接入基站可獲得的數(shù)據(jù)速率。如圖2所示，MTC終端i選擇基 站m作為接入策略，則終端接入基站的信干噪比可以表示為：
[0069] 其中，示的是MTC終端i接入基站m的發(fā)送功率，m= 1，…，M，i= 1，…，K; Glini表示的是MTC終端i接入基站m的平均信道增益，dliB1表示MTC終端i到接入基站m的 距離，a表示終端到基站的路徑衰減指數(shù)，〇2表示噪聲，I^表示其他終端造成的干擾。
[0070] 根據(jù)公式（2)，MTC終端i接入基站m獲得的數(shù)據(jù)速率可以表示為：
[0071] Clin=Blin ?Iog2(1+TliJ(3)
[0072] 其中Blini表示分配給MTC終端i的帶寬。
[0073] 終端的代價(jià)即終端進(jìn)行小區(qū)接入時(shí)付出得代價(jià)，MTC終端i接入基站m的代價(jià)表 示為：
[0074] Wlin=入！ ?冗！ ? Plim ⑷
[0075] 其中A 1表示的是MTC終端愿意為其獲得數(shù)據(jù)速率付出代價(jià)的意愿強(qiáng)度，A i用于 保證代價(jià)與效用在同一個(gè)數(shù)量級(jí)且具有相同的量綱。ni表示發(fā)送單位功率終端的能量損 耗。
[0076] 終端的效用和代價(jià)的表達(dá)確定后，終端收益函數(shù)的分子可以求出。收益函數(shù)的分 子與基站的負(fù)載有關(guān)。在確定負(fù)載前，先做如下的說(shuō)明：
[0077] I. N' "表示為只能接入基站m的終端數(shù)的集合，Il N' J表示它的模值。
[0078] 2.六^表示位于重疊覆蓋區(qū)域的終端選擇接入基站m的終端數(shù)的集合，I IA1J I是它 的模值。
[0079] 由于存在于重疊區(qū)域終端的選擇策略時(shí)不確定的，所以I IA1J I是一個(gè)變量并且只 會(huì)隨著終端選擇策略的改變而變。
[0080] 3. 1^表示終端i可以接入的基站數(shù)的集合。
[0081] 4. 〇 ^表示MTC終端i選擇基站的函數(shù)，〇 ^的取值可以表示為
[0083] SiS參與者的選擇策略，i = 1，…，K。
[0084] 5. Nni表示為基站m接入終端數(shù)量的集合，并且它的模值表示為：
[0085] IlNJI = Il An Il+ 11 N'JI (6)
[0086] 此值即是每個(gè)基站的負(fù)載值。
[0087] 6. R表示每個(gè)基站中終端可以選擇的隨機(jī)接入前導(dǎo)數(shù)。
[0088]根據(jù)公式（3)，（4)和（6)，終端的收益函數(shù)可以表示為：
[0089] U1(Sk) = (Cu-? h J/11 Nni Il (7)
[0090]終端的收益函數(shù)確定后，終端間博弈協(xié)調(diào)各MTC終端的接入策略，使得各終端獲 得最大的收益，問(wèn)題最終描述為：
[0092] 終端在整個(gè)系統(tǒng)中有且只能接入一個(gè)基站，因此滿足：
[0094] 每個(gè)終端選擇收益最大的基站作為選擇策略時(shí)，等待接入基站的終端數(shù)量應(yīng)滿 足：
[0096] 其中Pni是最初基站m的控制參數(shù)。
[0097] 各終端間博弈的過(guò)程，如下所示。
[0098] 初始化Sk={ss2,S3,…，sK}和初始化收益函數(shù)Iu1,…，％} ?
