一种mtc设备随机接入蜂窝网络的方法

一种mtc设备随机接入蜂窝网络的方法
【专利摘要】本发明公开了一种MTC设备随机接入蜂窝网络的方法，以解决当前蜂窝系统中当大量MTC设备进行随机接入时引起的网络拥塞问题；方法包括：将小区内MTC设备进行分组并把随机接入过程分为局域竞争和广域接入两个子过程，每个MTC设备可以在两个功率水平下发送信号，其中在较低的功率水平信号下只能到达局域区域，在较高功率水平下信号能到达基站，MTC设备首先以低的功率在局域内发送前导信号即开展局域竞争子过程，若此次局域竞争胜出后接着以较高的功率水平在广域向基站发送前导信号，以与基站建立无线资源控制RRC连接。采用本发明技术方案，能够降低MTC设备接入蜂窝网络的接入延时，提高蜂窝系统中无线资源的利用率。
【专利说明】一种MTC设备随机接入蜂窝网络的方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于通信领域，涉及一种MTC设备随机接入蜂窝网络的方法。

【背景技术】
[0002] MTC (Machine-Type Communications,机器通信）是指一台机器设备将数据发送到 另一台机器设备。MTC可以将所有能通信的设备接入网络，在未来的物联网领域会有广泛的 应用，与H2H通信不同的地方是，MTC通信有更少的人的参与，大多数任务都有机器本身自 动化完成。比如智能电表可以自动的上报用户的用电量，在智能交通中可以实时的观测车 辆流量。随着4G网络的部署，其将提供更加高的带宽，这为MTC通过蜂窝网络进行数据的 传输成为可能，在未来MTC设备将会得到越来越多的通信运营商和设备制造商的青睐。
[0003] 鉴于MTC通信终端数量大，发送数据小的这一特点，当大量的MTC设备同时发起连 接接入蜂窝网络时，会引起网络负载加重，导致无线接入网的拥塞。这是因为当前蜂窝系 统，比如LTE-A，主要是为（Human to Human, H2H)通信设计的，用户若要接入蜂窝网络，必须 首先通过在物理随机接入信道（PRACH)上发送前导信号以建立和基站的上行链路同步，当 前的前导信号资源有限，不足以应付如此海量的MTC设备同时接入网络。因此需要设计一 种随机接入方法以解决此问题。


【发明内容】

[0004] 技术问题：本发明提供一种解决蜂窝机器通信中大量机器设备同时接入基站时导 致无线接入网和核心网拥塞的问题，减小了机器设备随机接入基站时的冲突率、提高了蜂 窝系统中资源利用，使得MTC设备能够在进行局域竞争时得到了更多的距离自己较远处的 无线资源的MTC设备随机接入蜂窝网络的方法。
[0005] 技术方案：本发明的MTC设备随机接入蜂窝网络的方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1)首先蜂窝小区内所有MTC设备按照地理位置进行分组，分组的数目J不超 过小区内用于竞争的随机接入的前导序列数目，分组后组内区域称为局域，整个蜂窝小区 称为广域；
[0007] 然后每个分组中随机选择一个MTC设备为组长设备；
[0008] 步骤2)为每个分组内所有的MTC设备分配广域接入资源和局域竞争资源；
[0009] 步骤3)所述MTC设备在本组范围内开展局域竞争子过程；
[0010] 步骤4)对每个MTC设备，若其在局域竞争中成功，则进一步在广域范围内向基站 发送前导信号，即开展广域接入子过程，否则随机延时A时间以后返回步骤3)，所述h时 间为系统随机设置的，h彡最大延时阈值；
[0011] 步骤5)对每个MTC设备，若广域接入成功，则该MTC设备即接入蜂窝网络，否则随 机延时t 2时间以后返回步骤3)，所述t2时间为系统随机设置的，t2 <最大延时阈值。
[0012] 本发明方法的优选方案中，步骤2)的具体流程为：
[0013] 首先将资源集合中的资源按照如下方法分为局域竞争子集和广域接入子集：从资 源集合中随机选取N2个资源组成广域接入子集，其中J < N2 < N，N为资源集合中的资源 个数，然后将资源集合中剩余的资源组成局域竞争子集，局域竞争子集中的资源个数为K， N!+N2 = N ；
