本发明属于物联网中终端设备的接入
技术领域：
，尤其涉及一种用于nb-iot(narrowbandinternetofthings，窄带物联网)系统区分设备优先级的上行传输前导码分配方法。
背景技术：
nb-iot属于低功耗广域网(lowpowerwideareanetwork，lpwan)的一种，它是可以定义在授权频谱下的通信技术。nb-iot承载的业务中，机器类通信(machine-typecommunications，mtc)业务占据了相当大的份额。mtc业务的急速增长使得大量mtc设备试图同时接入无线网络，这很容易导致无线接入网络过载和接入成功率低。在lte系统中,针对无线接入网络的过载控制提出了各种方案,其中3gpp建议的接入等级限制(accessclassbarring，acb)被认为是有效且实际可实施的过载控制方案。由于nb-iot承载的主要是海量的延迟不敏感的业务，acb机制的接入禁止参数更新速度迟缓,无法应对群发性接入请求行为,极易引起网络拥塞,所以相对于acb，扩展接入等级控制(extendaccessbarring，eab)机制对控制ran过载更加有效。扩展接入等级控制(extendaccessbarring，eab)方案，eab机制的原理是：针对时延不敏感的mtc设备，运营商将这些时延不敏感的mtc设备分为10个接入类，这些配置的信息都存储在mtc设备的身份认证模块(universalsubscriberidentitymodule，usim)卡中。ac0-ac9均为普通接入类别，是随机地分配给mtc设备。设备在发起随机接入之前，需要从广播消息中获取eab参数，根据该参数来确定自己是否能够进行随机接入。为了加快设备获取eab参数的速度，网络需要及时更新eab参数，设备再根据最新的eab参数进行接入判断。虽然eab机制可以对接入网络过载起到一定的遏制作用，但是当接入拥塞非常严重的情况下，eab机制必须保证十分迅速的参数更新和设备的参数获取，否则eab机制来不及反应，不能最大限度地缓解过载问题。除此之外,近年来文献中也提出了各种能够控制过载的设备接入方案。例如：1、基于流量感知的m2m网络大规模接入的acb方案该方案是目的是在网络负载的基础上动态调整接入概率参数，称为阻塞因子，从而容纳更多的m2m设备，降低接入延迟。为了实现这一目标，该方案首先根据碰撞状态，提出了基于马尔可夫链的交通负荷估计方案，依据符合估计来灵活调整acb参数。2、lte-a中基于分组的机器类通信的两阶段无线接入方案该方案是一种两级无线接入方案，以缓解mtc的冲突。在该方案中，将大量的ue划分为若干组，组长负责调用随机接入信道(randomaccesschannel，rach)资源，小组成员不会直接竞争前导码，从而减少接入网络的过载。上述的方案虽然在处理接入过载问题中获得了不错的性能，但是这些机制仅适用于没有优先级的ue传输模式，如果ue具有不同的优先级，就不能采取上述方案来处理网络过载问题。在nb-iot中，与lte类似，ue同样是在空闲模式和连接模式下进行随机接入过程，但是nb-iot在r13(release13)中仅支持基于竞争的随机接入以及在下行数据到达情况下由pdcchorder触发的随机接入。除此之外，它还不支持pucch信道以及切换功能，因此在nb-iot系统中触发随机接入的相关应用场景也被简化成如下4种：(1)无线资源控制(radioresourcecontrol，rrc)空闲状态下的初始接入过程；(2)rrc连接重建过程；(3)rrc连接状态下，接收下行数据时(上行失步)；(4)rrc连接状态下，发送上行数据时(上行失步或者触发调度请求时)。在上述应用场景中，仅只有第1种场景是在空闲模式下进行随机接入过程，余下的3种场景都是在连接模式下进行随机接入过程，并且4种场景触发的随机接入都是基于竞争的方式。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供了一种用于nb-iot系统区分设备优先级的上行传输前导码分配方法，该方法基于设备优先级分组和前导码分组，在海量设备接入场景下,保证高优先级设备具有很高的接入成功率,并且降低了设备的接入时延，具体技术方案如下：一种用于nb-iot系统区分设备优先级的上行传输前导码分配方法，所述方法包括步骤：采用single-tone方式发送nb-iot系统随机接入的由四个symbolgroups构成的前导码，依次获取四个所述symbolgroups的子载波索引，并根据子载波索引区分所述前导码；依据设备的已等待时延与设备允许最大时延之间的比值α来划分设备的优先级，随后结合聚类算法将形同或相近比值α的设备规划为一组，将发起接入的设备规划为n组；enodeb根据优先级的划分将前导码划分为对应的n组，并分别计算各前导码组qi，并通过npbch信道将前导码的划分方案通知各终端设备；请求接入的设备根据enodeb对接入前导码组的划分方案，选取相对应的接入前导码通过nprach信道发起随机接入；判断随机接入是否发生冲突，若随机接入未发生冲突，enodeb会后续分配通信资源，若随机接入存在冲突，则判定随机接入失败；判断随机接入是否发生冲突，若随机接入未发生冲突，enodeb会后续分配通信资源，若随机接入存在冲突，则判定随机接入失败；且若设备在等待响应时间窗口为得到响应，也视为随机接入失败。作为优选，所述方法还设置有规避规则以及对应的退避窗口，所述退避窗口上设置有指定数量的退避值；所有设备最大可进行三次退避，若三次退避后仍未完成随机接入，则判定随机接入失败。作为优选，所述symbolgroups包括一个循环前缀和五个symbol，且每个所述symbolgroups之间有跳频。作为优选，所述比值α满足公式其中，所述比值α越大，表明所述设备的优先级越高。