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CN109168146B - 支持混合授权-非授权频段的mtc传输方法 - Google Patents

支持混合授权-非授权频段的mtc传输方法 Download PDF

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CN109168146B CN201811402784.5A CN201811402784A CN109168146B CN 109168146 B CN109168146 B CN 109168146B CN 201811402784 A CN201811402784 A CN 201811402784A CN 109168146 B CN109168146 B CN 109168146B
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Abstract

本发明公开了一种支持混合授权‑非授权频段的机器类通信MTC传输方法，主要解决现有技术中大量用户接入授权频段造成的网络拥塞的问题，和簇头用户功率消耗大，生存时间短的问题。本发明的具体步骤如下：(1)基站对用户进行排序；(2)基站为用户选择正交‑复用模式和分配信道；(3)基站为用户选择复用‑非授权模式和分配信道；(4)上传用户数据。本发明能够增加接入用户数，提高频率利用率，减少用户功率消耗，增加用户生存时间。

Description

支持混合授权-非授权频段的MTC传输方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及机器类通信技术领域中的一种支持混合授权-非授权频段的机器类通信MTC(Machine Type Communication)传输方法。本发明可用于机器类通信中上传用户数据。
背景技术
机器类通信MTC是基于智能化机器类终端，以多种通信方式为客户提供数据采集、数据测量、监控报警等信息化解决方案的通信技术，在技术变革和应用需求的双重驱动下，红外传感、射频识别、远程控制、智能家居、定位跟踪等应用形式已广泛应用于人们的日常生活中，不仅为普通大众的生活带来诸多便利，还提升了工业生产效率、降低了工业生产成本。人们在享受机器类通信MTC带来的高效率和各种便利的同时，期待更加丰富、更为广泛的应用。
蜂窝网络具有覆盖范围广、业务部署成本低、可靠性高、支持向后扩展等优点，能够保证终端设备的数据快速高效的传输。但是机器类通信MTC用户分布广且数目众多，服务质量QoS(Quality of Service)需求多样，海量用户数据的同时上传会占据稀缺的频段资源，造成网络拥堵。机器类通信MTC传输方法是上传用户数据的重要技术，通过功率控制，信道分配和模式选择等手段实现资源的合理配置，减少用户功耗，增加接入用户数，减少数据上传时间。现有的机器类通信MTC传输方法有：
A.E.Mostafa在其发表的论文“A statistical priority-based schedulingmetric for M2M communications in LTE networks”(IEEE Access,vol.5,pp.8106-8117,2017)中提出了一种蜂窝网络下基于传输等级的机器类通信MTC传输方法。该方法首先分析了不同用户数据上传时对时延，准确性和优先级的要求，设计了传输等级表达式，然后按照传输等级依次为每个用户进行信道分配。该方法考虑到用户数据特点，采用等级划分的方式缓解用户数据同时上传时的拥塞问题，但是，该方法仍然存在的不足之处是，该方法中大量的接入用户会占据稀缺的授权频段资源，造成网络拥塞。
北京邮电大学在其申请的专利“一种成簇压缩的MTC设备数据传输方法及系统-申请公开”(专利申请号：201710424421.0，公开号：107124693A)中提出了一种基于成簇和数据压缩的机器类通信MTC传输方法。该方法首先对所有用户进行成簇划分并选出簇头用户，然后利用簇头用户对簇中成员的数据进行汇总压缩，并将汇总压缩后的数据上传给基站。该方法利用成簇增加了用户接入数目，并通过数据压缩减少冗余，有效解决了拥塞问题，但是，该方法仍然存在的不足之处是，该方法中簇头用户功率消耗大，生存时间短。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种支持混合授权-非授权频段的MTC传输方法。本发明能增加接入用户数，提高频率利用率，减少用户功率消耗，增加用户生存时间。