[0014] 然后为MTC设备分配广域接入资源：按照分组内的MTC设备数目，对所有分组从大 到小进行排序，然后将广域接入子集中的N 2个资源按照排序逐个分组分配，每个分组分配 一个资源，若完成最后一个分组的分配后资源还有剩余，则继续按照排序逐个分组分配，如 此重复多次，直到广域接入子集中的所有资源分配完毕；
[0015] 按照带外局域竞争资源分配法或带内局域竞争资源分配法，为每个分组中的MTC 设备分配局域竞争资源，对于统一小区的所有分组，所采用的局域竞争资源分配相同；
[0016] 所述带外局域竞争资源分配法是依据所有分组内可用资源总和最大化原则，并在 相邻分组不可重用相同资源的约束条件下，对局域竞争子集中的资源进行分配，具体为：遍 历搜索每个分组及其对应的局域竞争子集，将当前分组可用的资源加入该分组的局域竞争 资源；
[0017] 所述带内局域竞争资源分配法是依据所有分组可用资源总和最大原则，并在相邻 分组不可重用相同的局域竞争资源的约束条件下，以及完全包括在广域干扰圆内的分组不 能重用该广域干扰圆所属分组的广域资源的约束条件下，对局域竞争子集和广域接入子集 中的进行分配，具体为：遍历搜索每个分组及其对应的局域竞争子集和广域接入子集，将当 前分组可用的资源加入该分组的局域竞争资源；所述广域干扰圆是以各分组中心为圆心， 以其到基站的距离为半径所做的圆；
[0018] 本发明方法的优选方案中，步骤3)中局域竞争子过程的具体流程为：
[0019] 将时间轴划分为包括两个时隙0和1的连续子帧，在时隙0上，对于每个分组中的 除了组长设备外其他MTC设备，如果其需要接入网络，则发送从该组的局域资源内随机选 取的一个P信号，否则该MTC设备在监听到P信号后在时隙0和1保持安静；
[0020] 组长MTC设备监听到P信号后在时隙1上发送A应答信号，所述A应答信号由组 长MTC设备监听到的所有P信号组成；
[0021 ] 当已发送过P信号的MTC设备收到组长回复的A应答信号后，如果A应答信号包含 了该MTC设备之前发送过的P信号，则该MTC设备在此次局域竞争子过程胜出，否则该MTC 设备竞争失败。
[0022] 本发明方法的优选方案中，步骤4)中广域接入子过程的具体流程为：
[0023] 每个MTC设备将所有广域资源按照编号从大到小依次排序，每个广域资源都会得 到自己相应的序号，同时每个MTC设备将其在局域竞争子过程使用过的局域资源按照编号 从大到小依次排序，这样每个局域资源也会得到一个序号，如果MTC设备能在广域资源里 选择到与其在局域竞争子过程使用过的局域资源序号相同的广域资源进行广域接入，则广 域接入成功，否则广域接入失败。
[0024] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0025] 与现有的时隙Aloha技术相比，时隙Aloha没有对MTC设备进行分组，蜂窝小区内 所有的MTC设备都随机选择前导序列进行竞争，这样当MTC设备数目巨大时，会有许多设备 都选择了相同的前导序列，导致几乎所有的设备都无法接入到蜂窝网络，本技术方法将所 有MTC设备进行分组，使得分组后组内MTC设备数显著减少，首先在局域内减小了问题的规 模，其次本方案提出了局域竞争资源分配和广域接入资源分配算法，通过对前导序列的优 化分配同时采用空间重复使用的方法，使得每个局域分组内的资源数得到了扩增，这样减 小了机器设备随机接入基站时的冲突率。
[0026] 与现有动态时隙接入方法相比较，动态时隙接入方法是推迟一些设备接入蜂窝网 络的时间，使得一部分的设备只能在某一个特定的时隙里才可以进行随机接入，这样做使 得在一个时隙里的设备数会有减小，但是会造成设备加入延时的无限递增，而本技术方法 通过将随机接入过程拆分为局域竞争子过程和广域接入子过程，MTC设备都可以在任意的 时隙进行随机接入，MTC设备首先进行局域竞争子过程以取得接入的机会，若接入成功，设 备进行广域接入子过程就可以成功接入蜂窝网络，而在局域竞争子过程里面，通过本技术 方案采用的资源分配方案，极大的提高了设备在局域竞争子过程里竞争成功的成功率。由 于每个设备在任意时隙都可以接入，并且提高了局域竞争成功率，保证了广域接入成功，这 样就减小了设备在接入时的等待时间，因而减小了设备进行随机接入的接入延时。
