一种物联网中通信节点的入网方法与流程

本发明涉及一种入网方法，尤其涉及一种物联网中通信节点的入网方法。

背景技术：

5g将满足人们在居住、工作、休闲和交通等各种区域的多样化业务需求，即便在密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等具有超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性特征的场景，也可以为用户提供超高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致业务体验。与此同时，5g还将渗透到物联网及各种行业领域，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合，有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的多样化业务需求，实现真正的“万物互联”。

5g应用场景可以分为两大类，即移动宽带(mbb,mobilebroadband)和物联网(iot，internetofthings)。其中，移动宽带接入的主要技术需求是高容量，提供高数据速率，以满足数据业务需求的不断增长。物联网主要是受机器通信(mtc,machinetypecommunication)需求的驱动，可以进一步分为两种类型，包括低速率的海量机器通信(mmc,massivemachinecommunication)和低时延高可靠的机器通信。其中，对于低速率的海量机器通信，海量节点低速率接入，传输的数据包通常较小，间隔时间会相对较长，这类节点的成本和功耗通常也会很低；对于低时延高可靠的机器通信，主要面向实时性和可靠性要求比较高的机器通信，例如实时警报、实时监控等。

第五代移动通信系统中，一种需要研究的场景是使用高频段通信的物联网中接入方法，常用的接入方案主要依靠复杂的波束搜索匹配，严重增加物联网终端的功耗，是物联网系统亟待解决的重要问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种物联网中通信节点的入网方法。

本发明包括如下步骤：

s101：需要入网的第一终端在高频段资源上发送预定义序列，然后转入低频段通信模式，其中，第一终端每个时刻只能工作在一种通信模式；

s102：判断第二类基站是否收到预定义序列且收到预定义序列的信号接收质量大于第一设定值，如果是，执行步骤s103，如果否，第一终端发送相关描述信息给第一类型基站，第一类型基站收到相关描述信息后，通知第二类型基站，当第二类型基站收到预定义序列的信号接收质量大于第二设定值时，执行步骤s103，其中，第二类型基站为支持高频段通信的基站，第一类型基站为既支持高频段通信又支持低频段通信的基站；

s103：第二类型基站对设定的高频段信号进行采样，确定高频段中空闲的高频资源，第二类型基站通过空闲的高频资源发送位置信息给第一类型基站，第一类型基站测量并存储接收位置信息的信噪比snr1；

s104：第二类型基站进入休眠状态，第一类型基站通过低频段发送低频段接入参数配置信息给第一终端，其中，低频段接入参数配置信息至少包括低频段接入参数、空闲的高频资源的位置信息；

s105：第一终端根据低频段接入参数配置信息，在低频段发送接入导频给第一类型基站，第一终端转入在空闲的高频资源上进行工作的高频段通信模式；

s106：第一类型基站测量并存储接收接入导频的信噪比snr2，第一类型基站基于接入导频确定第一类型基站与第一终端的最优空间波束传输方向；

s107：第一类型基站根据最优空间波束传输方向和位置信息确定处于最优空间波束传输方向上的第二类型基站，使用空闲的高频资源通过波束方式向第二类型基站发送激活信息，其中，激活信息至少包括snr1与snr2的差值信息的绝对值；

s108：第二类型基站收到激活信息后，发送波束，波束携带高频段接入参数配置信息，所述高频段接入参数配置信息至少包括第一终端发送接入导频的重复次数z，z为大于等于1的整数；

s109：第一终端在空闲的高频资源上尝试接收波束，第一终端基于获取到的高频段接入配置参数信息重复z次发送接入导频给第二类型基站；

s110：判断第一终端是否收到第二类型基站的响应信息，如果是，则与第二类型基站采用高频段通信模式进行通信，如果否，则转入低频段通信模式与第一类型基站进行通信。

本发明作进一步改进，在步骤s106中，所述第一类型基站获取最优空间波束传输方向的方法为：基于接入导频，获取第一终端与自己的低频段信道h，对低频段信道h进行奇异值分解，得到最大奇异值对应的右奇异矢量v，第一类型基站找到与右奇异矢量v相似性最高的离散傅里叶变换矢量，然后基于离散傅里叶变换矢量确定第一类型基站与第一终端的最优空间波束传输方向。

本发明作进一步改进，在步骤s108中，如果差值信息的绝对值在5db范围内，则第二类型基站发送n个波束宽度为a度的波束，如果差值信息的绝对值在5db范围外，则第二类型基站发送2n个波束宽度为a/2度的波束，其中，n为大于等于12的整数，a为大于0且小于等于30的整数，所述高频段接入参数配置信息还包括每个波束重复发送次数x，其中，x为大于等于32的整数。