实现本发明目的思路是，携带类型和传输等级体现了不同用户在QoS要求上的差异，基站对携带相同类型的所有用户按传输等级进行排序，对携带类型为报警的所有用户，根据是否存在空闲蜂窝信道选择不同的通信模式上传数据；对携带类型为移动媒体的所有用户，根据是否存在非空闲蜂窝信道选择不同的通信模式上传数据；待WiFi频段空闲，携带类型为常规监测的用户使用WiFi频段上传数据。
本发明的具体步骤如下：
(1)基站对用户进行排序：
根据用户携带类型和传输等级，基站对相同携带类型的所有用户按传输等级由高到低的顺序进行排序；
(2)基站为报警用户分配信道：
(2a)当存在有空闲蜂窝信道时，携带类型为报警的传输等级高的用户以正交模式通信，基站以随机匹配为原则，根据用户的传输等级的排序依次为用户分配空闲蜂窝信道，直到没有空闲蜂窝信道可分配；
(2b)未获得空闲蜂窝信道的携带类型为报警的用户，以复用模式通信，基站以最小干扰匹配为原则，根据用户的传输等级的排序，依次选取非空闲蜂窝信道，直到携带类型为报警的所有用户均有信道；
(3)基站为移动媒体用户和常规监测用户分配信道：
(3a)当存在有非空闲蜂窝信道时，携带类型为移动媒体的传输等级高的用户以复用模式通信，基站以最小干扰匹配为原则，根据用户的传输等级的排序，依次选取非空闲蜂窝信道，直到没有非空闲蜂窝信道可分配；
(3b)未获得非空闲蜂窝信道的携带类型为移动媒体的用户，以非授权模式通信，基站将WiFi频段划分为多个频带宽度相同的子信道，子信道数目与携带类型为移动媒体的还未分配信道的用户数目相同，基站以随机匹配为原则为携带类型为移动媒体的还未分配信道的用户分配子信道；
(3c)携带类型为常规监测的所有用户以非授权模式通信，当WiFi频段空闲时，基站根据用户的传输等级的排序，将WiFi频段依次分配给携带类型为常规监测的用户；
(4)上传用户数据：
(4a)根据基站的模式选择和信道分配结果，携带类型为报警的所有用户和携带类型为移动媒体的所有用户分别上传各自的数据；
(4b)待WiFi频段空闲，携带类型为常规监测的用户上传数据。
本发明与现有技术相比较，具有以下优点：
第一，由于本发明将未获得非空闲蜂窝信道的携带类型作为移动媒体的用户，以非授权模式通信，克服了现有技术中由于大量的接入用户会占据稀缺的授权频段资源，造成网络拥塞的问题，使得本发明具有接入用户多，频率利用率高的优点。
第二，由于本发明根据基站的模式选择和信道分配结果，对携带类型为报警的所有用户，根据是否存在空闲蜂窝信道选择不同的通信模式上传数据；和对携带类型为移动媒体的所有用户，根据是否存在非空闲蜂窝信道选择不同的通信模式上传数据，克服了现有技术中簇头用户功率消耗大，生存时间短的问题，使得本发明具有用户功率消耗低，待机时间长的优点。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明的具体步骤做进一步的描述。
步骤1，基站对用户进行排序。
根据用户携带类型和传输等级，基站对相同携带类型的所有用户按传输等级由高到低的顺序进行排序。
所述的携带类型是指，用户向基站发起请求时携带的报警、移动媒体、常规监测3种信息类型。
所述的传输等级是由如下计算公式得到的：
Figure GDA0002330289550000041
其中，cl表示用户传输等级，S表示用户的上传数据量，*表示相乘操作，p表示上传数据的最低准确率，ω表示上传数据的容忍时间。
步骤2，基站为报警用户分配信道：
当存在有空闲蜂窝信道时，携带类型为报警的传输等级高的用户以正交模式通信，基站以随机匹配为原则，根据用户的传输等级的排序依次为用户分配空闲蜂窝信道，直到没有空闲蜂窝信道可分配。
所述的随机匹配是指，从所有空闲蜂窝信道中随机选取一个信道分配给用户。
未获得空闲蜂窝信道的携带类型为报警的用户，以复用模式通信，基站以最小干扰匹配为原则，根据用户的传输等级的排序，依次选取非空闲蜂窝信道，直到携带类型为报警的所有用户均有信道。
所述的最小干扰匹配是指，从所有非空闲蜂窝信道中选取用户所受干扰最小的一个信道分配给用户。