[0027] 因此本技术方法的发明点主要在局域竞争资源分配和广域接入资源分配，以及局 域竞争子过程和广域接入子过程，与现有技术方法相比较，现有方法均都只是在一个小区 范围内进行随机接入，或者改变随机接入资源的时频结构，大都是基于时隙Aloha的方法， 因此其资源利用率均没有提高，而本技术发明通过空间重用提高了蜂窝系统中的资源利用 率，使得MTC设备在进行局域竞争时，得到了更多的距离自己较远处的无线资源，极大的提 高了 MTC设备接入蜂窝网络的成功率，减小了其接入延时。

【专利附图】

【附图说明】
[0028] 图1为本发明实施例中MTC设备进行随机接入的方法流程图；
[0029] 图2为本发明实施例中MTC设备所在分组的广域资源分配算法流程图；
[0030] 图3为本发明实施例中MTC分组的局域干扰圆和广域干扰圆关系图；
[0031] 图4为本发明实施例中MTC设备进行局域竞争子过程的方法流程图；
[0032] 图5为本发明实施例中MTC设备进行广域接入子过程的方法流程图。

【具体实施方式】
[0033] 下面结合实施例和说明书附图来对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述说 明。
[0034] 参见图1，为本发明实施例中实现MTC设备随机接入方法的流程图，该方法包括步 骤：
[0035] 步骤101、首先蜂窝小区内所有MTC设备按照地理位置进行分组，分组的数目J不 超过小区内用于竞争的随机接入的前导序列数目，分组后组内区域称为局域，整个蜂窝小 区称为广域；
[0036] 然后每个分组中随机选择一个MTC设备为组长设备；
[0037] 步骤102、为每个分组内所有的MTC设备分配广域接入资源和局域竞争资源；
[0038] 步骤103、所述MTC设备在本组范围内开展局域竞争子过程；
[0039] 步骤104、对每个MTC设备，若其在局域竞争中成功，则进一步在广域范围内向基 站发送前导信号，即开展广域接入子过程，否则随机延时h时间以后返回步骤3)，所述h时 间为系统随机设置的，彡最大延时阈值；
[0040] 在该步骤中，最大延时阈值根据不同MTC的服务特性有不同的设置值，一般为 20ms。
[0041] 步骤105、对每个MTC设备，若广域接入成功，则该MTC设备即接入蜂窝网络，否则 随机延时t 2时间以后返回步骤3)，所述t2时间为系统随机设置的，t2 <最大延时阈值。
[0042] 在该步骤中，最大的延时阈值与上一步骤中的相同。
[0043] 针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种随机接入的方法，以降低蜂 窝网络侧负荷和提高MTC设备随机接入蜂窝网络的成功率和系统资源利用率。方法可包 括：
[0044] 首先蜂窝小区内所有MTC设备按照地理位置进行分组，此分组方法可以使用现有 的常用划分方法，分组的数目J不超过小区内用于竞争的随机接入的前导序列数目，分组 后每一个分组内的区域称为局域，整个蜂窝小区的范围都称为广域，设备可以在P〇和p两 种不同的功率上发送接入信号，其中当使用功率P〇时，接入信号只能在分组的局域范围内 传播；当使用功率P时，则接入信号能到达基站，即在广域范围内传播；然后每个分组中随 机选择一个MTC设备为组长设备；采用本发明技术方案，由于采用了空间地理位置分组，位 于距离较远的MTC设备之间可以重复使用相同的资源而不会发生干扰。
