一種基於acb的m2m網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的方法
2023-05-06 20:38:26 2
一種基於acb的m2m網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於ACB的M2M網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的方法，屬於通信【技術領域】。本發明方法包括以下步驟：步驟一：基於馬爾可夫鏈對網絡負載狀況進行估計；步驟二：根據網絡負載狀況的估計結果設計用於控制ACB方法限制因子的動態控制函數；步驟三：利用獲得的動態控制函數調整網絡負載狀況。本發明方法能夠有效地提高網絡負載的成功接入概率，同時能顯著地減少接入時延，從而能夠有效解決網絡擁塞的問題。
【專利說明】一種基於ACB的M2M網絡負載感知動態調整網絡負載狀況 的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於通信【技術領域】，涉及M2M網絡接入控制策略，具體涉及一種基於ACB的 M2M網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著物聯網的發展，M2M(Machine-to_Machine的簡稱，專指機器與機器之間的通 信業務類型）被認為會在將來給人類的生活帶來極大的便利。由於擁有廣闊的前景，得到 了人們的廣泛關注。與傳統的H2H(Human-t〇-Human)通信業務相比，M2M的負載密度要遠 遠大於H2H，並且在短時間內可能有大量的負載通過隨機接入信道同時接入基站，這被認為 是M2M與H2H最大的區別之一。
[0003] 大量的負載同時接入會導致網絡的嚴重擁塞，致使負載的成功接入概率極低並且 有很大的時延。尤其是當大量接入失敗的負載一次次重複接入網絡時，網絡極易癱瘓。為 了減輕網絡的擁塞，3GPP(3rdGenerationPartnershipProject)提出了一些接入控制策 略，在這些接入控制策略中，有一種叫做ACB(AccessClassBarring，接入類型限制）的方 法可以在一定程度上緩解網絡的擁塞。這種方法通過基站廣播限制因子來限制某些不符合 條件的負載的接入，從而達到減輕網絡擁塞的目的。遺憾的是，當負載數進一步增大時，ACB 方法效果並不明顯，這就驅使新的技術的研宄。
【發明內容】
[0004] 為了克服上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種基於ACB的M2M 網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的方法，該方法能夠有效估計當前的網絡負載狀況， 並基於估計的結果來動態調整ACB方法的限制因子，從而有效解決M2M網絡中大量的負載 同時接入時導致的網絡擁塞問題，減少接入時延，提高成功接入率。
[0005] 本發明是通過以下技術方案來實現：
[0006] 一種基於ACB的M2M網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的方法，包括以下步 驟：
[0007] 步驟一：基於馬爾可夫鏈對M2M網絡負載狀況進行估計；
[0008] 步驟二：根據M2M網絡負載狀況的估計結果設計用於控制ACB方法限制因子的動 態控制函數；
[0009] 步驟三：利用獲得的動態控制函數調整M2M網絡負載狀況。
[0010] 步驟一所述的基於馬爾可夫鏈對M2M網絡負載狀況進行估計，具體包括以下步 驟：
[0011] 1)根據負載接入導頻的情況形成馬爾可夫鏈，並得到刻畫馬爾可夫鏈性質的狀態 轉移概率矩陣P;
[0012] 2)利用得出的馬爾可夫鏈形成估計的模型；
[0013] 3)根據申請導頻的負載數估計出當前M2M網絡的負載狀況。
[0014] 步驟1)所述的根據負載接入導頻的情況形成馬爾可夫鏈，並得到刻畫馬爾可夫 鏈性質的狀態轉移概率矩陣P，具體操作為：
[0015] 將負載接入導頻的過程構成馬爾可夫鏈，對應導頻的狀態用（|A|，|B|，|C|)表 示；其中，A表示只有一個負載接入的導頻的集合，集合的勢|A| (|A| = 0, 1，2,…，K)表示 只有一個負載申請接入的導頻數；B表示有兩個或兩個以上負載接入的導頻的集合，集合 的勢IB| (|B| = 0, 1，2,…，K)表示有兩個或兩個以上負載接入的導頻數；C表示沒有負載 接入的導頻的集合，集合的勢IC| (|C| = 0, 1，2,…，K)表示沒有負載接入的導頻數；
[0016] 所以|A|表示成功的導頻數，也就是成功接入的負載數；|B|表示碰撞的導頻數； C|表示空閒的導頻數；由於導頻的總數只有K個，所以|A| + |B| + |C| =K;
[0017] 則狀態的總數1為式（1):
【權利要求】
1. 一種基於ACB的M2M網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的方法，其特徵在於，包括 以下步驟： 步驟一：基於馬爾可夫鏈對M2M網絡負載狀況進行估計； 步驟二：根據M2M網絡負載狀況的估計結果設計用於控制ACB方法限制因子的動態控 制函數； 步驟三：利用獲得的動態控制函數調整M2M網絡負載狀況。
2. 根據權利要求1所述的一種基於ACB的M2M網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的 方法，其特徵在於，步驟一所述的基於馬爾可夫鏈對M2M網絡負載狀況進行估計，具體包括 以下步驟： 1) 根據負載接入導頻的情況形成馬爾可夫鏈，並得到刻畫馬爾可夫鏈性質的狀態轉移 概率矩陣P; 2) 利用得出的馬爾可夫鏈形成估計的模型； 3) 根據申請導頻的負載數估計出當前M2M網絡的負載狀況。
