CN116782346A - 基于多基站协同的设备接入方法、系统及电子设备 - Google Patents

基于多基站协同的设备接入方法、系统及电子设备 Download PDF

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CN116782346A CN202310722376.2A CN202310722376A CN116782346A CN 116782346 A CN116782346 A CN 116782346A CN 202310722376 A CN202310722376 A CN 202310722376A CN 116782346 A CN116782346 A CN 116782346A
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徐连明
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Abstract

本发明提供一种基于多基站协同的设备接入方法、系统及电子设备，其中方法包括：针对处于重叠覆盖区域内的MTC设备，确定MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率以及每个基站对应的目标ACB控制参数；将至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数广播至MTC设备；MTC设备用于基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站。本发明既能根据各个基站的负载情况有效地将重叠覆盖区域内的MTC设备进行合理分配，又能提高全部MTC设备的总体接入性能，提升了MTC设备的接入性能。

Description

基于多基站协同的设备接入方法、系统及电子设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于多基站协同的设备接入方法、装置及电子设备。
背景技术
在实际的智能电网中，为了提升接入网络的负载能力并提升接入网络系统容量，机器类型通信(Machine Type Communication，MTC)设备往往会处于多个基站覆盖范围的重叠覆盖区域，使得MTC设备可以通过选择不同的基站进行接入并传输数据，但是当多个MTC设备选择同一基站进行接入时，不可避免地会由于此大规模接入带来网络拥塞和过载问题。因此，如何有效解决大规模接入带来网络拥塞和过载问题成为当前亟需解决的关键问题。
相关技术中，基于多基站拥塞控制的大规模接入方法从接入类禁止(AccessClass Barring，ACB)算法的优化出发，考虑到MTC设备在多个基站的覆盖区域内的可能性很高，及每个MTC基站的ACB控制因子根据拥塞水平进行优化，因此通过数据交互实现网络状态关键信息的共享，并对ACB因子做出联合决定，达到全局最优的接入拥塞控制，增加了资源利用率；此外，增强型协作式ACB和流量自适应的无线资源管理方法，此方法旨在MTC设备选择合理基站时考虑连接到该基站的MTC设备数量，设计更为合理的基站选择概率。
然而，由于上述两种拥塞控制方案都仅考虑了动态最优基站选择策略，使得处于覆盖范围内的MTC设备有多个基站可选择接入，只考虑重叠覆盖区域的MTC设备接入成功率会导致其他MTC设备接入性能得不到保障，并造成接入失败的概率增加，严重影响MTC设备的正常接入。
发明内容
本发明提供一种基于多基站协同的设备接入方法、装置及电子设备，用以解决现有技术中仅考虑了动态最优基站选择策略所导致的MTC设备接入性能低、接入失败的概率增加以及严重影响MTC设备的正常接入的缺陷，既能根据各个基站的负载情况有效地将重叠覆盖区域内的MTC设备进行合理分配，又能提高全部MTC设备的总体接入性能，从而解决多基站大规模接入场景下的接入拥塞问题，大幅提升了MTC设备的接入性能。
本发明提供一种基于多基站协同的设备接入方法，应用于与多个基站覆盖范围的重叠覆盖区域关联的至少两个基站中的第一基站，所述方法包括：
针对处于所述重叠覆盖区域内的MTC设备，确定所述MTC设备接入所述至少两个基站时每个所述基站对应的基站选择概率以及每个所述基站对应的目标ACB控制参数；
将至少两个所述基站选择概率和至少两个所述目标ACB控制参数广播至所述MTC设备；所述MTC设备用于基于至少两个所述基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于所述目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入所述目标基站。
根据本发明提供的一种基于多基站协同的设备接入方法，针对至少两个所述基站选择概率，所述基站选择概率的确定过程包括：
确定所述MTC设备选择第二基站并成功接入的第一条件概率，以及所述多个基站覆盖范围的所有MTC设备选择多个基站中任一基站并成功接入的第二条件概率；所述第二基站为所述至少两个基站中的任一基站；
基于所述第一条件概率和所述第二条件概率，确定所述MTC设备接入所述第二基站时对应的所述基站选择概率。
根据本发明提供的一种基于多基站协同的设备接入方法，针对至少两个所述目标ACB控制参数，所述目标ACB控制参数的确定过程包括：
确定当前时隙需要接入第一基站的MTC设备数量，以及所述多个基站覆盖范围对应的基站数量；
基于所述基站数量和所述MTC设备数量的比值，与预设常数之间的比较结果，确定所述第一基站对应的所述目标ACB控制参数。
根据本发明提供的一种基于多基站协同的设备接入方法，所述方法还包括：
接收所述MTC设备反馈的接入结果；
在所述接入结果表征当前时隙未接入所述目标基站的情况下，分别重新确定下一时隙所述MTC设备接入所述至少两个基站时对应的至少两个基站选择概率以及所述至少两个基站对应的至少两个目标ACB控制参数，并将分别重新确定的所述至少两个基站选择概率和所述至少两个目标ACB控制参数广播至所述MTC设备。
