随机接入拥塞控制方法及电子设备与流程

本发明涉及无线通信
技术领域：
，具体而言，涉及一种随机接入拥塞控制方法及电子设备。
背景技术：
：在5g系统机器类通信(mtc，machine-typecommunication)场景下，海量机器类通信设备(即mtc设备，后文简称设备或终端)通过移动网络彼此通信。如果大量的mtc设备在短时间内并发接入，则会造成严重的网络拥塞，从而导致接入延迟甚至无法接入等问题。当前，acb(accessclassbarring，接入类别限制)机制被广泛用于解决网络拥塞问题，在该机制下，基站根据mtc设备的负载动态调整acb因子并广播包含该因子的消息，mtc设备在接收到消息后产生一个随机数，若随机数小于acb因子则允许发起随机接入，否则退避一段时间后发起随机接入。当拥塞级别非常高时，acb因子被设置为一个较低的值，用于限制mtc设备的接入数目以解决网络拥塞问题，acb机制不区分mtc设备的优先级，可能造成高优先级mtc设备迟迟不能接入。针对网络拥塞问题，还有一种基于eab(extendedaccessbarring，扩展接入限制)的自适应多重acb因子的方法，该方法针对不同优先级的mtc设备设置不同的acb因子，在发生拥塞时保证高优先级mtc设备(例如，时延敏感的mtc设备)的接入成功率和接入时延。上述现有的解决网络拥塞问题的方法或者没有考虑不同mtc设备的时延需求，或者仅保证高优先级mtc设备的时延需求，导致低优先级mtc设备(例如，时延容忍的mtc设备)长时间无法获得接入机会。如何在缓解网络拥塞的同时保证各级mtc设备的时延需求，是当前亟需解决的问题。技术实现要素：为了克服上述现有技术中存在的问题，根据本发明的一个实施例，提供一种随机接入拥塞控制方法，包括：步骤1)由基站对下一接入时隙各优先级设备的负载进行估计；步骤2)由基站根据所估计的下一接入时隙各优先级设备的负载设置下一接入时隙的禁止接入优先级和禁止接入概率；步骤3)由基站广播下一接入时隙的禁止接入优先级和禁止接入概率；其中，禁止接入优先级用于设备确定是进行接入、以禁止接入概率进行接入还是禁止接入。上述方法中，优先级从高到低分别为1-n，n为大于1的整数，以及步骤2)包括：若下一接入时隙各优先级设备的负载之和小于可用前导码的数目，则由基站将下一接入时隙的禁止接入优先级设置为n，并且将下一接入时隙的禁止接入概率设置为1；否则找到满足的n，由基站将下一接入时隙的禁止接入优先级设置为n+1，并且将下一接入时隙的禁止接入概率设置为其中，r表示可用前导码的数目，i+1表示下一接入时隙，表示下一接入时隙优先级为k的设备的负载，并且0≤n≤n-1。上述方法中，步骤1)包括：由基站根据下一接入时隙之前多个接入时隙的各优先级设备的负载，来估计下一接入时隙各优先级设备的负载。上述方法中，优先级从高到低分别为1-n，n为大于1的整数，以及步骤1)包括根据下式估计下一接入时隙各优先级设备的负载：其中，i+1表示下一接入时隙，表示下一接入时隙优先级为j的设备的负载，1≤j≤n；a＝2m'i-m”i，m'i是mi-n+1,j到mi,j的平均值，mi,j表示第i个接入时隙优先级为j的设备的负载，mi-n+1,j表示第i-n+1个接入时隙优先级为j的设备的负载，1＜n≤i，m”i是m'i-n+1到m'i的平均值。上述方法中，所述方法还包括由基站针对下一接入时隙之前多个接入时隙中的每个接入时隙，计算该接入时隙各优先级设备的负载，包括：根据该接入时隙空闲前导码的数目和可用前导码的数目计算该接入时隙允许接入的设备总数目；根据该接入时隙成功接入的各优先级设备在该接入时隙成功接入的所有设备中所占的比例，计算该接入时隙允许接入的各优先级设备的数目；根据该接入时隙的禁止接入优先级和禁止接入概率以及该接入时隙允许接入的各优先级设备的数目，计算该接入时隙各优先级设备的负载。上述方法中，根据该接入时隙的禁止接入优先级和禁止接入概率以及该接入时隙允许接入的各优先级设备的数目，计算该接入时隙各优先级设备的负载包括：对于优先级高于该接入时隙的禁止接入优先级的设备，其负载等于该接入时隙允许接入的相应优先级设备的数目；对于优先级等于该接入时隙的禁止接入优先级的设备，其负载等于该接入时隙允许接入的相应优先级设备的数目与该接入时隙的禁止接入概率的比值；对于优先级低于该接入时隙的禁止接入优先级的设备，其负载等于该接入时隙的前一接入时隙允许接入的相应优先级设备的数目。