3. 根據權利要求2所述的一種基於ACB的M2M網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的 方法，其特徵在於，步驟1)所述的根據負載接入導頻的情況形成馬爾可夫鏈，並得到刻畫 馬爾可夫鏈性質的狀態轉移概率矩陣P，具體操作為： 將負載接入導頻的過程構成馬爾可夫鏈，對應導頻的狀態用（|A|，|B|，|C|)表示；其 中，A表示只有一個負載接入的導頻的集合，集合的勢|A| (|A| = 0, 1，2,…，K)表示只有 一個負載申請接入的導頻數；B表示有兩個或兩個以上負載接入的導頻的集合，集合的勢 |b| (IbI=〇, 1，2,…，K)表示有兩個或兩個以上負載接入的導頻數；c表示沒有負載接入的 導頻的集合，集合的勢ICI(ICI= 0, 1，2,…，K)表示沒有負載接入的導頻數； 所以|A|表示成功的導頻數，也就是成功接入的負載數；|B|表示碰撞的導頻數；Icl表示空閒的導頻數；由於導頻的總數只有K個，所以|A| + |B| + |C| =K; 則狀態的總數1為式（1):
然後求出刻畫馬爾可夫鏈性質的狀態轉移概率矩陣P; 若一個設備接入集合A中的某個導頻，則集合A中的導頻數會減1，而集合B中的導頻 數會加1，導頻的狀態從i= (|A|，|B|，|C|)變到j= (|A|-1，|B|+1，|C|)，並且對應的狀 態轉移概率為IA|/K，其中，i，j分別表示馬爾可夫鏈的某個狀態； 若一個設備接入集合B中的某個導頻，則導頻的狀態不發生改變並且對應的狀態轉移 概率為|B|/K; 若一個設備接入集合C中的某個導頻，則集合A中的導頻數加1，而集合C中的導頻數 減1，導頻的狀態從i= (|A|，|B|，|C|)變到j= (|A|+1，|B|，|C|-1)，並且對應的狀態轉 移概率為IC|/K; 某個狀態（|A|，|B|，|C|)只能轉移到狀態（|A|，|B|，|C|)、（|A|-1，|B|+1，|C|)和狀態 (|A|+1，|B|，|C|-1);從狀態（|A|，|B|，|C|)轉變到其它狀態的概率為O; 則對應得出狀態轉移概率矩陣：
其中，1表示狀態的總數。
4. 根據權利要求3所述的一種基於ACB的M2M網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的 方法，其特徵在於，步驟2)所述的利用得出的馬爾可夫鏈形成估計的模型的具體包括以下 步驟： ① 、計算馬爾可夫鏈狀態轉移m步後的概率分布向量Jr(m): JT(m) =JT(O)Pm (3)； 其中，(0)表示導頻的初始狀態概率分布向量，則(0) = (1，〇,…，0)，當網絡沒有 設備接入時，初始狀態為所有的導頻都空閒，狀態為（〇, 〇,K)，即第一個狀態的概率為1，其 它狀態的概率為〇 ; ② 、根據得到的概率分布向量(m)求出轉移m步後狀態（|A|，|B|，|C|)的概率： Pr(m)(|A|, |B|, |C|) =[Ji(m)]n (4); 其中，n表不第n個狀態的編號，等式左邊的符號Pr表不概率，（|A|, |B|, |C|)表不狀 態，Pr右上角的（m)表示轉移步數； ③ 、利用最大似然估計法估計申請接入導頻的負載數，其中，最大似然估計法是通過導 頻的狀態並且利用貝葉斯公式形成，具體如下：
其中，M表示馬爾可夫鏈的狀態轉移步數m為待估計的申請接入導頻的負載數；N表示 網絡中總的到達的負載的數目，a、b、c分別表示三個不同狀態的具體取值； 利用貝葉斯公式：
5. 根據權利要求4所述的一種基於ACB的M2M網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的 方法，其特徵在於，步驟3)所述的根據申請導頻的負載數估計出當前M2M網絡的負載狀況 具體操作為： 網絡負載通過ACB方法建立，則申請導頻的負載數是到達的負載數通過ACB方法後得 到的，故M2M網絡負載估計的最終表達為：
其中，D為M2M網絡中到達的設備數；b表示得到的是M2M網絡的負載數估計值；p為 限制因子，且〇 <P< 1。
6. 根據權利要求5所述的一種基於ACB的M2M網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的 方法，其特徵在於，步驟二所述的根據M2M網絡負載狀況的估計結果設計用於控制ACB方法 限制因子的動態控制函數如下：
其中，a、0是控制函數的兩個可變參數，以a作為當前網絡負載是否過大的一個門 限，不同的a下認定的負載過大的標準不同；0是控制動態變化快慢的一個參數，0越大， 表示網絡中控制接入導頻的負載數的變化幅度越大，即變化越快；負載的控制是按時隙來 進行，估計的負載數只能是當前時隙，記為k的負載數，用當前時隙估計的負載數Dk改變當 前時隙的限制因子來不及實現，故改變下一個時隙k+1的限制因子pk+1，且O<pk+1< 1。
7. 根據權利要求6所述的一種基於ACB的M2M網絡負載感知動態調整網絡負載狀況的 方法，其特徵在於，步驟三所述的利用控制函數來調整M2M網絡負載狀況，具體操作為： 第一種情況，如果網絡負載超過a，則認為此時負載過大，網絡擁塞嚴重，則限制因子 的值為〇. 1，即只有原來10%的負載能夠申請接入導頻； 第二種情況，如果網絡的負載數沒有超過a，則認為負載數在可控制範圍，則按
【文檔編號】H04W4/00GK104507036SQ201410747721
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月8日 優先權日:2014年12月8日
【發明者】杜清河, 賀宏亮, 任品毅, 李婉瑜, 王熠晨 申請人:西安交通大學