[0045] 所述MTC设备可用的前导序列为蜂窝系统小区配置的，并且在物理随机接入信道 (PRACH)上传输，该序列集合记为资源集合，认为该集合中每个资源都拥有其不同于其他 资源的编号，将资源集合中的资源按照如下方法分为局域竞争子集和广域接入子集：从资 源集合中随机选取N 2个资源组成广域接入子集，其中J < N2 < N，N为资源集合中的资源 个数，然后将资源集合中剩余的资源组成局域竞争子集，局域竞争子集中的资源个数为K， Ni+N2 = N ;通过广域资源分配算法将广域接入子集中的资源分配给每一个分组，通过局域 资源分配算法将局域竞争子集中的资源分配给每一个分组，局域竞争资源分配有带外和带 内两种分配方法，资源分配通过使用贪婪算法完成，若要使局域竞争资源能使用更多的无 线资源，则可以采用带内分配方法，否则使用带外分配方法。带内方法拥有更大的复杂度， 因而其在性能上会优于带外方法。
[0046] 在本发明实例中，称使用功率匕发射接入信号的子过程为局域竞争子过程，以及 使用功率P发射接入信号的子过程为广域接入子过程，并且称在这两个子过程中使用的前 导序列分别为局域竞争资源与广域接入资源。当进行局域竞争子过程时，可以只使用局域 竞争资源（也称为"带外方法"），或者同时使用局域竞争资源与广域接入资源（也称为"带 内方法")，其中，带内方法以复杂度为代价在性能上更优于带外方法。由于目前蜂窝小区的 尺寸都较小，在实际系统中该要求是可以满足的。由于广域接入子过程无竞争，实际上把小 区内的竞争分解为了一个个的局域竞争，同时还可以复用更多的资源，因此，采用本发明技 术方案，非常显著的降低了整个蜂窝网络的拥塞，减小了 MTC接入发生冲突的概率，提高了 其接入的成功率。另外，本方案通过MTC设备工作在不同的功率水平上，复用不同位置的资 源，充分的利用率蜂窝网络中有限的资源。
[0047] 参见图2,为本发明实施例中MTC设备进行广域接入子过程所使用的广域资源分 配算法步骤，方法包括：
[0048] 步骤201、所述MTC设备分组每个分组都分配一个资源。
[0049] 步骤202、若资源还没有分配完毕，则根据分组内MTC设备数大小按比例进行分 配，即分组所分得的资源数不大于该分组MTC设备数所占 MTC设备总数的比率和剩余的资 源总数的乘积。
[0050] 步骤203、若资源仍没有分配完毕，则根据每组MTC数目大小的顺序，依次为每组 分配一个资源，并循环直至没有剩余资源为止。
[0051] 在局域带外资源分配方法中，定义以该分组的所有MTC设备位置的中心为圆心， 以半径A为半径做的一个圆为局域干扰圆。 Γ(ι为在圆心处以功率匕发送信号后能够有效 接收的最长距离。在局域带内资源分配方法中，定义以该分组的所有MTC设备位置的中心 为圆心，以半径&为半径做的一个圆为广域干扰圆。hSMTC设备到达基站的距离。通过 定义两个干扰圆，可以建立局域干扰圆图模型和广域干扰圆图模型，以求得最大化的局域 资源分配。
[0052] 参见图3,为小区中各个分组之间的位置关系的一个应用实例，分组的外面一个小 圆为该分组的局域干扰圆，图中分组1，分组2,分组3的局域干扰圆半径分别为 Γι，r2, r3。分 组外面的一个大圆为该分组的广域干扰圆，分组1，分组2,分组3的广域干扰圆半径为札， R2，R3。
[0053] 局域竞争资源的求取有两类方法，在带外方法中，需要考虑局域干扰圆之间是否 相交的情形，即两个分组是否相邻，如果相邻则其之间的局域资源不能重复使用同一资源， 此为约束条件一。根据此约束条件建立局域干扰圆图模型。在带内方法中，不仅需要考虑 分组间局域干扰圆是否相交，还要考虑分组和广域干扰圆之间是否有包含的关系。此为约 束条件二，即完全包括在广域干扰圆内的分组不能重用该广域干扰圆所属分组的广域资源 的约束。图3中分组2位于分组1的广域干扰圆内，因此分组2中局域资源不能包括分组 1中的广域资源。
[0054] 带外方法资源分配算法可以做如下描述：
[0055] 为了建立图模型，以顶点代表分组，并且如果两个分组的局域干扰圆是相交的，即 会互相干扰，则将对应的两个顶点用一条边相连，从而构成一个图。此图为局域干扰图模 型，记该图的邻接矩阵为H = [hu]TXT，其中hi」取值为1代表第i与j组的局域干扰圆是相 交的，否则取值为0。定义变量其中如果第η个资源对第j组可重用，则= 1，否则xjn =〇,则第j组的局域资源总数为，在满足约束一的可行解中，为了尽可能对资源进 行重用，将选择使得所有分组分配资源数的加权和最大化的解。即maxmize ， 其中％是权重，可取值为正比于Κ」且满足归一化=1的正数。