上述方法还可以包括：步骤4)由设备根据接入等待时间及其时延容忍度确定自身优先级；步骤5)由设备根据最近从基站接收的禁止接入优先级和自身优先级确定是进行接入、以最近从基站接收的禁止接入概率进行接入还是禁止接入。上述方法中，步骤5)包括：若自身优先级高于所述禁止接入优先级，则由所述设备确定进行接入；若自身优先级等于所述禁止接入优先级，则由所述设备产生0-1之间的随机数，如果所产生的随机数小于所述禁止接入概率，则由所述设备确定进行接入，如果所产生的随机数大于等于所述禁止接入概率，则由所述设备在退避第一预定时段后重新执行步骤4)-5)；若自身优先级低于所述禁止接入优先级，则由所述设备在退避第一预定时段后重新执行步骤4)-5)。上述方法还可以包括：若接入失败，则由所述设备在退避第二预定时段后重新执行步骤4)-5)。根据本发明的一个实施例，还提供一种随机接入拥塞控制方法，包括：步骤a)由设备根据接入等待时间及其时延容忍度确定自身优先级；步骤b)由设备根据最近从基站接收的禁止接入优先级和自身优先级确定是进行接入、以最近从基站接收的禁止接入概率进行接入还是禁止接入。根据本发明的一个实施例，还提供一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，存储有可被所述处理器执行的指令，当所述指令被所述处理器执行时使得所述电子设备实现上述随机接入拥塞控制方法。本发明实施例提供如下的有益效果：有效缓解了网络拥塞问题，并且保证高优先级mtc设备的时延需求。另外，可以根据接入控制时延调整mtc设备的优先级，保证低优先级mtc设备的时延需求，从而提高mtc设备的接入成功率。附图说明将通过参考附图对示例性实施例进行详细描述，附图意在描绘示例性实施例而不应被解释为对权利要求的预期范围加以限制。除非明确指出，否则附图不被认为依比例绘制。图1示出根据本发明一个实施例的随机接入拥塞控制方法的流程图；图2示出根据本发明一个实施例的估计下一接入时隙各优先级设备的负载的方法流程图；图3示出根据本发明一个实施例的获得并广播下一接入时隙的禁止接入优先级和禁止接入概率的方法流程图；以及图4示出根据本发明一个实施例的根据最近接收的接入控制参数和自身优先级进行接入控制的方法流程图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。mtc设备(后文简称设备)在通信过程中与基站建立连接，首先需要执行随机接入过程，包括：设备从可用的前导码集合中等概率地选择一个前导码作为msg1发送给基站，多个设备在同一时频资源可能选择相同的前导码；基站向设备发送随机接入响应消息msg2(包括tback_off)；设备根据接收的msg2完成上行同步，并且发送带有ue标识的上行消息msg3，在发送msg3后启动竞争解决定时器；以及，基站向设备发送竞争解决消息msg4。根据本发明的一个实施例，提供一种随机接入拥塞控制方法，其中，通过在msg3中携带优先级指示使得基站能够获得各优先级对应的成功接入设备数目，从而估计出下一接入时隙各优先级对应的设备负载(即各优先级设备的负载)，进而计算出接入控制参数以控制设备的接入。此外，还动态地调整设备的优先级以保证低优先级设备的时延需求。图1示意性地示出了根据本发明实施例的随机接入拥塞控制方法的流程图，在该实施例中设备的优先级被分为高、中、低三级，下面参照图1描述该方法的各个步骤。步骤s11.由基站对下一接入时隙各优先级设备的负载进行估计。基站可以根据(下一接入时隙)之前的接入时隙的各优先级设备的负载来估计下一接入时隙各优先级设备的负载以获得下一接入时隙的接入控制参数。其中，i+1表示下一接入时隙，表示所估计的下一接入时隙高优先级设备的负载，表示所估计的下一接入时隙中优先级设备的负载，表示所估计的下一接入时隙低优先级设备的负载。参见图2，根据本发明的一个实施例，步骤s11包括如下的子步骤：步骤s111.计算当前接入时隙发起随机接入的设备总数目mi(即允许接入的设备总数目，i表示当前接入时隙)。