蜂窝网络中面向MTC应用的资源分配策略研究

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机器类通信作为当前阶段物联网的主要应用形式,呈现出了蓬勃的发展趋势。部署机器类通信依赖于设备和网络间的连接,由于蜂窝网络覆盖广泛,其成为最直接以及最现实的承载网络。然而,机器类通信终端数量巨大、业务类型众多等显著的特性给蜂窝网络的资源分配带来了严峻的挑战,因此,研究蜂窝网络中面向机器类通信应用的资源分配策略具有非常重要的意义。在蜂窝网络中,根据系统的多址方式,可以分为随机多址、正交多址以及非正交多址等主要几类。不同的多址方式将会给蜂窝网络的资源管理造成不同的影响,因此,本文将在不同的多址方式下,以面向机器类通信应用的资源分配策略为研究重点,围绕着不同的目标,展开深入的研究。针对正交多址方式下,面向机器类通信应用的资源分配问题,本文提出了一种准入控制及资源分配联合优化策略。考虑到机器类通信终端数量众多的特性,针对正交多址系统中人与人通信和机器类通信共存场景系统过载的情况,首先,本文形成了以最大化准入的机器类通信设备数目为目标的优化问题。由于所形成的混合整形非线性规划问题是非凸的,难以求得其最优解,随后,本文通过对约束条件的凸松弛将其转化为标准凸问题,由求解该凸问题得到原问题解的上界。最后,为了降低求解复杂度,本文进一步提出了一种准入控制及资源分配联合优化算法。仿真结果表明,所提算法与原问题解的上界相比性能损失小,并且明显优于两种对比算法。针对非正交多址方式下,面向机器类通信应用的资源分配问题,本文提出了一种最大化系统加权和速率的资源分配策略。首先,根据非正交多址系统的接收机特性,本文建立了机器类通信设备上行数据速率的模型,并由此形成了以最大化系统加权和速率为目标的优化问题。由于该问题是非凸非连续的,随后,本文将其拆分为功率以及子载波分配两个子问题。通过序贯凸近似以及迭代,本文最终求得原问题的次优解。依据该次优解,本文提出了一种最大化加权和速率的资源分配算法。仿真结果表明,所提算法在加权和速率以及设备连接数等方面都优于对比算法,能够更好地适用于机器类通信的大连接场景。
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