包括：
将所述上行调度资源的分配建模为指派问题，建立最佳匹配数学模型；
根据所述最佳匹配数学模型利用KM二分匹配的资源调度算法求得终端与上行调度资源单元的最佳匹配。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述最佳匹配数学模型满足以下关系式：
max∑i∑jpijRij，
其中，Rij为终端i占用上行调度资源单元j的传输速率；Bj为待调度的上行调度资源单元j的频段宽度，Sij为终端i在待调度的上行调度资源单元j上的发射功率，Nij为终端i占用待调度上行调度资源单元j时的干扰噪声；pij为决策变量。
8.一种窄带物联网高并发接入装置，其特征在于，所述装置包括：
优先权计算单元，用于根据终端的网络覆盖情况、最大容忍时延以及发起接入的等待时延计算所述终端的接入优先权系数；
分组单元，用于根据所述接入优先权系数对所述终端进行优先等级分组；
前导分配单元，用于根据所述优先等级分组为所述终端分配前导资源；
资源分配单元，用于对分配有前导资源的所述终端基于KM二分匹配的资源调度算法分配上行调度资源，并向所述终端发送携带有所述上行调度资源的随机接入响应；
信息接收单元，用于接收所述终端在所述上行调度资源上传输的上行信息；
接入判决单元，根据所述上行信息进行基于竞争的随机接入判决，确定随机接入是否成功。
9.一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行根据权利要求1-7任一项所述窄带物联网高并发接入方法的步骤。
10.一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行根据权利要求1-7任一项所述窄带物联网高并发接入方法的步骤。
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