假设当前接入时隙发起随机接入的设备总数目为mi，则空闲前导码的数目表示如下：其中，mf表示当前接入时隙空闲前导码的数目，r表示可用前导码的数目，从而根据上式，从mf和r可以得到当前接入时隙发起随机接入的设备总数目mi。步骤s112.在当前接入时隙发起随机接入的设备总数目mi中，计算各优先级对应的设备数目mh、mm、ml。如上文所述，在随机接入时，设备发送给基站的msg3消息中携带优先级指示(用于指示该设备的优先级)，则基站可以根据优先级指示获得当前接入时隙中各优先级对应的成功接入设备的数目ms,h、ms,m、ms,l，其中，ms,h表示当前接入时隙中成功接入的高优先级设备的数目，ms,m表示当前接入时隙中成功接入的中优先级设备的数目，ms,l表示当前接入时隙中成功接入的低优先级设备的数目，ms＝ms,h+ms,m+ms,l表示当前接入时隙中成功接入的设备总数目。由于随机接入时，设备会等概率地选择前导码进行接入，因此成功接入的概率相同。由此，根据本发明的一个实施例，根据下式计算在当前接入时隙发起随机接入的设备总数目mi中，各优先级对应的设备数目mh、mm、ml：mh＝mi*(ms,h/ms)(2)mm＝mi*(ms,m/ms)(3)ml＝mi*(ms,l/ms)(4)步骤s113.计算当前接入时隙各优先级设备的负载(或称各优先级对应的设备负载)mi,h、mi,m、mi,l，其中i表示当前接入时隙，mi,h表示当前接入时隙高优先级设备的负载，mi,m表示当前接入时隙中优先级设备的负载，mi,l表示当前接入时隙低优先级设备的负载。各优先级设备的负载是该优先级对应的允许接入(即发起随机接入)和禁止接入的两部分设备的数量之和。根据本发明的一个实施例，可以根据当前接入时隙的禁止接入概率αi以及禁止接入优先级指示p来计算当前接入时隙的各优先级设备的负载(应理解，初始的禁止接入概率可以采用现有技术进行设置，如acb机制)。如表1所示。表1p＝hpp＝mpp＝lpmi,hmh/αimhmhmi,m0mm/αimmmi,l00ml/αi其中，p＝hp表示当前接入时隙的禁止接入优先级为高，即只允许高优先级设备以当前接入时隙的禁止接入概率αi接入，中优先级设备和低优先级设备禁止接入；p＝mp表示当前接入时隙的禁止接入优先级为中，即允许高优先级设备直接接入、中优先级设备以禁止接入概率αi接入，低优先级设备禁止接入；p＝lp表示当前接入时隙的禁止接入优先级为低，即允许高、中优先级设备直接接入、低优先级设备以禁止接入概率αi接入。因此，如表1所示，若当前接入时隙的禁止接入优先级指示p＝hp，则当前接入时隙高优先级设备的负载mi,h为mh/αi，而中、低优先级设备的负载mi,m、mi,l为0；若禁止接入优先级指示p＝mp，则当前接入时隙高优先级设备的负载mi,h为mh(即当前接入时隙发起随机接入的高优先级设备的数目)，中优先级设备的负载mi,m为mm/αi，而低优先级设备的负载mi,l为0；若禁止接入优先级指示p＝lp，则当前接入时隙高优先级设备的负载mi,h为mh，中优先级设备的负载mi,m为mm，低优先级设备的负载mi,l为ml/αi。如果计算得到的某优先级设备的负载为0，则根据本发明的一个实施例，可以将该优先级对应的设备在前一接入时隙(即当前接入时隙的前一接入时隙)的负载作为当前接入时隙该优先级设备的负载。步骤s114.估计下一接入时隙各优先级设备的负载通常，当网络达到稳定状态时，相邻时隙的负载状态变化不大，根据本发明的一个实施例，可以将当前接入时隙各优先级设备的负载作为下一接入时隙各优先级设备的负载。步骤s12.由基站根据所估计的下一接入时隙各优先级设备的负载获得下一接入时隙的禁止接入优先级和禁止接入概率，广播包括这两者的接入控制参数。应理解，接入控制参数通常还包括禁止接入时间。如上文所述，传统的acb机制由基站向设备广播固定的acb因子以及禁止接入时间。然而随着接入负载的变化，固定的acb因子会降低控制效率。发明人发现，根据负载变化来动态调整接入控制参数可以有效提升控制效率。由于不同设备对时延的需求各异，为了保证不同优先级设备的接入时延，并且保证时延敏感的设备能够优先接入，可以在接入控制参数中添加禁止接入优先级指示p，p用于指示禁止接入优先级，即禁止接入概率针对的是哪一优先级对应的设备，优先级比禁止接入优先级高的设备可以直接接入而优先级比禁止接入优先级低的设备禁止接入。