[发明专利]一种面向差异化MTC网络中的随机接入方法

权利要求书

1.一种面向差异化MTC网络中的随机接入方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)差异化MTC网络中mMTC业务与URLLC业务共存，差异化MTC网络由一个基站、K个mMTC设备及U个URLLC设备组成，设mMTC设备所承载业务为时延非敏感业务，URLLC设备所承载业务为超可靠低时延业务，基站将可用带宽划分为mMTC业务频段及URLLC业务频段，且mMTC业务频段使用基于四步握手的上行接入方式；

2)计算mMTC设备在mMTC接入业务频段及URLLC接入业务频段的接入成功概率p₁，p₂；

3)以mMTC设备的接入控制参数θ、流量卸载参数Δθ及总的退避步长W为变量，以在保障URLLC业务传输性能的前提下最大化mMTC业务的吞吐量为优化目标，建立优化问题；

4)根据mMTC设备在mMTC接入业务频段及URLLC接入业务频段的接入成功概率p₁，p₂计算所述优化问题，得最优接入控制参数、流量卸载参数mMTC设备总的退避步长(θ^*，Δθ^*，W^*)，然后根据最优接入控制参数、流量卸载参数mMTC设备总的退避步长(θ^*，Δθ^*，W^*)进行差异化MTC网络中的随机接入；

计算mMTC设备在mMTC接入业务频段的接入成功概率p₁的具体操作为：

基站根据当前mMTC业务负载与URLLC业务负载的统计信息，确定接入控制参数θ与流量卸载参数Δθ，并将接入控制参数θ与流量卸载参数Δθ下行广播至各mMTC设备及各URLLC设备处，设状态z为mMTC设备的初始状态，即mMTC设备被激活并产生上行接入请求；当mMTC设备接入成功后，其返回其状态z，对于任一mMTC设备，每当其需要上行接入时，首先将产生一个服从均匀分布的随机数Θ∈[0，1]，并将该随机数与接入控制参数θ与流量卸载参数Δθ进行比较，当Θ≤θ时，则mMTC设备在mMTC接入业务频段执行上行随机接入，即从M个PA中随机选取一个PA进行上行接入，当该PA仅被一个mMTC设备所选用时，则说明本次上行接入成功；若该PA被多个mMTC设备所选用，则接入发生碰撞，此时选用该PA的各mMTC设备均执行均匀退避，即在W∈[1，W_max]个RA slot后再次尝试接入，W_max为最大均匀退避窗长度，设状态w＝{0，1，...，W-1}代表mMTC设备当前剩余的退避步长，当mMTC设备位于状态0时，mMTC设备将在下一RA slot重新尝试发起接入；当θ＜Θ≤θ+Δθ时，则mMTC设备被分流至URLLC接入业务频段执行上行接入，即从NI_RA个资源块中随机选取一个资源块进行上行接入，当该资源块仅被一个mMTC设备所选用时，则说明本次上行接入成功；当该资源块被多个mMTC设备或URLLC设备所选用时，则上行接入发生碰撞，此时选用该资源块的各mMTC设备均执行均匀退避，即在W∈[1，W_max]个RA slot后再次尝试接入；当Θ＞θ+Δθ时，则此时mMTC设备被拒绝接入，则该mMTC设备将在下一RA slot处重新尝试发起接入，则mMTC设备各状态的平稳概率分布为：

对于任一mMTC设备，当其选择mMTC接入业务频段，并随机选取了任一PAm进行接入；当且仅当其他K-1个mMTC设备的行为均满足以下条件时，该设备才能接入成功，即，a1)其他mMTC设备的接入请求队列为空，记这一事件发生的概率为1-ρ；a2)其他设备的接入请求队列非空，但均未选择PAm进行接入，则p₁的表达式为：

其中，p_1a，p_1b分别代表其他mMTC设备未能在mMTC业务频段进行传输以及在mMTC业务频段进行传输，但位于参考mMTC设备选择相同PA的概率，p_1a，p_1b的表达式为：

联立式(4)式(5)及式(6)，得：

由于K的数值较大，因此式(7)可近似为：

计算mMTC设备在URLLC接入业务频段的接入成功概率p₂接的具体过程为：

当mMTC设备选择URLLC接入业务频段，并随机选取任一资源块n进行接入，当且仅当其他K-1个mMTC设备以及U个URLLC设备的行为均满足以下条件时，参考mMTC设备才能接入成功，即，1)接入请求队列为空；2)接入请求队列非空，但均未选择资源块n进行接入，则有：

其中，p_2a代表其他K-1个mMTC设备均未选择资源块n进行接入的概率，则p_2a的闭式表达式为：

p_2b代表U个URLLC设备均未选择资源块n进行接入的概率，其中，p_2b的闭式表达式为：

联立式(9)、式(10)及式(11)，得：

由于K的数值较大，式(12)可近似为：

步骤4)建立的优化问题为：

其中，φ_max为URLLC业务的最大可容忍传输错误概率，设定两个负载阈值λ_H，λ_L，mMTC设备的到达流强度λ，则有：

当λ≥λ_H时，则有

当λ_L≤λ＜λ_H时，W^*＝1，同时则有

当λ＜λ_L时，则有

θ^*＝1，Δθ^*＝0，W^*＝1 (48)。