本发明还提供一种基于多基站协同的设备接入方法，应用于处于多个基站覆盖范围的重叠覆盖区域内的MTC设备，所述方法包括：
接收第一基站广播的所述MTC设备接入至少两个基站时每个所述基站对应的基站选择概率以及每个所述基站对应的目标ACB控制参数；所述第一基站为与所述重叠覆盖区域关联的所述至少两个基站中的基站；
基于至少两个所述基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于所述目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入所述目标基站。
根据本发明提供的一种基于多基站协同的设备接入方法，所述基于至少两个所述基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，包括：
在所述第一基站的数量为至少两个的情况下，从每个所述第一基站分别广播的至少两个基站选择概率中，确定所述最大基站选择概率对应的目标基站。
根据本发明提供的一种基于多基站协同的设备接入方法，所述基于所述目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入所述目标基站，包括：
确定目标随机数是否小于所述目标基站的目标ACB控制参数；
在所述目标随机数小于所述目标基站的目标ACB控制参数的情况下，确定接入所述目标基站；
在所述目标随机数大于等于所述目标基站的目标ACB控制参数的情况下，确定退避接入所述目标基站。
本发明还提供一种基于多基站协同的设备接入系统，包括与多个基站覆盖范围的重叠覆盖区域关联的至少两个基站中的第一基站以及处于所述重叠覆盖区域内的MTC设备，其中：
所述第一基站，用于针对处于所述重叠覆盖区域内的MTC设备，确定所述MTC设备接入所述至少两个基站时每个所述基站对应的基站选择概率以及每个所述基站对应的目标ACB控制参数；并将至少两个所述基站选择概率和至少两个所述目标ACB控制参数广播至所述MTC设备；
所述MTC设备，用于基于至少两个所述基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于所述目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入所述目标基站。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于多基站协同的设备接入方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于多基站协同的设备接入方法。
本发明提供的基于多基站协同的设备接入方法、系统及电子设备，其中基于多基站协同的设备接入方法，首先确定处于重叠覆盖区域内的MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率及每个基站对应的目标ACB控制参数，再将至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数广播至MTC设备，以使得MTC设备基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测后确定是否接入接入最大基站选择概率对应的目标基站。以此实现针对处于重叠覆盖区域内的MTC设备，根据基站负载和接入MTC设备数量情况完成基站联合决策并选择目标基站接入的目的，既能根据各个基站的负载情况有效地将重叠覆盖区域内的MTC设备进行合理分配，又能提高全部MTC设备的总体接入性能，从而解决多基站大规模接入场景下的接入拥塞问题，大幅提升了MTC设备的接入性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的基于多基站协同的设备接入方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的多基站大规模接入场景示意图；
图3是本发明提供的基站重叠覆盖区域的设备基站选择过程示意图；
图4是本发明提供的基于多基站协同的设备接入方法的流程示意图之二；
图5是本发明提供的基于多基站协同的设备接入系统的交互过程示意图；
图6a是本发明提供的不同方法下MTC设备平均阻塞率随接入MTC设备数量的变化曲线示意图之一；
图6b是本发明提供的不同方法下MTC设备平均阻塞率随接入MTC设备数量的变化曲线示意图之二；
图7是本发明提供的不同方法下MTC设备平均接入时延随接入MTC设备数量的变化曲线示意图；
图8是本发明提供的不同方法下MTC设备平均重传次数随接入MTC设备数量的变化曲线示意图；
图9a是是本发明提供的不同重叠覆盖区域内MTC设备比例不同时平均阻塞率随接入MTC设备数量的变化曲线示意图之一；
图9b是是本发明提供的不同重叠覆盖区域内MTC设备比例不同时平均阻塞率随接入MTC设备数量的变化曲线示意图之二；
图10是本发明提供的基于多基站协同的设备接入装置的结构示意图之一；
图11是本发明提供的基于多基站协同的设备接入装置的结构示意图之二；
图12是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于无线资源有限，智能电网中大规模机器类通信接入的拥塞问题是最迫切需要解决的问题。当海量的MTC设备同时或在短时间内接入网络时，就导致严重的拥塞发生，从而造成资源浪费和大量的数据包丢失。并且在实际智能电网大规模接入场景中，只依靠单个基站的接入控制很难满足海量设备的接入需求，为了提升接入网络的负载能力并提升接入网络系统容量，设备往往会处于多个基站覆盖范围的重叠覆盖区域，即设备可以通过选择接入不同的基站进行接入并传输数据。然而，当多个MTC设备选择同一基站进行接入时，不可避免地会由于此大规模接入带来网络拥塞和过载问题。因此，如何有效解决大规模接入带来网络拥塞和过载问题成为当前亟需解决的关键问题。