此外，对于禁止接入概率，当接入负载接近可用前导码的数目r时，吞吐量达到最大并且系统效率最高，因此可以根据负载去动态调整禁止接入概率，以使获得接入机会的设备数目等于可用前导码的数目。参见图3，根据本发明的一个实施例，步骤s12包括如下子步骤：步骤s121.比较所估计的下一接入时隙高优先级设备的负载与可用前导码的数目r，如果大于等于可用前导码的数目r，则设置下一接入时隙的禁止接入优先级指示p＝hp(即指示禁止接入优先级为高)，并且根据公式(5)计算禁止接入概率αi+1(i+1表示下一接入时隙，αi+1为下一接入时隙的禁止接入概率)，广播包括p和αi+1的接入控制参数；否则，执行步骤s122。其中，禁止接入优先级指示p＝hp表示只允许高优先级设备以概率αi+1接入，而中优先级设备与低优先级设备禁止接入。步骤s122.比较所估计的下一接入时隙高优先级设备的负载与中优先级设备的负载之和与可用前导码的数目r，如果与之和大于等于可用前导码的数目r，则设置下一接入时隙的禁止接入优先级指示p＝mp(即指示禁止接入优先级为中)，并且根据公式(6)计算下一接入时隙的禁止接入概率αi+1，广播包括p和αi+1的接入控制参数；否则，执行步骤s123。其中，禁止接入优先级指示p＝mp表示高优先级设备可以直接进行接入，中优先级设备以概率αi+1接入，而低优先级设备禁止接入。步骤s123.比较所估计的下一接入时隙所有优先级设备的负载(即)之和与可用前导码的数目r，如果所有优先级设备的负载之和大于等于可用前导码的数目r，则设置下一接入时隙的禁止接入优先级指示p＝lp(即指示禁止接入优先级为低)，并且根据公式(7)计算下一接入时隙的禁止接入概率αi+1，广播包括p和αi+1的接入控制参数；否则，执行步骤s124。其中，禁止接入优先级指示p＝lp表示高优先级设备与中优先级设备均可直接进行接入，低优先级设备以概率αi+1接入。步骤s124.所估计的下一接入时隙所有优先级设备的负载之和小于可用前导码的数目r，因此各优先级设备均可以直接进行接入，设置下一接入时隙的禁止接入优先级指示p＝lp(即指示禁止接入优先级为低)，并且设置下一接入时隙的禁止接入概率αi+1＝1，广播包括p和αi+1的接入控制参数。表2中的算法示出了步骤s12中获取下一接入时隙的禁止接入概率和禁止接入优先级指示的整个流程。表2步骤s13.由设备接收来自基站的接入控制参数，确定自身优先级，并且根据最近接收的接入控制参数和自身优先级进行接入控制。每个设备处设置有如下三个参数：高优先级设备的最大容忍时延th，中优先级设备的最大容忍时延tm，以及低优先级设备的最大容忍时延tl。设备优先级可以是高、中、低三级中的一级。其中，初始优先级是设备根据自身的时延容忍度进行设置的，时延容忍度高的设备(即对实时性要求低的设备，例如实时性指数低于预定低阈值的设备)设置为低优先级设备，时延容忍度低的设备(例如实时性指数高于预定高阈值的设备)设置为高优先级设备，时延容忍度一般的设备(例如实时性指数在预定低阈值和高阈值之间的设备)设置为中优先级设备。概括而言，为了避免低优先级设备或者中优先级设备出现饥饿现象，计算设备当前的接入控制时延，并与设备自身的时延容忍度进行比较，以判断是否满足优先级更新的条件，如果满足则进行优先级的动态更新；随后，根据自身优先级和最近接收的接入控制参数进行接入控制(包括是否接入、如何接入)。根据本发明的一个实施例并且参考图4，步骤s13包括如下子步骤：步骤s131.由设备接收基站广播的接入控制参数，包括禁止接入概率(例如p)、禁止接入优先级指示(例如αi+1)和禁止接入时间(例如tbarring)。如上文所述，禁止接入概率和禁止接入优先级指示会随着网络负载情况而动态地调整。通常，当负载高时，禁止接入概率相应减小，从而限制发起随机接入的设备数目，降低碰撞概率并且降低网络拥塞；而负载低时，禁止接入概率相应增加，从而提升信道利用率(具体参见步骤s11-s12)。步骤s132.由设备确定自身优先级。根据本发明一个实施例，步骤s132包括如下的子步骤：步骤s1321.由设备计算当前的接入控制时延tdelay，接入控制时延对应于设备的接入等待时间。