[发明专利]TD-LTE虚拟专网基于动态优先级的随机接入方法及系统

权利要求书

1.一种TD-LTE虚拟专网基于动态优先级的随机接入方法，其特征在于，包括如下步骤：

前导序列传输步骤：UE从小区广播消息SIB2中读取用于竞争随机接入的前导序列数目numberofRA-Preambles，随机从中选择一个随机接入前导序列，发起随机接入；UE根据小区广播消息中读取物理随机接入信道配置信息，调整发送功率，在连续3个子帧内随机选择一个物理随机接入信道发送随机接入前导序列；

随机接入响应步骤：当演进NodeB检测到UE发送的前导序列，在MAC层生成随机接入响应，UE通过物理下行控制信道的随机接入临时标识来监听RAR消息；

MSG3发送步骤：UE接收到RAR消息，获得上行的时间同步和上行资源，MSG3是随机接入过程第3条消息，为了区分不同的UE，在MSG3中会携带一个UE特定的ID，用于区分不同的UE；

冲突解决消息步骤：如果在最大重传时间内，UE接收到eNodeB返回的竞争决议消息，如果其中携带的UE的ID与自己在Msg3中上报给eNodeB的相符，那么UE就认为自己赢得了此次的随机接入冲突，随机接入成功，并将在RAR消息中得到的临时C-RNTI置为自己的C-RNTI，否则的话，UE认为此次接入失败，并进行随机接入的重传过程；

在随机接入方法中，利用控制退避时延窗长度和退避重传次数上限相结合的方法，在保证高优先级平均时延下，提高接入成功率，并以系统负载为限制，动态选择随机接入过程中的优先级模式；

该随机接入方法包括基于优先级划分的多模退避算法，在基于优先级划分的多模退避算法中，首先，通过不同优先级用户采用不同退避算法，区分不同优先级用户；其次，多模退避算法采用不同的退避窗长度和重传次数上限相结合，降低高优先级用户掉话率；

在随机接入方法中，将所有用户整体分为3种大类型，对应为指挥调度类、普通话务类和数据缓冲类，根据三类用户的不同平均时延需求，分别对应1优先级、2优先级和3优先级；因为不同的算法采用了不同的窗长度，当不同优先级用户接入发生碰撞后，会在不同长度的范围内随机重传；

在所述基于优先级划分的多模退避算法中包括如下步骤：

计算各优先级用户的传输时延t_r，公式如下：

式(1)中，λ表示在退避时间内随机选择接入时间的参数，且λ∈(0,1)的均匀分布的随机参数；m表示退避时间窗长度增量，1优先级m＝1.5，2优先级m＝2，3优先级m＝2.5；n_c表示用户碰撞次数，这里为求得各优先级的时延，以B_1max、B_2max、B_3max分别代替B_max，求得

确定各优先级重传次数上限B_1max、B_2max、B_3max，用β表示接入失败率，

其中，n_f是接入失败用户数量，n_s是接入成功用户数量，计算方法如下：按照各优先级用户间平均时延关系可得

为满足β₁＜β₂＜β₃，假设

B_1max≥B_2max≥B_3max (6)

根据3GPPTD-LTE系统规定，前导序列重传次数最大不超过10次，为尽量提高1优先级群组的接入成功率，取B_1max＝10，联立不等式组(5)(6)，可得

由上述计算，确定不同退避算法的重传上限之间的限制关系，以此调整系统设置，保证高优先级用户的随机接入性能；

该随机接入方法包括基于系统负载的动态优先级划分方法，在基于系统负载的动态优先级划分方法中，根据系统负载计算优先级组合方式，并求出了算法的平均时延理论极限，结合实际应用中的信令复杂度问题，优化系统平均延时和接入成功率；

在所述基于系统负载的动态优先级划分方法中，包括如下步骤：

系统负载区间划分步骤：计算系统负载和平均时延的算法，以系统当前的时间为负载的总监测时间，在系统非空闲状态下，可得如下关系：

式(8)中，τ是针对不同优先级用户的平均时延要求，最高优先级用户的平均时延要求小于100ms，普通用户平均时延要求小于300ms；t_g是数据包产生时间，s是成功传输的数据包数量；如果取观测时间为全部传输时间，以传输时延τ为限制，能够求得不同延时下系统负载要求，根据上面给出的计算方法，计算出系统在满足不同平均延时的负载值ρ_x，

如下

本发明以τ分别取100ms，150ms，200ms，250ms，300ms，对应求得ρ₁，ρ₂，ρ₃，ρ₄，ρ₅分别表示满足不同时延要求时，系统的负载上限，并以此划分系统负载区间；

基于负载的最优的优先级组合模式步骤：建立数学优化模型，找出在系统负载等于ρ_x情况下，使得系统平均时延和单位时间内掉话率乘积最小的优先级组合模式，

式(10)(11)中，s是成功传输的用户数量，ρ_x表示系统负载情况，t_r用户总传输时延，t_g是数据包产生总时间，是对应优先级用户的时延，a_i是对应优先级的判断参数，其中，a_i只取0和1，判断接入中是否有该优先级；

动态优先级选择步骤：演进基站首先计算当前系统负载情况，判断ρ的所处区间，根据负载区间对应的优先级组合模式配置系统的随机接入的优先级划分，并按照用户的优先级发起随机接入。

2.一种TD-LTE虚拟专网基于动态优先级的随机接入系统，其特征在于，包括：

前导序列传输模块：用于UE从小区广播消息SIB2中读取用于竞争随机接入的前导序列数目numberofRA-Preambles，随机从中选择一个随机接入前导序列，发起随机接入；UE根据小区广播消息中读取物理随机接入信道配置信息，调整发送功率，在连续3个子帧内随机选择一个物理随机接入信道发送随机接入前导序列；

随机接入响应模块：用于当演进NodeB检测到UE发送的前导序列，在MAC层生成随机接入响应，UE通过物理下行控制信道的随机接入临时标识来监听RAR消息；

MSG3发送模块：用于UE接收到RAR消息，获得上行的时间同步和上行资源，MSG3是随机接入过程第3条消息，为了区分不同的UE，在MSG3中会携带一个UE特定的ID，用于区分不同的UE；

冲突解决消息模块：如果在最大重传时间内，UE接收到eNodeB返回的竞争决议消息，如果其中携带的UE的ID与自己在Msg3中上报给eNodeB的相符，那么UE就认为自己赢得了此次的随机接入冲突，随机接入成功，并将在RAR消息中得到的临时C-RNTI置为自己的C-RNTI，否则的话，UE认为此次接入失败，并进行随机接入的重传过程；

在随机接入系统中，利用控制退避时延窗长度和退避重传次数上限相结合的方法，在保证高优先级平均时延下，提高接入成功率，并以系统负载为限制，动态选择随机接入过程中的优先级模式；

该随机接入系统包括基于优先级划分的多模退避算法，在基于优先级划分的多模退避算法中，首先，通过不同优先级用户采用不同退避算法，区分不同优先级用户；其次，多模退避算法采用不同的退避窗长度和重传次数上限相结合，降低高优先级用户掉话率；在随机接入系统中，将所有用户整体分为3种大类型，对应为指挥调度类、普通话务类和数据缓冲类，根据三类用户的不同平均时延需求，分别对应1优先级、2优先级和3优先级；因为不同的算法采用了不同的窗长度，当不同优先级用户接入发生碰撞后，会在不同长度的范围内随机重传。