相关技术中，基于多基站协同的大规模接入场景，通过建立信息共享机制，基站可以获取有关自身接入资源、成功接入请求数量等信息，从而更好地协调各个基站的接入，为电力设备提供更加合理的选择，从而实现大规模电力设备接入需求的有效分配。采用这种方式，可以有效地利用随机接入资源，为智能电网的各类应用提供可靠的服务质量保障，并且可以有效地缓解大规模接入带来的拥塞和过载问题。
但是，基于多基站拥塞控制的大规模接入方法从ACB算法的优化出发，部分研究考虑到由于设备在多个基站的覆盖区域内的可能性很高，每个基站ACB限制因子可以根据拥塞水平进行优化，通过数据交互实现网络状态关键信息的共享，并且基于这些信息来对ACB因子做出联合决定，达到全局最优的接入拥塞控制，增加了资源利用率。在此基础上，有研究提出了一种增强型协作式ACB和流量自适应的无线资源管理方法，此方法旨在设备选择合理基站时考虑连接到该基站的设备数量，设计更为合理的基站选择概率。
然而，上述拥塞控制方法仅仅考虑了动态最优基站选择方案，并没有解决基站选择后的设备间冲突问题。处于该范围内的设备有多个基站可选择接入，只考虑重叠覆盖区域的设备接入成功率会导致其他设备接入性能得到不保障，并造成接入失败的概率增加，严重影响设备的正常接入。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于多基站协同的设备接入方法、装置及电子设备，下面结合图1-图12描述本发明的基于多基站协同的设备接入方法、装置及电子设备。
参照图1，为本发明提供的基于多基站协同的设备接入方法的流程示意图，如图1所示，该基于多基站协同的设备接入方法，应用于与多个基站覆盖范围的重叠覆盖区域关联的至少两个基站中的第一基站，包括以下步骤：
步骤110、针对处于重叠覆盖区域内的MTC设备，确定MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率以及每个基站对应的目标ACB控制参数。
其中，重叠覆盖区域内的MTC设备可以为1个，也可以为多个，此处不作具体限定，重叠覆盖区域可以由至少两个基站的覆盖范围重叠后形成。并且，基站选择概率可以为MTC设备选择基站的选择概率，目标ACB控制参数可以为均衡对应基站负载的接入类禁止控制因子。
具体的，考虑智能电网多基站协同场景下，M个基站可以用m＝1,...,M表示，N个活跃的MTC设备可以用n＝1,...,N表示，由此可以得到图2所示的多基站大规模接入场景示意图，在图2中，基站1、基站2和基站3这3个基站覆盖范围的重叠覆盖区域为4个，分别为基站1和基站2的重叠覆盖区域A12、基站1和基站3的重叠覆盖区域A13、基站2和基站3的重叠覆盖区域A23，以及基站1、基站2和基站3的重叠覆盖区域A123。并且，每个重叠覆盖区域内的MTC设备可以独立接入至少两个基站中的第一基站中，比如，A12内的MTC设备可以独立接入的第一基站为基站1或基站2，A13内的MTC设备可以独立接入的第一基站为基站1或基站3，A23内的MTC设备可以独立接入的第一基站为基站2或基站3，A123内的MTC设备可以独立接入的第一基站为基站1、基站2或基站3。
基于此，在多个基站覆盖范围存在至少一个重叠覆盖区域、每个重叠覆盖区域对应至少两个基站且每个重叠覆盖区域内含有MTC设备的情况下，针对其中一个重叠覆盖区域内的MTC设备，对应的至少两个基站中的第一基站可以确定此MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率，以及每个基站对应的目标ACB控制参数。
步骤120、将至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数广播至MTC设备；MTC设备用于基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站。
其中，目标基站可以为形成对应重叠覆盖区域的至少两个基站中的其中一个基站。
具体的，当第一基站确定出至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数时，可以向对应重叠覆盖区域内的MTC设备广播，以使得MTC设备基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，也即基于目标基站的目标ACB控制参数判断目标基站在当前时隙的负载情况限制下接入目标基站是否合理，以此实现在均衡各基站负载的前提下合理选择接入基站的目的。
本发明提供的基于多基站协同的设备接入方法，首先确定处于重叠覆盖区域内的MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率及每个基站对应的目标ACB控制参数，再将至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数广播至MTC设备，以使得MTC设备基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测后确定是否接入接入最大基站选择概率对应的目标基站。以此实现针对处于重叠覆盖区域内的MTC设备，根据基站负载和接入MTC设备数量情况完成基站联合决策并选择目标基站接入的目的，既能根据各个基站的负载情况有效地将重叠覆盖区域内的MTC设备进行合理分配，又能提高全部MTC设备的总体接入性能，从而解决多基站大规模接入场景下的接入拥塞问题，大幅提升了MTC设备的接入性能。
可以理解的是，步骤110中针对MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率，其中一个基站选择概率的确定过程具体可以包括：
首先，确定MTC设备选择第二基站并成功接入的第一条件概率，以及多个基站覆盖范围的MTC设备选择多个基站中任一基站并成功接入的第二条件概率；第二基站为至少两个基站中的任一基站；进一步的，基于第一条件概率和第二条件概率，确定MTC设备接入第二基站时对应的基站选择概率。