[0056] 假设小区内有J个分组，本发明实施例启发地设计出带外局域资源分配算法，具 体实施步骤如下：
[0057] 步骤a :初始化所有分组的度量为0, η = 1，xin = -1，J，集合0 = 0。
[0058] 步骤b :对任意分组i，若满足xin =-1，则加入集合Q，在该集合中择度量最小的分 组/ (若不唯一则随机选择一个），设置=1，并将分组/的度量增加W/ '令β = 0。
[0059] 步骤c :对于任意分组i,如果气-=1，则设置xin = 0。
[0060] 步骤d :如果还有剩余分组i满足xin = -1，则转至步骤b，否则继续步骤e。
[0061] 步骤e :将η增加1，如果η = &，则算法结束，否则转至步骤b。
[0062] 带内资源分配方法可以做如下描述：
[0063] 与带外方法类似，本方法同样要考虑局域干扰，可以直接使用局域干扰图模型，即 已有约束条件一，另外引入广域干扰圆图模型，记第j组的广域干扰圆包含的分组的集合 为，第j组的广域资源集合为Bp约束条件二为，如果i e 则xin = 0, n e Β』。
[0064] 在满足以上两个约束的可行解中，为了尽可能对资源进行重用，将选择使得所有 分组分配资源数的加权和最大化的解。假设小区内有J个分组，本发明实施例启发地设计 出带内局域资源分配算法，具体实施步骤如下：
[0065] 步骤a :初始化所有分组的度量为0,1彡j彡J，n = l，xin = -1，，集合 0 = 0〇
[0066] 步骤b :对任意第j个分组，Y/_，K./ < ·/，设置xin = 0,其中i e Gj，n e Bj。
[0067] 步骤c :对任意分组i，若满足xin =-1，则加入集合Q，选择该集合中度量最小的分 组/(若不唯一则随机选择一个），设置& =1，并将分组/的度量增加，令0 = 0。
[0068] 步骤d :对于任意分组i，如果\ = 1，则设置xin = 0。
[0069] 步骤e :如果还有剩余分组i满足xin = -1，则转至步骤c，否则继续。
[0070] 步骤f :将η增加1，如果η = N，则算法结束，否则转至步骤b。
[0071] 参见图4,为本发明实施例中MTC设备进行局域竞争子过程的方法流程图，该方法 流程以MTC设备侧进行描述，方法包括：
[0072] 步骤401、需要发送数据的MTC设备随机选择一个局域资源发送P信号。
[0073] 在该步骤中，P信号仅由所选择的前导序列构成，不需要携带额外信息，且其有效 传播范围仅限于该组局域范围内。发送P信号是在时隙〇上发送。
[0074] 步骤402、组长MTC设备与未发送P信号的MTC设备在所有资源上监听P信号。
[0075] 步骤403、如果正确接收P信号，组长MTC设备则在相应的资源上发送A信号，而未 发送P的MTC设备则在相应的资源上保持安静。
[0076] 在该步骤中，A信号是所有竞争成功的P信号。发送A信号是在时隙1上发送的， 其他的设备保持安静则不会对组长MTC设备产生干扰。
[0077] 步骤404、所有发送P信号的MTC设备在所有资源上监听A信号。
[0078] 步骤405、如果MTC设备局域竞争成功，则进一步开展广域接入子过程，否则随机 延时一段时间后开始下一个局域竞争子过程。
[0079] 参见图5,为本发明实施例中MTC设备进行广域接入子过程的方法流程图，该方法 流程以MTC设备侧进行描述，方法包括：
[0080] 步骤501、所述MTC设备经过局域竞争子过程且竞争成功的设备将其参加局域竞 争所使用的P信号按编号从大到小进行排序，即对局域资源编号排序，所述每个MTC设备得 到序号Nu。
[0081] 在本步骤中的所述MTC设备为局域竞争子过程中竞争成功的设备。
[0082] 步骤502、所述MTC设备对该分组内所有广域资源按其编号从大到小进行排序，每 个广域资源得到广域资源编号Ns。
[0083] 步骤503、所述局域竞争成功的MTC设备，选择与序号Nu相等的广域资源编号Ns 去与基站进行随机接入，如果找不到相等的编号，则说明此次广域接入失败，设备需要随机 延时一段时间后开展局域竞争子过程。
