[发明专利]一种基于非正交多址接入技术的M2M通信网络联合成簇及功率分配方法

说明书

本发明涉及一种基于非正交多址接入技术的M2M通信网络联合成簇及功率分配方法，属于无线通信技术领域。该方法包括以下步骤：S1：建模M2M设备与基站间信道增益；S2：建模M2M设备间信道增益；S3：确定簇头选择策略；S4：对簇成员进行配对，确定所有组合方式；S5：针对各种簇成员组合方式，优化确定簇头关联策略；S6：基于簇内能效优化准则，确定簇成员功率分配策略；S7：比较所有簇成员组合，确定全局最优成簇及功率分配策略。本发明可以通过优化设计M2M设备关联及资源分配策略，实现设备能效最大化。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及M2M资源管理技术领域，尤其涉及一种基于非正交多址接入技术的M2M通信网络联合成簇及功率分配方法。

背景技术

机器间(Machine-to-Machine，M2M)通信是指在没有人为干预情况下，实现机器对机器之间的通信过程。M2M通信方式应用范围及其广泛，已经被大量应用于智能电网、智能设备、远程监控、智能医疗、智能交通、智能城市、智能家居等领域。M2M设备数量多，范围广，通常部署在某些情况相对恶劣的场景中，电池难以更换。因此，如何提高M2M设备的能效，是M2M通信系统的重要课题。

近年来，已有文献研究M2M通信能效优化问题。文献Miao G,Azari A,Hwang T.E²-MAC:Energy Efficient Medium Access for Massive M2M Communications针对大规模M2M通信系统，研究了能效成簇和介质访问控制，通过将M2M设备分组，各组设备在不同时间接入信道，可提高网络生存时间，降低设备能耗并延长电池寿命。文献Yang Z,Xu W,Pan C,Chen M.Energy Efficient Resource Allocation in Machine-to-MachineCommunications with Multiple Access and Energy Harvesting for IoT针对M2M通信系统，提出了一种非线性能量收集方法，结合非正交多址技术，可提高资源利用率，实现网络总能耗降低。

综上可知，现有研究主要通过采用路由策略、随机接入、能量收集等机制设计实现M2M设备能耗降低，以提高能效，但未能综合考虑设备随机接入、设备成簇及资源分配策略对设备能效的影响问题，难以实现网络性能优化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于非正交多址接入技术的M2M通信网络联合成簇及功率分配方法，M2M设备可采用簇内通信模式与簇头关联或采用蜂窝通信模式直接与蜂窝基站进行通信；建模M2M设备总能效优化目标，实现簇头选择、资源分配及M2M设备通信模式关联策略的联合优化。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于非正交多址接入技术的M2M通信网络联合成簇及功率分配方法，具体包括以下步骤：

S1：建模M2M设备与基站间信道增益；

S2：建模M2M设备间信道增益；

S3：确定簇头选择策略；

S4：对簇成员进行配对，确定所有组合方式；

S5：针对各种簇成员组合方式，优化确定簇头关联策略；

S6：基于簇内能效优化准则，确定簇成员功率分配策略；

S7：比较所有簇成员组合，确定全局最优成簇及功率分配策略。

进一步，所述步骤S1中，建模M2M设备与基站间信道增益，具体为：令网络内具有接入请求的M2M设备数为N，令M_i表示第i个M2M设备，表示所有的M2M设备集合，h_i表示M_i与基站间链路的信道增益，1≤i≤N。