具体的，参照图3所示的基站重叠覆盖区域的设备基站选择过程示意图，在图3中，重叠覆盖区域A123内包括MTC设备D1和MTC设备D2，第一基站可以为基站1、基站2或者基站3，第二基站也可以为基站1、基站2或者基站3，也即，第一基站可以与第二基站相同，也可以与第二基站不同；并且，P(BSm|Dn)表示至少两个基站选择概率，也即MTC设备n选择基站m的选择概率。
基于此，如图3所示，针对MTC设备D1，第一基站接入至少两个基站时对应的至少两个基站选择概率包括P(BS1|D1)、P(BS2|D1)以及P(BS3|D1)；针对MTC设备D2，第一基站第一基站接入至少两个基站时对应的至少两个基站选择概率包括包括P(BS1|D2)、P(BS2|D2)以及P(BS3|D2)。那么，可以确定P(Dn|BSm')表示重叠覆盖区域内的MTC设备n选择第二基站m'并成功接入的第一条件概率，其计算公式为：
式(1)中，Nm'(i)为时隙i选择要接入第二基站m'的MTC设备总数，为第二基站m'在时隙i成功接入的MTC设备总数，T为第二基站m'可用的上行接入资源块(ResourceBlock，RB)数量，/>为求期望操作，p为第二基站m'的初始ACB控制参数；k、l和T分别为正整数，k≥l。
此外，多个基站覆盖范围的所有MTC设备选择多个基站中任一基站并成功接入的第二条件概率可以为p(x)，其计算公式为：
式(2)中，P(BSm')为选择第二基站m'的先验概率；在重叠覆盖区域内的MTC设备可以选择周围任何一个基站，且选择所有基站的先验概率都是相同的，因此，||Mn||个基站覆盖MTC设备n的先验概率可以为
此时，基于第一条件概率和第二条件概率，确定MTC设备接入第二基站时对应的基站选择概率可以为P(BSm'|Dn)，其计算公式为：
需要说明的是，本发明可以使用Cm'(i)表示时隙i处于基站m'覆盖范围内激活且待接入的MTC设备集合，这些MTC设备可以独立地接入基站m'。在多基站协同接入场景下，所有基站都准确的知道每一个第二基站m'对应的Cm(i)。
本发明可以使用Mn表示MTC设备n可以选择接入的基站的集合，设备n从Mn中选择一个设备进行随机接入过程；使用||Mn||表示Mn的范数且表示MTC设备n可选择接入的基站的数量。由于在在LTE-A中，基站可以请求MTC设备对周围的基站进行勘探，并报告勘探结果。因此，所有基站都准确知道每一个MTC设备n对应的Mn。然而，对于n≠j的MTC设备j并不能准确获取MTC设备n对应的Mn。
本发明还可以使用Nm'(i)表示经过基站选择后，时隙i确定接入第二基站m'的MTC设备集合。用||Nm(i)||表示Nm(i)的范数且表示时隙i确定接入第二基站m'的MTC设备数量。只有当MTC设备的基站选择策略明确时，基站才能准确的知道Nm'(i)，因此需要一个基站选择算法来对处于重叠区域的设备进行最优分配，从而达到多基站的协同接入。
此外，本发明中所有基站覆盖范围内的设备的激活模型采用突发的M2M流量模型，此处的M2M流量模型为Machine to Machine，是指数据从一台终端传送到另一台终端，也就是机器与机器的对话模型。在M2M流量模型中，大量的MTC设备在较短的激活时间TA内以一定概率激活。如果将每个激活时间TA划分为IA个时隙，第i个时隙开始于时刻ti并结束于时刻ti+1，参数为α和β的beta分布被用于模拟M2M流量的突发到达。基于此，每个MTC设备在时刻t∈[0,TA]内以概率g(t)被激活，其计算公式为：
其中，表示beta函数且/>α＝3,β＝4。
基于此，根据第二基站m'的初始ACB控制参数p，只有MTC设备生成的目标随机数小于p时才被允许接入，因此，在Nm'(i)表示时隙i选择要接入第二基站m'的MTC设备总数、表示在时隙i通过ACB检测并成功请求接入基站m'的MTC设备数量的情况下，可以计算得到当有k个待接入的MTC设备时，有/>个MTC设备通过ACB检测的概率为：
由于第二基站m'可用的上行接入RB数量为T，那么对于个成功发送接入请求的MTC设备，令Yt表示选择了第t个RB的MTC设备数量，那么只有一个MTC设备选择了第t个RB，从而未发生冲突成功接入的概率为：
因此，第二基站m'在时隙i成功接入的MTC设备总数为时，可以计算个成功发送接入请求的MTC设备中，成功接入/>个MTC设备总数的期望为：
基于此，可以计算在时隙i选择要接入第二基站m'的Nm'(i)＝k个MTC设备时，成功接入个MTC设备的期望为：
基于上述分析可知，由于第二基站m'中所有MTC设备成功接入的概率相同，因此可以得到式(1)。进一步的，由于重叠覆盖区域内的MTC设备可以选择周围的任何一个基站，并且选择所有基站的先验概率都是相同的，因此，可以得到式(2)和式(3)。
基于上述的基站选择概率，每个MTC设备根据周围基站的负载情况以及当前时隙请求接入的MTC设备数量动态地选择基站。而对于基站来说，每个时隙选择接入基站的MTC数量是未知的，需要进行估计获取。进一步的，由于基站选择的最终目的是平衡各个基站之间的负载，从而提升所有设备的平均接入成功率，并降低设备的平均接入时延。也就是要使得MTC设备尽量接入当前时隙拥塞情况较低的基站，因此时隙i待接入的MTC设备数量估计值可以通过将处于重叠覆盖区域的MTC设备随机分配的方式得到。此时，随机接入情况下更拥挤的基站将会有更小的概率被处于重叠覆盖区域的MTC设备选择，从而有效的较小了拥塞的概率。
可以理解的是，针对步骤110中针对MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的目标ACB控制参数，其中一个目标ACB控制参数的确定过程具体包括：
首先，确定当前时隙需要接入第一基站的MTC设备数量，以及多个基站覆盖范围对应的基站数量；然后，基于基站数量和MTC设备数量的比值，与预设常数之间的比较结果，确定第一基站对应的目标ACB控制参数。
具体的，基于前述对于式(1)～(3)的推导可知，在时隙i选择要接入第二基站m'的Nm'(i)＝k个MTC设备时，成功接入个MTC设备的期望可以表示为：
为了最大化每个时隙基站成功接入的MTC设备数量，需要根据每个时隙接入情况，动态确定最优的ACB控制参数.因此，将式(9)对p求导：