具体而言，接入控制时延tdelay的初始值为0；若该设备曾被禁止接入，则tdelay还要计入禁止接入时间tbarring等；若该设备曾允许接入但接入失败，则tdelay还要计入退避时间tback_off和执行随机接入过程的时间等(参见图4)。步骤s1322.由设备计算其时延容忍度t和当前的接入控制时延tdelay的差值δt＝t-tdelay，时延容忍度t表示该设备允许的最大接入时延，不同设备具有不同的时延容忍度。如果δt≤th，若设备当前优先级非高，则设备将其优先级更新为高；如果th＜δt≤tm，若设备当前优先级非中，则设备将其优先级更新为中；如果tm＜δt≤tl，若设备当前优先级非低，则设备将其优先级更新为低。步骤s133.由设备比较自身优先级与最近接收到的禁止接入优先级指示所指示的禁止接入优先级，根据比较结果执行相应的控制操作。具体地，分为以下三种情况：若自身优先级高于禁止接入优先级，则直接进行接入；若自身优先级低于禁止接入优先级，则禁止接入，在退避时间tbarring(即禁止接入时间)后，返回步骤s132重新计算tdelay和优先级，并且执行步骤s133。若自身优先级等于禁止接入优先级，则设备产生一个0-1之间的随机数q，如果q小于最近接收到的禁止接入概率，则进行接入；否则在退避时间tbarring后，返回步骤s132重新计算tdelay和优先级，并且执行步骤s133；其中，当设备发起接入后，依照上文所述的随机接入过程与基站建立连接，如果接入失败，则根据msg2中的退避时间tback_off进行退避后，回到步骤s132重新计算tdelay和优先级，并且执行步骤s133。上述实施例可以有效缓解网络拥塞问题，并且保证高优先级设备的时延需求。另外，可以根据接入控制时延来调整设备的优先级，保证低优先级设备的时延需求，从而提高设备的接入成功率。在上述实施例中，在步骤s114中根据当前接入时隙各优先级设备的负载来估计下一接入时隙各优先级设备的负载。而在其他实施例中，可以根据先前多个接入时隙(即下一接入时隙之前的多个接入时隙)各优先级设备的负载来估计下一接入时隙各优先级设备的负载(应理解，先前接入时隙各优先级设备的负载的计算方法可参照当前接入时隙各优先级设备的负载的计算方法，具体参见步骤s111-s113)，例如，将先前多个接入时隙各优先级设备的负载的平均值或者加权平均值作为下一接入时隙该优先级设备的负载。根据本发明的一个实施例，还可以采用趋势预测方法对下一时隙各优先级设备的负载进行估计。以高优先级设备为例，可以根据下式来估计下一时隙高优先级设备的负载：其中，i+1表示下一接入时隙，表示下一接入时隙高优先级设备的负载的估计值；a＝2m'i-m”i，m'i是mi-n+1,h到mi,h的平均值(其中，mi,h表示第i个接入时隙高优先级设备的负载，mi-n+1,h表示第i-n+1个接入时隙高优先级设备的负载，n为移动窗口的长度且1＜n≤i)；m”i是m'i-n+1到m'i的平均值。可采用类似的方法估计下一时隙中优先级设备和低优先级设备的负载。在上述实施例中，设备的优先级被分为高、中、低三级。本领域技术人员应理解，设备的优先级也可以划分为两级、四级、五级等等。应注意到一些示例性方法被描绘为流程图。虽然流程图将操作表述为顺序执行，但可以理解的是，许多操作可以并行、同时或同步地执行。另外，可以重新排列操作的顺序。处理可以在操作完成时终止，但是也可以具有并未包括在图中或实施例中的另外的步骤。上述方法可以通过硬件、软件、固件、中间件、伪代码、硬件描述语言或者它们的任意组合来实现。当以软件、固件、中间件或伪代码实施时，用来执行任务的程序代码或代码分段可以被存储在计算机可读介质中，诸如存储介质，处理器可以执行该任务。应理解，软件实现的示例性实施例通常在一些形式的程序存储介质上进行编码或者在一些类型的传输介质上实现。程序存储介质可以是任意的非瞬态存储介质，诸如磁盘(例如，软盘或硬盘)或光盘(例如，紧凑盘只读存储器或“cdrom”)，并且可以是只读的或者随机访问的。类似地，传输介质可以是双绞线、同轴线缆、光纤，或者本领域已知的一些其它适用的传输介质。虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所做出的各种改变以及变化。当前第1页1 2 3