本发明作进一步改进，所述重复次数z与所述波束宽度有关，当所述波束宽度为a/2时，所述z取值为3，当所述波束宽度为a时，所述z取值6。

本发明作进一步改进，所述第二类型基站采取太阳能供电方式，只有其电量储备达到10％以上才能基于所述第一类型基站发送的激活信息发送波束。

本发明作进一步改进，如果所述第二类型基站的电量储备未能达到10％，则所述第二类型基站给所述第一类型基站发送响应信息，通知所述第一类型基站其电量不满足发送所述波束的条件，所述第一类型基站转入低频段通信。

本发明作进一步改进，所述第一类型基站的天线呈均匀直线分布或平面分布，所述第二类型基站只有一条射频通道，每个时刻只能发送或接收一个方向的波束。

本发明作进一步改进，在步骤s109中，如果所述第一终端转入所述高频段通信模式20s后未能成功接收所述波束，则所述第一终端转入所述低频段通信模式。

本发明作进一步改进，在步骤s107中，所述第一类型基站发送所述激活信息15s后转入转入低频段通信。

本发明作进一步改进，在步骤s104中，所述休眠状态为仅有部分时间窗口接收所述第一类型基站发送信息的状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：克服现有物联网中终端接入功耗高的问题，降低了物联网系统的能量消耗，满足“绿色”通信需求的同时，优先确保第二类型基站的基本工作电量需求，避免由于电量耗尽带来的维修成本大幅增加的问题；通过比较少的重复次数获得比较好的接入导频质量。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，作为本发明的实施例1，本发明包括如下步骤：

s101：任何需要接入系统的第一终端在预定义的高频段资源上以满功率的方式发送预定义序列{1，-1,1，-1,1-1,1，-1}，然后第一终端转入低频段通信，其中，第一终端为既支持高频段通信模式又支持低频段通信模式的终端，且第一终端每个时刻只能工作在一种通信模式。这样做的好处是允许多个想要接入系统的第一终端使用相同的序列传输上述序列，进而可确保有第二类型基站能成功接收到上述序列，进而快速进行后续工作，提供入网效率。

s102：判断第二类基站是否收到预定义序列且收到预定义序列的信号接收质量大于第5db，如果是，执行步骤s103，如果否，第一终端发送相关描述信息给第一类型基站，第一类型基站收到相关描述信息后，通知第二类型基站，当第二类型基站收到预定义序列的信号接收质量大于10db时，执行步骤s103，其中，第二类型基站为支持高频段通信的基站，第一类型基站为既支持高频段通信又支持低频段通信的基站。

第一设定值为5db，这样做的好处是避免第二类型基站与需要服务的第一终端之间距离比较大，影响服务质量。

第二设定值为10db的好处是：说明之前可能有很多第一终端想要接入系统，造成第二类型基站接收到的预定义序列的信噪比比较高，超过5db这个阈值，但实际上第一终端并不在第二类型基站附近，从而造成了第二类型基站功耗的增加，因此通过增加到10db阈值的方式来尽可能确保第一终端和第二类型基站的距离尽可能地接近。

s103：第二类型基站对6ghz～100ghz之内的高频段信号进行采样，通过压缩感知算法确定高频段中空闲的高频资源，充分利用高频资源使用稀疏性的特征，尽量利用高频资源中空闲资源进行通信，提高通信的可靠性和鲁棒性。第二类型基站通过空闲的高频资源发送位置信息给第一类型基站，第一类型基站测量并存储接收位置信息的信噪比snr1。

s104：第二类型基站进入休眠状态，第一类型基站通过低频段发送低频段接入参数配置信息给第一终端，其中，低频段接入参数配置信息至少包括低频段接入参数、空闲的高频资源的位置信息。

s105：第一终端根据低频段接入参数配置信息，在低频段发送接入导频给第一类型基站，第一终端转入在空闲的高频资源上进行工作的高频段通信模式。

s106：第一类型基站测量并存储接收接入导频的信噪比snr2，第一类型基站基于接入导频获取第一终端与自己的低频段信道h，对h进行奇异值分解，得到最大奇异值对应的右奇异矢量v，第一类型基站找到与右奇异矢量相似性最高的离散傅里叶变换矢量，然后第一类型基站基于离散傅里叶变换矢量确定第一类型基站与第一终端的最优空间波束传输方向。

s107：第一类型基站根据最优空间波束传输方向和位置信息确定处于最优空间波束传输方向上的第二类型基站，使用空闲的高频资源通过波束方式向第二类型基站发送激活信息，其中，激活信息至少包括snr1与snr2的差值信息的绝对值。这样做的好处是只激活最有空间波束传输方向覆盖范围内的第二类型基站，从而降低整个无线通信系统的功率消耗。

s108：第二类型基站收到激活信息后，发送波束，波束携带高频段接入参数配置信息，所述高频段接入参数配置信息至少包括第一终端发送接入导频的重复次数z，z为大于等于1的整数。