[0099] 初始化i= 1，L1
[0100] whilei<K〇
[0101] 讓g=巧：
[0102] 改變終端的選擇策略S1并計(jì)算終端的收益u(sJ
[0103] ifUr <u(s*)〇
[0104] 讓"：="(V)。
[0105] 跳到第5行。
[0106] else
[0107] 跳到第5行直到L1的值遍歷完。
[0108] end
[0109] 讓i=i+1，= {s;…s;…51人'}
[0110] end
[0111] 如果改變?nèi)魏我粋€(gè)終端的S1，所有終端的收益均不變
[0112] 輸出*Sic = {心……4'}，{":".?，《!：}
[0113] else
[0114] 讓i=l并且跳到第3行。
[0115] End
[0116] 首先假定終端的選擇策略是初始化時(shí)的選擇，終端1改變選擇策略，選擇一個(gè)收 益最大的基站作為最終的策略。終端1策略是確定的，終端2在改變策略選擇收益最大的 基站。依次不斷迭代，直到改變?nèi)魏我粋€(gè)終端的選擇策略時(shí)，所有終端的收益不在改變，即 終端的間的博弈達(dá)到了均衡?；镜牡却尤霐?shù)量也是確定的。
[0117] 下一步開始設(shè)置基站的接入分類限制參數(shù)，參數(shù)Pni表示為：
[0119] 其中S二'是重疊區(qū)域中選擇基站m的終端數(shù)，4表示博弈完終端最終接入的基 站策略。
[0120] 按照3GPP進(jìn)行仿真的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，仿真中的測(cè)量區(qū)域包含3個(gè)小區(qū)，各基站的 距離為lkm，詳細(xì)的設(shè)置如表1所示。
[0121] 表1.仿真系統(tǒng)參數(shù)的詳細(xì)設(shè)置
[0122]

[0123] 本發(fā)明主要關(guān)注三個(gè)性能：平均（最壞）延時(shí)時(shí)間，平均（最壞）吞吐量，平均能 耗。
[0124] 圖3表示的是終端的延時(shí)時(shí)間。從圖中可以看出延時(shí)時(shí)間隨著MTC終端數(shù)量增加 是線性增加。與傳統(tǒng)的接入分類限制機(jī)制相比，本發(fā)明在減少用戶的時(shí)延上優(yōu)于傳統(tǒng)ACB 機(jī)制。
[0125] 本發(fā)明中的吞吐量定義為單位時(shí)間內(nèi)成功接入的終端數(shù)量與允許接入的最大終 端數(shù)量的比值來(lái)衡量的。在圖4中可以看出本發(fā)明在緩解擁塞提高吞吐量上優(yōu)于傳統(tǒng)的 ACB機(jī)制。
[0126] 本發(fā)明中增加終端能耗作為評(píng)估技術(shù)性能一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。在圖5中可以發(fā)現(xiàn)，在終端 數(shù)量低于一定數(shù)量時(shí)，采用本發(fā)明的能耗要高于傳統(tǒng)ACB機(jī)制。但是從能耗整體的走勢(shì)；來(lái) 看發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明時(shí)終端能耗隨著終端數(shù)量的增加呈現(xiàn)是線性增長(zhǎng)，而采用傳統(tǒng)ACB機(jī) 制時(shí)能耗是呈指數(shù)增長(zhǎng)的。因此，在海量終端等待接入時(shí)，本發(fā)明節(jié)約能耗上要由于纏頭 ACB機(jī)制。
[0127] 最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在 形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種面向機(jī)器類通信的負(fù)載均衡方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1)構(gòu)造終端的收益函數(shù)； 步驟2)通過(guò)各終端的博弈過(guò)程，確定每個(gè)終端的選擇策略； 步驟3)計(jì)算基于接入分類限制方法中基站的控制參數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向機(jī)器類通信的負(fù)載均衡方法，其特征在于：所述步 驟1)具體包括以下步驟： 步驟1-1)通過(guò)以下公式計(jì)算終端接入基站的信干噪比：其中，Plini表示的是MTC終端i接入基站m的發(fā)送功率，i = l，...，K，m= 1，...