作为优选，所述nb-iot的带宽为180khz。作为优选，所述前导码组qi由公式表示，其中，floor函数是向下取整函数,npre是接入前导码的总数，ni为当前组内设备数量，n是设备总数,λi当前组i优先级的权重值,优先级越高，权重值λi越大；其中权重值λi应当满足公式和关系λi≥λi+1，i＝1,2,3，...n。作为优选，所述退避窗口用表示，且所述退避窗口满足公式表示使用第i组前导码组第j次退避窗口的大小，n为前导码分组总数；其中，若j＝2,3,此时，在0～backoff之间随机选择一个值作为退避窗口,backoff的最大值为524288ms。作为优选，所述等待响应时间窗口按照指定大小设置。本发明的用于nb-iot系统区分设备优先级的上行传输前导码分配方法，首先对前导码进行排序，随后根据设备组级别数将前导码对应分成若干组，随后通过enodeb将前导码的分配方案通过广播通知各终端设备，最后判断随机接入是否成功；与现有技术相比，本发明实现了nb-iot系统随机接入过程中的优先级的划分，保证了高优先级设备的接入成功率，并且降低了设备的接入时延。附图说明图1为本发明所述用于nb-iot系统区分设备优先级的上行传输前导码分配方法流程图示意；图2为本发明所述nb-iot系统的随机接入过程流程图；图3为本发明中前导码资源分配方案示意图。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。参阅图1、图2和图3，在本发明实施例中，提供了一种用于nb-iot系统区分设备优先级的上行传输前导码分配方法，优选的，本发明以一个由一个enodeb和多个mtc设备组成的小区为例进行说明本发明的用于nb-iot系统区分设备优先级的上行传输前导码分配方法，其中，小区内可接入前导码的总数为48个，且优选mtc设备的优先级仅有两种，将高优先级的mtc设备记录为u1，低优先级的mtc设备记录为u2，其中，u1与u2的数量比例为1:4，nb-iot系统中允许接入的mtc设备最大值为3000个；所述用于nb-iot系统区分设备优先级的上行传输前导码分配方法具体步骤描述如下：首先，本发明采用不同于lte中随机接入的前导码使用zadoff-chu序列的single-tone方式发送nb-iot系统随机接入的前导码，nb-iot系统中子载波间隔为3.75khz，且nb-iot系统中使用的symbol为一个定值；本发明中，mtc设备之间一次随机接入的前导码由四个symbolgroups构成的基本单位组成，其中，一个symbolgroups包括一个循环前缀加上5个symbol；每个symbolgroups之前会有跳频；且四个symbolgroups内,根据第一个symbolgroups的子载波索引，可以获知第二个、第三个、第四个symbolgroups的子载波索引；将选择传送的随机接入前导码即是选择起始的子载波；即可以根据子载波索引来区分前导码；因为nb-iot系统的带宽为180khz，故而可配置的子载波个数可达到48个，即前导码数目可达48个。然后，依据mtc设备的已等待时延与设备允许最大时延之间的比值α来划分设备的优先级，随后结合聚类算法将形同或相近比值α的设备规划为一组，将发起接入的mtc设备规划为n组；其中，比值α越大，说明mtc设备的接入优先级就越高；随后，enodeb根据优先级的划分将前导码划分为与mtc设备对应的n组，各前导码组用qi表示并分别计算qi的具体值，接着通过npbch信道将前导码的划分方案通知各终端设备。在本发明实施例中，比值α满足公式其中，所述比值α越大，表明所述设备的优先级越高；各前导码组qi通过公式表示，其中，floor函数是向下取整函数,npre是接入前导码的总数，ni为当前组内设备数量，n是设备总数,λi为当前组i优先级的权重值，优先级越高，权重值λi越大；其中权重值λi应当满足公式和关系；其中，前导码的具体分配方案可通过下表表示：优先级组q1q2前导码数量3612随后，在nb-iot系统中，请求接入的mtc设备根据enodeb对接入前导码组的划分方案，选取相对应的接入前导码通过nprach信道发起随机接入；并在接入过程中判断随机接入是否发生冲突，若随机接入未发生冲突，enodeb会后续分配通信资源，若随机接入存在冲突，则判定随机接入失败；且若设备在等待响应时间窗口为得到响应，也视为随机接入失败。在本发明实施例中，在mtc设备的接入过程中，还设置有规避规则以及对应的退避窗口，用表示，退避窗口满足公式表示使用第i组前导码组第j次退避窗口的大小，n为前导码分组总数；在随机接入过程中，mtc设备可以根据实际情况实施退避操作，实现可多次尝试接入的操作，从而提高随机接入的成功率；并且在退避窗口上设置有指定数量的退避值，退避值的取值范围为[0,3]，即所有mtc设备最大可进行三次退避，最小不需要退避即可完成随机接入操作；若三次退避后仍未完成随机接入的操作，则判定随机接入失败。优选的，在退避规则下，若退避窗口中j＝2,3,此时，在0～backoff之间随机选择一个值作为退避窗口，backoff的最大取值为524288ms。优选的，在具体实施例汇总，等待响应时间窗口按照指定大小设置，本发明并不对其进行限制和固定，可根据实际情况进行设定。本发明的用于nb-iot系统区分设备优先级的上行传输前导码分配方法，首先对前导码进行排序，随后根据设备组级别数将前导码对应分成若干组，随后通过enodeb将前导码的分配方案通过广播通知各终端设备，最后判断随机接入是否成功；与现有技术相比，本发明实现了nb-iot系统随机接入过程中的优先级的划分，保证了高优先级设备的接入成功率，并且降低了设备的接入时延。以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理在本发明专利保护范围之内。当前第1页12