步骤3，基站为移动媒体用户和常规监测用户分配信道：
当存在有非空闲蜂窝信道时，携带类型为移动媒体的传输等级高的用户以复用模式通信，基站以最小干扰匹配为原则，根据用户的传输等级的排序，依次选取非空闲蜂窝信道，直到没有非空闲蜂窝信道可分配。
未获得非空闲蜂窝信道的携带类型为移动媒体的用户，以非授权模式通信，基站将WiFi频段划分为多个频带宽度相同的子信道，子信道数目与携带类型为移动媒体的还未分配信道的用户数目相同，基站以随机匹配为原则为携带类型为移动媒体的还未分配信道的用户分配子信道。
携带类型为常规监测的所有用户以非授权模式通信，当WiFi频段空闲时，基站根据用户的传输等级的排序，将WiFi频段依次分配给携带类型为常规监测的用户。
步骤4，上传用户数据：
根据基站的模式选择和信道分配结果，携带类型为报警的所有用户和携带类型为移动媒体的所有用户分别上传各自的数据。
待WiFi频段空闲，携带类型为常规监测的用户上传数据。
下面结合两个实施例对本发明做进一步的描述。
在本发明的实施例1中携带类型为报警的所有用户的数目大于所有空闲蜂窝信道的数目，且小于所有空闲蜂窝信道和非空闲蜂窝信道的数目，携带类型为移动媒体和携带类型为报警的所有用户的数目大于所有空闲蜂窝信道和非空闲蜂窝信道的数目。
本发明的实施例1具体步骤如下：
第1步，基站对用户进行排序。
基站对相同携带类型的所有用户按传输等级排序并编号，得到三个用户集合，携带类型为报警的用户集合Γ1、携带类型为移动媒体的用户集合Γ2、携带类型为常规监测的用户集合Γ3，三个用户集合中用户数目分别为T1、T2、T3。
第2步，基站为报警用户分配信道。
携带类型为报警的用户集合Γ1中编号j1在[1,S1]之间的用户以正交模式通信，其中S1表示空闲蜂窝信道的数目，基站以随机匹配为原则，根据编号j1依次为用户分配空闲蜂窝信道。
携带类型为报警的用户集合Γ1中编号j1在[S1+1,T1]之间的用户以复用模式通信，基站以最小干扰匹配为原则，根据编号j1依次为用户分配非空闲蜂窝信道。
第3步，基站为移动媒体用户和常规监测用户分配信道。
携带类型为移动媒体的用户集合Γ2中编号j2在[1,S1+S2-T1]的用户以复用模式通信，基站以最小干扰匹配为原则，根据编号j2依次为用户分配信道，其中S2表示非空闲蜂窝信道数目。
携带类型为移动媒体的用户集合Γ2中编号j2在[S1+S2-T1+1,T2]的用户以非授权模式通信，将非授权频段划分为T2+T-S1-S2个频带宽度相同的子信道，基站以随机匹配为原则分配子信道。
携带类型为常规监测的用户集合Γ3中所有用户以非授权模式通信，当WiFi频段空闲时，基站根据用户的传输等级的排序，将WiFi频段依次分配给携带类型为常规监测的用户。
第4步，上传用户数据。
携带类型为报警的用户集合Γ1和携带类型为移动媒体的用户集合Γ2中所有用户分别上传各自的数据。
待携带类型为移动媒体的用户集合Γ2中所有用户上传完毕，携带类型为常规监测的用户集合Γ3中用户按照传输等级依次使用WiFi频段上传数据。
在本发明的实施例2中携带类型为报警的所有用户的数目小于所有空闲蜂窝信道的数目，携带类型为移动媒体的所有用户的数目小于所有非空闲蜂窝信道的数目。
本发明的实施例2具体步骤如下：
第1步，基站对用户进行排序。
基站对携带相同类型的所有用户按传输等级排序，得到三个用户集合，携带类型为报警的用户集合Γ1、携带类型为移动媒体的用户集合Γ2、携带类型为常规监测的用户集合Γ3。
第2步，基站为报警用户选择正交模式和分配信道。
携带类型为报警的用户集合Γ1中所有用户处于正交模式，基站以随机匹配为原则，根据用户的传输等级的排序，依次为用户分配空闲蜂窝信道。
第3步，基站为移动媒体用户和常规监测用户分配信道。
携带类型为移动媒体的用户集合Γ2中所有用户处于复用模式，基站以最小干扰匹配为原则，根据用户的传输等级的排序，依次为每个用户分配信道。
携带类型为常规监测的用户集合Γ3中所有用户处于非授权模式，基站根据用户的传输等级的排序，将WiFi频段依次分配给用户。
第4步，上传用户数据。
携带类型为报警的用户集合Γ1和携带类型为移动媒体的用户集合Γ2中所有用户使用蜂窝频段上传数据，
携带类型为常规监测的用户集合Γ3中用户按照传输等级依次使用WiFi频段上传数据。