通过对式(10)的分析可知，当第二基站m'可用的上行接入RB数量大于等于待接入的MTC数量时，也即T≥k时，可以确定式(10)的求导结果恒大于0，那么可以令p*＝1来获得最大的接入MTC设备数量。此时，所有MTC设备均无需ACB检测，只要处于激活状态就可以发送接入请求。而当T＜k时，令式(10)的求导结果为0，可以得到最优的ACB控制参数p*，此时p*＝T/k。因此可以确定目标最优ACB因子为：
式(11)中，M为多个基站覆盖范围对应的基站数量，n'为当前时隙需要接入第一基站的MTC设备数量，min为求最小值操作。
由于，在单基站的ACB拥塞控制算法中，可以通过设置基站的ACB控制参数来限制请求接入的MTC设备数量。然而在大规模多基站接入场景下，由于接入MTC设备的数量很大，ACB控制参数将被设置为很小的值，导致MTC设备的接入成功率很低，并且接入时延巨大。因此，本发明的目标是通过基站之间的联合决策，根据每个时隙激活设备的数量以及基站的负载情况，设计动态基站选择算法，并设计多基站协作的拥塞控制方案得到动态最优的ACB控制参数，也即每个基站作为目标基站时对应的目标ACM控制参数，从而提升MTC设备接入时延以及接入成功率等接入性能。
可以理解的是，在步骤120之后，本发明提供的基于多基站协同的设备接入方法，还可以包括：
接收MTC设备反馈的接入结果；并且在接入结果表征当前时隙未接入所述目标基站的情况下，分别重新确定下一时隙MTC设备接入至少两个基站时对应的至少两个基站选择概率以及至少两个基站对应的至少两个目标ACB控制参数，并将分别重新确定的至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数广播至所述MTC设备。
具体的，MTC设备可以采用动态接入类禁止(Dynamic Access Class Barring，DACB)方法进行拥塞控制，也即，当MTC设备接收到第一设备在当前时隙广播的至少两个基站选择概率确定出目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测后确定当前时隙不接入该目标基站的情况下，可以向第一基站反馈当前时隙未接入目标基站的接入结果，此时第一基站可以在下一时隙重新确定至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数，也即分别重新确定下一时隙MTC设备接入至少两个基站时对应的至少两个基站选择概率以及至少两个基站对应的至少两个目标ACB控制参数，然后再将分别重新确定的至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数广播至MTC设备，以使得MTC设备在下一时隙重新确定目标基站及判断是否接入重新确定的目标基站。进一步的，当MTC设备向第一设备反馈当前时隙接入目标基站的接入结果时，第一设备可以在后续时隙中持续保持与MTC设备之间的连接并进行数据传输。
本发明提供的基于多基站协同的设备接入方法，第一基站提供MTC反馈的当前时隙未接入目标基站的接入结果，通过先分别重新确定下一时隙MTC设备接入至少两个基站时对应的至少两个基站选择概率以及至少两个基站对应的至少两个目标ACB控制参数、后向MTC设备广播这一动态调整ACB控制参数的方式，有效解决了大量设备接入有限资源时的拥塞问题，从而减小冲突概率，有效提升了设备接入成功率，也减小了接入过程中的通信开销。
参照图4，为本发明提供的基于多基站协同的设备接入方法的流程示意图，如图4所示，该基于多基站协同的设备接入方法，应用于处于多个基站覆盖范围的重叠覆盖区域内的MTC设备，所述方法包括：
步骤410、接收第一基站广播的MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率以及每个基站对应的目标ACB控制参数；第一基站为与多个基站覆盖范围的重叠覆盖区域关联的至少两个基站中的基站；
步骤420、基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站。
需要说明的是，MTC设备可以接收第一基站广播的至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数，并基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，进一步基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，也即基于目标基站的目标ACB控制参数判断目标基站在当前时隙的负载情况限制下接入目标基站是否合理，以此实现在均衡各基站负载的前提下合理选择接入基站的目的。
可以理解的是，步骤420中基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，其具体实现过程可以包括：
在第一基站的数量为至少两个的情况下，从每个第一基站分别广播的至少两个基站选择概率中，确定最大基站选择概率对应的目标基站。
具体的，在第一基站的数量为至少两个的情况下，MTC设备可以接收到每个第一基站广播的至少两个基站选择概率，并从接收到的所有基站选择概率中确定出最大基站选择概率对应的目标基站。
可以理解的是，步骤420中基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站，其具体实现过程包括：
首先，确定目标随机数；进一步确定目标随机数是否小于目标基站的目标ACB控制参数；在目标随机数小于目标基站的目标ACB控制参数的情况下，确定接入目标基站；在目标随机数大于等于目标基站的目标ACB控制参数的情况下，确定退避接入目标基站。