优选地，，如果差值信息的绝对值在5db范围内，则第二类型基站发送n个波束宽度为a度的波束，如果差值信息的绝对值在5db范围外，则第二类型基站发送2n个波束宽度为a/2度的波束，其中，n为大于等于12的整数，a为大于0且小于等于30的整数，所述高频段接入参数配置信息还包括每个波束重复发送次数x，其中，x为大于等于32的整数。

上述基于差值信息的绝对值确定波束个数和角度的好处在于：当差值信息的绝对值小于等于特定阈值时，说明第二类型基站与第一终端的位置比较近，因此发送波束不会扩散地特别大，所以可以用比较少且比较窄的发送波束就可以以很大概率确保第一终端成功接收发送波束，而当差值信息的绝对值大于特定阈值时，说明第二类型基站与第一终端的位置比较远，因此发送波束可能会扩散地比较大大，所以可以用比较多且比较宽的发送波束才能以很大概率确保第一终端成功接收发送波束。

s109：第一终端在空闲的高频资源上尝试接收波束，第一终端基于获取到的高频段接入配置参数信息重复z次发送接入导频给第二类型基站。

s110：判断第一终端是否收到第二类型基站的响应信息，如果是，则与第二类型基站采用高频段通信模式进行通信，如果否，则转入低频段通信模式与第一类型基站进行通信。这样做的好处是当高频段通信无法使用时，使终端快速转入低频段模式从系统中获取服务。

实施例2

在实施例1的基础上，重复次数z与波束宽度有关，当波束宽度为a/2时，z取值为3，当波束宽度为a时，z取值6。这样做的原因是波束越窄，说明第二类型基站认为第一终端与自己的距离越近，通信质量越好，因此可以通过比较少的重复次数获得比较好的接入导频质量，反之亦然。

实施例3

在实施例1的基础上，第二类型基站采取太阳能供电方式，只有其电量储备达到10％以上才能基于第一类型基站发送的激活信息发送波束。这样做的好处是在满足“绿色”通信需求的同时，优先确保第二类型基站的基本工作电量需求，避免由于电量耗尽带来的维修成本大幅增加的问题。

实施例4

在实施例3的基础上，如果第二类型基站的电量储备未能达到10％，则第二类型基站给第一类型基站发送响应信息，通知第一类型基站其电量不满足发送波束的条件，第一类型基站转入低频段通信。这样做的好处是在这种情况下，第一终端会无法使用高频段进行后续通信，后续需要借助低频段与第一类型基站通信。

实施例5

在实施例1的基础上，第一类型基站的天线呈均匀直线分布或平面分布，这样做的好处是可以使用离散傅里叶变换矢量进行最优发送波束角度匹配。

实施例6

在实施例1的基础上，第二类型基站只有一条射频通道，每个时刻只能发送或接收一个方向的波束。这样做的原因是由于高频的模数和数模转换器件非常昂贵，所以需要尽可能降低第二类型基站的成本。

实施例7

在实施例1的基础上，步骤s104中，休眠状态为仅有部分时间窗口接收第一类型基站发送信息的状态。这样做的好处是可以尽可能降低第二类型基站的电量消耗，满足“绿色”通信需求。

实施例8

在实施例1的基础上，步骤s109中，如果第一终端转入高频段通信模式20s后未能成功接收波束，则第一终端转入低频段通信模式。这样做的好处是可以使终端最终从低频段通信模式中获得服务。

实施例9

在实施例1的基础上，步骤s107中，第一类型基站发送激活信息15s后转入转入低频段通信。这样做的好处是避免第一终端无法使用高频段进行通信后，系统无法继续给其提供服务的问题。

实施例10

在实施例1的基础上，步骤s105中，第一终端在低频段发送接入导频的持续时间为20ms的正整数倍，包含的接入导频序列重复次数为10的正整数倍。这样做的好处使第一类型基站尽可能收到高质量的接入导频，从而更好地进行后续的角度估计等操作。

值得说明的是，上述实施例在不违背技术方案的前提下，其中几个或所有的实施例可以组合使用。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。