Claims (5)

1.一种支持混合授权-非授权频段的机器类通信MTC传输方法，其特征在于，根据基站的模式选择和信道分配结果，对携带类型为报警的所有用户，根据是否存在空闲蜂窝信道选择不同的通信模式上传数据；对携带类型为移动媒体的所有用户，根据是否存在非空闲蜂窝信道选择不同的通信模式上传数据；待WiFi频段空闲，携带类型为常规监测的用户使用WiFi频段上传数据；该方法的步骤包括如下：
(1)基站对用户进行排序：
根据用户携带类型和传输等级，基站对相同携带类型的所有用户按传输等级由高到低的顺序进行排序；
(2)基站为报警用户分配信道：
(2a)当存在有空闲蜂窝信道时，携带类型为报警的传输等级高的用户以正交模式通信，基站以随机匹配为原则，根据用户的传输等级的排序依次为用户分配空闲蜂窝信道，直到没有空闲蜂窝信道可分配；
(2b)未获得空闲蜂窝信道的携带类型为报警的用户，以复用模式通信，基站以最小干扰匹配为原则，根据用户的传输等级的排序，依次选取非空闲蜂窝信道，直到携带类型为报警的所有用户均有信道；
(3)基站为移动媒体用户和常规监测用户分配信道：
(3a)当存在有非空闲蜂窝信道时，携带类型为移动媒体的传输等级高的用户以复用模式通信，基站以最小干扰匹配为原则，根据用户的传输等级的排序，依次选取非空闲蜂窝信道，直到没有非空闲蜂窝信道可分配；
(3b)未获得非空闲蜂窝信道的携带类型为移动媒体的用户，以非授权模式通信，基站将WiFi频段划分为多个频带宽度相同的子信道，子信道数目与携带类型为移动媒体的还未分配信道的用户数目相同，基站以随机匹配为原则为携带类型为移动媒体的还未分配信道的用户分配子信道；
(3c)携带类型为常规监测的所有用户以非授权模式通信，当WiFi频段空闲时，基站根据用户的传输等级的排序，将WiFi频段依次分配给携带类型为常规监测的用户；
(4)上传用户数据：
(4a)根据基站的模式选择和信道分配结果，携带类型为报警的所有用户和携带类型为移动媒体的所有用户分别上传各自的数据；
(4b)待WiFi频段空闲，携带类型为常规监测的用户上传数据。
2.根据权利要求1所述的支持混合授权-非授权频段的机器类通信MTC传输方法，步骤(1)中所述的携带类型是指，用户向基站发起请求时携带的报警、移动媒体、常规监测3种信息类型。
3.根据权利要求1所述的支持混合授权-非授权频段的机器类通信MTC传输方法，步骤(1)中所述的传输等级是由如下计算公式得到的：
Figure FDA0002330289540000021
其中，cl表示用户传输等级，S表示用户的上传数据量，*表示相乘操作，p表示上传数据的最低准确率，ω表示上传数据的容忍时间。
4.根据权利要求1所述的支持混合授权-非授权频段的机器类通信MTC传输方法，步骤(2a)中所述的随机匹配是指，从所有空闲蜂窝信道中随机选取一个信道分配给用户。
5.根据权利要求1所述的支持混合授权-非授权频段的机器类通信MTC传输方法，步骤(2b)中所述的最小干扰匹配是指，从所有非空闲蜂窝信道中选取用户所受干扰最小的一个信道分配给用户。
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