[0084] 根据广域资源和竞争成功MTC设备数的不同，会有以下三种情形：
[0085] 若广域资源数等于竞争成功的MTC设备数，则所有竞争成功的MTC设备均可以进 行广域接入，并且所有的广域接入资源都可以完全被利用。
[0086] 若广域资源数等小于竞争成功的MTC设备数，则此时会有部分的MTC设备由于没 有广域资源而导致即使此次广域接入的失败，所述MTC设备只能随机延时一段时间后参加 下一次的局域竞争。
[0087] 若广域资源数大于竞争成功的MTC设备数，则此时所有的MTC设备都可以进行广 域接入，并且还有广域接入资源剩余。
[0088] 所述MTC设备在进行广域接入子过程时，若有可用的广域资源，则选择该广域资 源即前导信号发送到基站，此时不会发生任何的冲突，此次随机接入必定成功，基站收到所 述MTC设备发送的信号后，在DL-SCH上向所述MTC设备发送消息，然后所述MTC设备进一 步向基站发送消息以建立连接，此时设备随机接入成功，等待基站的专用调度资源以发送 数据。
[0089] 与现有技术相比，本发明实施例所提出的技术方案具有以下优点：
[0090] 本发明实施例中，通过将随机接入分解为两个子过程，其中局域竞争子过程是有 竞争的，而广域接入子过程是无竞争的，两个子过程是以MTC设备工作在两个不同的功率 水平下发射所述信号而得以实现的，通过将MTC设备划分为多个不同的分组，这样即使小 区内的MTC设备总数非常大，但是分组内的MTC设备可以保持一定的数量，而不会增多，因 此从根本上减小了问题的规模，将蜂窝系统中小区内大规模的随机接入转换为逐个小规模 的局域竞争。
[0091] 现有许多方法只是降低问题的规模还没有本质上对蜂窝系统中MTC设备接入网 络导致的无线接入网拥塞的问题，本发明实施例提出的技术方案最大的优点是通过采用的 空间复用的技术，最大化利用了蜂窝系统中有限的随机接入资源。MTC设备通过地理位置 进行了分组，这样局域竞争所用的资源可以相互重用，在满足局域干扰圆和广域干扰圆的 约束条件下。处于不同位置的分组可以使用相同的无线资源，而资源之间没有干扰，因此用 过应用本发明实施例中所提出的技术方案，可以有效的增加 MTC设备接入蜂窝网络的成功 率，降低其发生冲突的概率，同时大大减小了 MTC设备接入网络的延时，充分的利用的蜂窝 系统中的无线资源，降低了蜂窝系统中核心网和无线接入网的拥塞。
[0092] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求极其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
[0093] 通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过 硬件实现，也可以借助软件附加必要的硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的 技术方案可以以软件的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可 以是⑶-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人 计算机，服务端，或者网络设备等）执行本发明各个实施场景所述的方法。
[0094] 上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。
[0095] 应理解上述实施例仅用于说明本发明技术方案的【具体实施方式】，而不用于限制本 发明的范围。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改和替 换均落于本申请权利要求所限定的保护范围。
【权利要求】