具体的，MTC设备具有自动生成目标随机数的功能，此目标随机数可作为竞争度量，也即用于与目标基站的目标ACB控制参数进行大小比较，以便于MTC基于大小比较结果确定是否在当前时隙接入目标基站，目标随机数可以是取值范围为(0,1)的随机数。基于此，MTC设备可以判断自动生成的目标随机数q是否小于目标基站的目标ACB控制参数p*，并在q＜p*的情况下，MTC设备确定接入目标基站，也即开始随机接入目标基站的过程；反之，在q≥p*的情况下，MTC设备确定退避接入目标基站，也即重新生成目标随机数后再与重新确定的目标基站的目标ACB控制参数进行大小比较，只有满足q＜p*的MTC设备才能执行随机接入过程。此处重新确定的目标基站，是根据第一基站在下一时隙重新广播的至少两个基站选择概率重新确定的最大基站选择概率对应的目标基站。
参照图5，为本发明提供的基于多基站协同的设备接入系统的交互过程示意图，如图5所示，该基于多基站协同的设备接入系统，包括与多个基站覆盖范围的重叠覆盖区域关联的至少两个基站中的第一基站以及处于重叠覆盖区域内的MTC设备，其中：
第一基站，用于针对处于重叠覆盖区域内的MTC设备，确定MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率以及每个基站对应的目标ACB控制参数；并将至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数广播至MTC设备；
MTC设备，用于基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站。
需要说明的是，如图5所示的基于多基站协同的设备接入系统，其具体实现过程可以参照前述实施例。此处不再赘述。
为了验证本发明方法的合理性和可行性，本发明通过下述仿真结果和性能分析进行详细说明。
仿真中所需的仿真参数表如表1所示。
图6a和图6b分别展示了不同方法下MTC设备平均阻塞率随接入MTC设备数量的变化曲线，图6a为最大重传限制Om＝50的变化曲线，而图6b为大重传限制Om＝200的变化曲线。从图6a和图6b可以看出，随着总MTC设备数量的增加，发生的冲突更多，MTC设备的平均阻塞率也会随之增大。在ACB方案中，将ACB因子设置为固定值0.2，可以看出无论是采用随机选择基站的方式还是本发明提出的基站选择方法都具有较高的阻塞率，这是由于在固定检测因子的ACB方案中，基站无法根据实时接入MTC设备的数量对检测因子进行调整，在待接入的MTC设备较小时，大量的MTC设备在接入时不能通过检测而导致接入失败，相应地，在待接入的MTC设备较大时，发生严重的冲突，这都导致了较高的阻塞率。而在DACB方案中，因为可以动态地调整检测因子，可以看出相比于ACB方案具有更低的阻塞率，并且在采用本发明提出的基站选择算法时阻塞率得以显著下降。出现这种现象的原因是，本发明提出的基站选择算法根据每个基站的复杂情况以及当前时刻待接入的MTC设备的数量，动态地设计了基站的选择方案，使得MTC设备尽量选择接入成功率高的基站，从而有效减少了平均阻塞率。
另外从图6a和图6b的差异中可以看出，当最大重传限制增大时，本发明中所提出的基站选择算法与DACB结合的方案的平均阻塞率显著降低，而其他对比方案则还拥有相对较高的阻塞率，因此本发明提出的基站选择算法在平均阻塞率方面得到了很好地验证。图6a和图6b中本发明所提出的基站选择算法为前述基于多基站协同的设备接入方法。
图7展示了不同方法下MTC设备平均接入时延随接入MTC设备数量的变化曲线。从图7中可以看出，随着总MTC设备数量的增加，发生的冲突更多，MTC设备的平均接入时延都随之增大。另外，从图7中可以看出，本发明提出的基站选择算法相比随机选择方案都有效减小了接入时延。在MTC数量设备为1000时，平均阻塞率均接近0，在具有相同接入成功的MTC设备数量时，采用的DACB方案和本发明提出的基站选择算法都显著降低了MTC设备接入的平均时延。并且，在采用DACB方案时，可以观察到，本发明提出的基站选择算法在MTC设备数量较少，即2000-7000个设备时，平均时延略大于随机选择方案，这是由于成功率大幅增加，成功接入的MTC设备数量增多导致的，而在大规模接入场景下，MTC设备数量大于7000个时，本发明提出的基站选择算法具有和对比方案相当的时延。因此本发明提出的基站选择算法在没有大幅增加接入时延的情况下有效优化了平均阻塞率这一性能指标。图7中本发明所提出的基站选择算法为前述基于多基站协同的设备接入方法。
图8展示了不同方法下MTC设备平均重传次数随接入MTC设备数量的变化曲线。从图8中可以看出，随着总的MTC设备数量的增加，发生的冲突更多，MTC设备的平均重传次数都随之增大。并且，从图8中可以看出，本发明提出的基站选择算法和动态调整ACB控制参数的DACB拥塞控制方案有效降低了MTC设备的平均重传次数，减小了接入过程中的通信开销。这是因为本发明提出的基站选择算法通过合理的基站选择方案有效控制了每个基站接入MTC设备的数量，减小了基站发生严重拥塞的概率，并且，本发明采用的DACB拥塞控制方案根据实际接入情况对接入进行控制，有效解决了大量MTC设备接入有限资源时的拥塞问题，从而减小冲突概率，有效提升了MTC设备接入成功率，从而减少了由于接入失败导致平均重传。可以看出，本发明中提出的基站选择算法在平均重传次数方面得到了很好地验证。图8中本发明所提出的基站选择算法为前述基于多基站协同的设备接入方法。
图9a和图9b分别展示了不同重叠覆盖区域内MTC设备比例不同时平均阻塞率随接入MTC设备数量的变化曲线，图9a为随机选择算法；图9b为本发明提出的基站选择算法，也即为前述基于多基站协同的设备接入方法；比例配置1～4均为针对NA1:NA2:NA3:NA12:NA13:NA23:NA123的具体配置，其中比例配置1为3:2:1:2:2:2:1，比例配置2为2:2:2:2:2:2:1，比例配置3为9:6:3:2:2:2:1，比例配置4为6:6:6:2:2:2:1。从图9a和图9b中可以看出，在采用随机基站选择算法时，重叠覆盖区域内MTC设备占总的MTC设备数量的比例越大，由于基站之间的负载难以完美均衡，导致平均阻塞率较大。并且，可以看出当非重叠覆盖区域内MTC设备数量差异越大时，平均阻塞率越高。而对于本发明提出的基站选择算法，在MTC设备总数量相同时，无论各重叠覆盖区域内MTC设备的数量比例如何变化，MTC设备的平均阻塞率都处于稳定值。此外，从图9a和图9b中可以看出，本发明所提出的基站选择算法很好的根据基站负载情况均衡了MTC设备的分配，并且相比随机方案，有效的降低了设备的冲突概率。由此可以看出，本发明中提出的基站选择与DACB结合的算法在平均阻塞率的稳定性上得到了很好地验证。