，M5Glini表示MTC終端i接入基站m的平均信道增益；dlini表示MTC終端i到接入基站m的距離；a 表示終端到基站的路徑衰減指數(shù)；σ 2表示噪聲；I ^表示其他終端造成的干擾； 步驟1-2)通過(guò)以下公式計(jì)算終端的效用，即終端接入基站獲得的數(shù)據(jù)速率：其中，Clilll為MTC終端i接入基站m獲得的數(shù)據(jù)速率；B ^表示分配給MTC終端i的帶 寬； 步驟1-3)通過(guò)以下公式計(jì)算終端接入基站的代價(jià)： ?!,Π ,= λ ! * ^1* Plllll 其中，ω ι η為MTC終端i接入基站m的代價(jià)；λ i表示MTC終端愿意為其獲得數(shù)據(jù)速率 付出代價(jià)的意愿強(qiáng)度，λ 1用于保證代價(jià)與效用在同一個(gè)數(shù)量級(jí)且具有相同的量綱；π i表 示發(fā)送單位功率終端的能量損耗； 步驟1-4)終端i的收益函數(shù)為：31(表示為所有終端的策略的集合，其表達(dá)式為S K= {s i，s2,. . .，sK}，Nni表示為基站m接 入終端數(shù)量的集合，I IniJ I為它的模值；其中，Ν'"表示為只能接入基站m的終端數(shù)的集合，I |N' "1 I表示它的模值，Ani表示位于 重疊覆蓋區(qū)域的終端選擇接入基站m的終端數(shù)的集合，IIA1J I為它的模值。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向機(jī)器類通信的負(fù)載均衡方法，其特征在于：所述各 終端的博弈過(guò)程具體為各終端不斷改變接入策略，獲取最大的收益，直到任何一個(gè)終端再 改變策略時(shí)，各終端的收益都不會(huì)再改變時(shí)，確定每個(gè)終端最終的接入策略。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向機(jī)器類通信的負(fù)載均衡方法，其特征在于：博弈的 表達(dá)式為： Γ = {Z,SK, {μ JiezI 其中，Z表示參與者，即位于多個(gè)小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域的MTC終端；3!(表示參與者的選 擇策略集，Sk= {s . . .，sK} ; μ ;表示參與者的收益，8卩MTC終端接入基站獲得收益，i =5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種面向機(jī)器類通信的負(fù)載均衡方法，其特征在于：終端間 博弈協(xié)調(diào)各MTC終端的接入策略，使得各終端獲得最大的收益，通過(guò)以下公式確定每個(gè)終 端的選擇策略，6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種面向機(jī)器類通信的負(fù)載均衡方法，其特征在于：終端在 整個(gè)系統(tǒng)中有且只能接入一個(gè)基站，1^表示終端i可以接入的基站數(shù)的集合，σ iim表示MTC終端i選擇基站的函數(shù)，Si為參與者的選擇策略，i = 1，. . .，K。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種面向機(jī)器類通信的負(fù)載均衡方法，其特征在于：每個(gè)終 端選擇收益最大的基站作為選擇策略時(shí)，等待接入基站的終端數(shù)量應(yīng)滿足：Pm為最初基站m的控制參數(shù)，R表不每個(gè)基站中終端選擇的隨機(jī)接入如導(dǎo)數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種面向機(jī)器類通信的負(fù)載均衡方法，其特征在于：計(jì)算基 站的接入分類限制參數(shù)Pni:是重疊區(qū)域中選擇基站m的終端數(shù)，<表示博弈完終端最終接入的基站策略。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面向機(jī)器類通信的負(fù)載均衡方法，屬于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先構(gòu)造了終端的收益函數(shù)；然后通過(guò)各終端的博弈過(guò)程，確定每個(gè)終端的選擇策略；進(jìn)而計(jì)算基于接入分類限制方法中基站的控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)相鄰小區(qū)負(fù)載均衡及減小用戶的接入時(shí)延。本發(fā)明提供的一種面向機(jī)器類通信的負(fù)載均衡方法，能夠有效地均衡相鄰小區(qū)負(fù)載，減小用戶的接入延遲，增加網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。
【IPC分類】H04W28/08
【公開號(hào)】CN105163350
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510557403
【發(fā)明人】賈云健, 趙倩, 梁靚, 簡(jiǎn)鑫
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月2日