1. 一种MTC设备随机接入蜂窝网络的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 步骤1)首先蜂窝小区内所有MTC设备按照地理位置进行分组，分组的数目J不超过小 区内用于竞争的随机接入的前导序列数目，分组后组内区域称为局域，整个蜂窝小区称为 广域； 然后每个分组中随机选择一个MTC设备为组长设备； 步骤2)为每个分组内所有的MTC设备分配广域接入资源和局域竞争资源； 步骤3)所述MTC设备在本组范围内开展局域竞争子过程； 步骤4)对每个MTC设备，若其在局域竞争中成功，则进一步在广域范围内向基站发送 前导信号，即开展广域接入子过程，否则随机延时A时间以后返回步骤3)，所述h时间为 系统随机设置的，h彡最大延时阈值； 步骤5)对每个MTC设备，若广域接入成功，则该MTC设备即接入蜂窝网络，否则随机延 时t2时间以后返回步骤3)，所述t2时间为系统随机设置的，t2 <最大延时阈值。
2. 如权利要求1所述MTC设备随机接入蜂窝网络的方法，其特征在于，所述步骤2)的 具体流程为： 首先将资源集合中的资源按照如下方法分为局域竞争子集和广域接入子集：从资源集 合中随机选取N2个资源组成广域接入子集，其中J < N2 < N，N为资源集合中的资源个数， 然后将资源集合中剩余的资源组成局域竞争子集，局域竞争子集中的资源个数为K，K+N2 =N ； 然后为MTC设备分配广域接入资源：按照分组内的MTC设备数目，对所有分组从大到小 进行排序，然后将广域接入子集中的N2个资源按照排序逐个分组分配，每个分组分配一个 资源，若完成最后一个分组的分配后资源还有剩余，则继续按照排序逐个分组分配，如此重 复多次，直到广域接入子集中的所有资源分配完毕； 按照带外局域竞争资源分配法或带内局域竞争资源分配法，为每个分组中的MTC设备 分配局域竞争资源，对于统一小区的所有分组，所采用的局域竞争资源分配相同； 所述带外局域竞争资源分配法是依据所有分组内可用资源总和最大化原则，并在相邻 分组不可重用相同资源的约束条件下，对局域竞争子集中的资源进行分配，具体为：遍历 搜索每个分组及其对应的局域竞争子集，将当前分组可用的资源加入该分组的局域竞争资 源； 所述带内局域竞争资源分配法是依据所有分组可用资源总和最大原则，并在相邻分组 不可重用相同的局域竞争资源的约束条件下，以及完全包括在广域干扰圆内的分组不能重 用该广域干扰圆所属分组的广域资源的约束条件下，对局域竞争子集和广域接入子集中的 进行分配，具体为：遍历搜索每个分组及其对应的局域竞争子集和广域接入子集，将当前分 组可用的资源加入该分组的局域竞争资源；所述广域干扰圆是以各分组中心为圆心，以其 到基站的距离为半径所做的圆。
3. 如权利要求1或2所述MTC设备随机接入蜂窝网络，其特征在于，所述步骤3)中局 域竞争子过程的具体流程为： 将时间轴划分为包括两个时隙〇和1的连续子帧，在时隙〇上，对于每个分组中的除了 组长设备外其他MTC设备，如果其需要接入网络，则发送从该组的局域资源内随机选取的 一个P信号，否则该MTC设备在监听到P信号后在时隙0和1保持安静； 组长MTC设备监听到P信号后在时隙1上发送A应答信号，所述A应答信号由组长MTC 设备监听到的所有P信号组成； 当已发送过P信号的MTC设备收到组长回复的A应答信号后，如果A应答信号包含了 该MTC设备之前发送过的P信号，则该MTC设备在此次局域竞争子过程胜出，否则该MTC设 备竞争失败。
4.如权利要求1或2所述MTC设备随机接入蜂窝网络的方法，其特征在于，所述步骤 4)中广域接入子过程的具体流程为： 每个MTC设备将所有广域资源按照编号从大到小依次排序，每个广域资源都会得到自 己相应的序号，同时每个MTC设备将其在局域竞争子过程使用过的局域资源按照编号从大 到小依次排序，这样每个局域资源也会得到一个序号，如果MTC设备能在广域资源里选择 到与其在局域竞争子过程使用过的局域资源序号相同的广域资源进行广域接入，则广域接 入成功，否则广域接入失败。
【文档编号】H04W48/20GK104053122SQ201410290587
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】张源, 刘林翔 申请人:东南大学