下面对本发明提供的基于多基站协同的设备接入装置进行描述，下文描述的基于多基站协同的设备接入装置与上文描述的基于多基站协同的设备接入方法可相互对应参照。
参照图10，为本发明提供的基于多基站协同的设备接入装置的结构示意图，如图10所示，该基于多基站协同的设备接入装置1000，可以包括：
第一确定模块1010，用于针对处于重叠覆盖区域内的MTC设备，确定MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率以及每个基站对应的目标ACB控制参数；
数据广播模块1020，用于将至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数广播至MTC设备；MTC设备用于基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站。
可以理解的是，第一确定模块1010，具体可以用于确定MTC设备选择第二基站并成功接入的第一条件概率，以及多个基站覆盖范围的所有MTC设备选择多个基站中任一基站并成功接入的第二条件概率；第二基站为至少两个基站中的任一基站；基于第一条件概率和第二条件概率，确定MTC设备接入第二基站时对应的基站选择概率。
可以理解的是，第一确定模块1010，具体还可以用于确定当前时隙需要接入第一基站的MTC设备数量，以及多个基站覆盖范围对应的基站数量；基于基站数量和MTC设备数量的比值，与预设常数之间的比较结果，确定第一基站对应的目标ACB控制参数。
可以理解的是，本发明提供的基于多基站协同的设备接入装置还可以包括动态调整模块，用于接收MTC设备反馈的接入结果；在接入结果表征当前时隙未接入目标基站的情况下，分别重新确定下一时隙MTC设备接入至少两个基站时对应的至少两个基站选择概率以及至少两个基站对应的至少两个目标ACB控制参数，并将分别重新确定的至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数广播至MTC设备。
参照图11，为本发明提供的基于多基站协同的设备接入装置的结构示意图，如图11所示，该基于多基站协同的设备接入装置1100，可以包括：
数据接收模块1110，用于接收第一基站广播的MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率以及每个基站对应的目标ACB控制参数；第一基站为与重叠覆盖区域关联的至少两个基站中的基站；
第二确定模块1120，用于基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站。
可以理解的是，第二确定模块1120，具体可以用于在第一基站的数量为至少两个的情况下，从每个第一基站分别广播的至少两个基站选择概率中，确定最大基站选择概率对应的目标基站。
可以理解的是，第二确定模块1120，具体还可以用于确定目标随机数；确定目标随机数是否小于目标基站的目标ACB控制参数；在目标随机数小于目标基站的目标ACB控制参数的情况下，确定接入目标基站；在目标随机数大于等于目标基站的目标ACB控制参数的情况下，确定退避接入目标基站。
图12示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图12所示，该电子设备1200可以包括：处理器(processor)1210、通信接口(CommunicationsInterface)1220、存储器(memory)1230和通信总线1240，其中，处理器1210，通信接口1220，存储器1230通过通信总线1240完成相互间的通信。处理器1210可以调用存储器1230中的逻辑指令，以执行基于多基站协同的设备接入方法，该方法包括：
针对处于重叠覆盖区域内的MTC设备，确定MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率以及每个基站对应的目标ACB控制参数；
将至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数广播至MTC设备；MTC设备用于基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站。或者，该方法包括：
接收第一基站广播的MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率以及每个基站对应的目标ACB控制参数；第一基站为与重叠覆盖区域关联的至少两个基站中的基站；
基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站。
此外，上述的存储器1230中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于多基站协同的设备接入方法，该方法包括：
针对处于重叠覆盖区域内的MTC设备，确定MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率以及每个基站对应的目标ACB控制参数；
将至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数广播至MTC设备；MTC设备用于基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站。或者，该方法包括：
接收第一基站广播的MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率以及每个基站对应的目标ACB控制参数；第一基站为与重叠覆盖区域关联的至少两个基站中的基站；
