机器类型通信之随机接入信道拥塞控制概述

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1、机器类型通信之随机接入信道拥塞控制概述第一章绪论1.1研究背景及意义机器类型通信应用广泛，如智能电网（SmartGrid)中的智能电表，物联网（InterofThings)应用中的智能器件，以及医疗保健或桥梁安全监测中的传感器。在基于3GPP-LTE的机器类型通信中，随机接入是一个基本的功能。当MTC器件从关闭状态恢复到打开状态时，或者从一个基站切换到另一个基站时，或者当其丢失上行定时同步信息时，都会进行这样一个随机接入过程。它的作用是实现MTC器件和网络的同步，解决冲突，和进步上行通信资源的分配。MTC器件只有通过随机接入过程，与基站建立上行同步后，才能被系统

2、调度来进行上行资源的传输。由于随机接入信道是一个共享信道，在任一时刻有可能存在多个MTC器件通过随机接入信道向基站发起随机接入过程，由此引发的冲突问题将不可避免。通常在这种应用背景下此类智能电子器件在某一小区的数量特别巨大，在它们同时向所在基站请求建立连接时而产生的随机接入信道拥塞问题不可忽视。这样的网络拥挤会引起严重的访问碰撞和时延问题，甚至导致网络服务不可用，从而大大降低网络的服务质量（QualityofService,QoS)。因此，开发出高效的拥塞控制策略就变得十分重要和紧迫，对于提高无线网络的服务质量具有至关重要的意义，它也成为国内外的一大研宄热点，同

3、时这也是本文的研宄意义所在。1.2机器类型通信简介随着世界各地标准化组织对3GPP-LTE的不断投入和研宄，长期演进技术己得到了极大的发展和完善，得以为人类的各种无线网络应用提供高速可靠的通信网络。机器类型通信（MachineTypemunications,MTC),又称机器对机器(MachinetoMachine,M2M)通信，通常是指MTC器件、网关、网络基础设施等M2M实体间的用于数据交换的基于物理电信的一种通信形式，它能自动完成整个通信过程而不需要或极少需要人类的干预，它涵盖了所有实现在人、机器、系统之间建立通信连接的技术和手段。MTC以机器之间的通讯控

4、制为核心，将原来低效率或甚至不可能的信息传输应用于商业中以获得更好的性能和市场竞争力。图1.1给出了一种常见的机器类型通信的网络架构。机器类型通信应用广泛，遍及电力、工业控制、交通、医疗、水利、石油和公共事业管理等多个行业领域，能完成安全监测、车辆防盗、公共交通管理、自动售货和机械维修等多种繁琐而精细的任务，可以说未来的MTC应用将渗透到人类生活的各个角落，具有巨大的市场前景。据相关估算和调研，预计到2020年全世界将会有500亿甚至更多个智能MTC器件参与到无线通讯中⑷，帮助人类向实现完全电子自动化的目标而前进。同时，这也激起了各大公司和网络服务提供商对MTC

5、的兴趣，极大地促进了MTC技术的发展和进步。第二章机器类型通信相关论述2.1机器类型通信网络架构在3GPP-LTE的技术文档問中，定义了两种机器类型通信网络架构：MTC器件和一个或多个MTC服务器的通信；MTC器件和MTC器件之间的通信。在本论文的讨论中，一个MTC器件（MTCDevice)指的是拥有机器类型通信功能的用户设备（UserEquipment,UE)，它可以通过无线网络来和其它的MTC器件或MTC服务器进行通信。MTC服务器（MTCServer)指的是可用来接入网络或通过网络和MTC器件进行通信的服务器，同时它有可被MTC用户进行访问的接口；它可以为

6、其它的服务器提供服务，也可以为相关的MTC应用提供服务[9]。如图2.1所示，MTC器件通过3GPP-UrE提供的空中无线接口连接到网络中，再通过网络服务商提供的公共网络连接到MTC服务器，这样MTC使用者（MTCUser)就可通过MTC服务器提供的应用接口实现对MTC器件的访问和控制。在这种情形下MTC使用者可通过MTC服务器操纵数量巨大的MTC器件。MTC使用者可以是个人，也可以是智能电网中的电站，或者是物联网中的控制中心。一个例子是，MTC器件通过基站（BaseStation)连接到无线网络，进而通过网络连接到MTC服务器。2.2机器类型通信的特点机器类型

7、通信的特点在这里指的是那些能被M2M应用来优化网络的网络功能[9j。通常情况下，一个MTC应用不会同时拥有所有的这些特性，这意味着对各个MTC应用来说其系统优化策略是不尽一样的。针对各个MTC应用的特点，可设计出更好的MTC器件管理策略，从而达到优化网络的目的。在MTC中有各种各样的应用，3GPP出于系统优化的考虑，定义了14个特性来概括各种可能的应用，现部分列举如下：1)低移动性（LoeControlled)：指MTC器件只能在预先规定的时间区间段内发送或者接收数据，并且避免在这个时间段之外发送或接收信令。如果某些MTC应用在规定的时间段外发送或接收数据和信令

8、，那么网络运营商将对这样