基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的基于多基站协同的设备接入方法，该方法包括：
针对处于重叠覆盖区域内的MTC设备，确定MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率以及每个基站对应的目标ACB控制参数；
将至少两个基站选择概率和至少两个目标ACB控制参数广播至MTC设备；MTC设备用于基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站。或者，该方法包括：
接收第一基站广播的MTC设备接入至少两个基站时每个基站对应的基站选择概率以及每个基站对应的目标ACB控制参数；第一基站为与重叠覆盖区域关联的至少两个基站中的基站；
基于至少两个基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入目标基站。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于多基站协同的设备接入方法，其特征在于，应用于与多个基站覆盖范围的重叠覆盖区域关联的至少两个基站中的第一基站，所述方法包括：
针对处于所述重叠覆盖区域内的MTC设备，确定所述MTC设备接入所述至少两个基站时每个所述基站对应的基站选择概率以及每个所述基站对应的目标ACB控制参数；
将至少两个所述基站选择概率和至少两个所述目标ACB控制参数广播至所述MTC设备；所述MTC设备用于基于至少两个所述基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于所述目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入所述目标基站。
2.根据权利要求1所述的基于多基站协同的设备接入方法，其特征在于，针对至少两个所述基站选择概率，所述基站选择概率的确定过程包括：
确定所述MTC设备选择第二基站并成功接入的第一条件概率，以及所述多个基站覆盖范围的所有MTC设备选择多个基站中任一基站并成功接入的第二条件概率；所述第二基站为所述至少两个基站中的任一基站；
基于所述第一条件概率和所述第二条件概率，确定所述MTC设备接入所述第二基站时对应的所述基站选择概率。
3.根据权利要求1所述的基于多基站协同的设备接入方法，其特征在于，针对至少两个所述目标ACB控制参数，所述目标ACB控制参数的确定过程包括：
确定当前时隙需要接入第一基站的MTC设备数量，以及所述多个基站覆盖范围对应的基站数量；
基于所述基站数量和所述MTC设备数量的比值，与预设常数之间的比较结果，确定所述第一基站对应的所述目标ACB控制参数。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于多基站协同的设备接入方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收所述MTC设备反馈的接入结果；
在所述接入结果表征当前时隙未接入所述目标基站的情况下，分别重新确定下一时隙所述MTC设备接入所述至少两个基站时对应的至少两个基站选择概率以及所述至少两个基站对应的至少两个目标ACB控制参数，并将分别重新确定的所述至少两个基站选择概率和所述至少两个目标ACB控制参数广播至所述MTC设备。
5.一种基于多基站协同的设备接入方法，其特征在于，应用于处于多个基站覆盖范围的重叠覆盖区域内的MTC设备，所述方法包括：
接收第一基站广播的所述MTC设备接入至少两个基站时每个所述基站对应的基站选择概率以及每个所述基站对应的目标ACB控制参数；所述第一基站为与所述重叠覆盖区域关联的所述至少两个基站中的基站；
基于至少两个所述基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于所述目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入所述目标基站。
6.根据权利要求5所述的基于多基站协同的设备接入方法，其特征在于，所述基于至少两个基站所述选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，包括：
在所述第一基站的数量为至少两个的情况下，从每个所述第一基站分别广播的至少两个基站选择概率中，确定所述最大基站选择概率对应的目标基站。
7.根据权利要求5或6所述的基于多基站协同的设备接入方法，其特征在于，所述基于所述目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入所述目标基站，包括：
确定目标随机数是否小于所述目标基站的目标ACB控制参数；
在所述目标随机数小于所述目标基站的目标ACB控制参数的情况下，确定接入所述目标基站；
在所述目标随机数大于等于所述目标基站的目标ACB控制参数的情况下，确定退避接入所述目标基站。
8.一种基于多基站协同的设备接入系统，其特征在于，包括与多个基站覆盖范围的重叠覆盖区域关联的至少两个基站中的第一基站以及处于所述重叠覆盖区域内的MTC设备，其中：
所述第一基站，用于针对处于所述重叠覆盖区域内的MTC设备，确定所述MTC设备接入所述至少两个基站时每个所述基站对应的基站选择概率以及每个所述基站对应的目标ACB控制参数；并将至少两个所述基站选择概率和至少两个所述目标ACB控制参数广播至所述MTC设备；
所述MTC设备，用于基于至少两个所述基站选择概率确定最大基站选择概率对应的目标基站，并基于所述目标基站的目标ACB控制参数进行ACB检测，以确定是否接入所述目标基站。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于多基站协同的设备接入方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于多基站协同的设备接入方法。
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