LTE-A网络下M2M通信上行链路资源分配算法研究

摘要

随着物联网业务的飞速发展,LTE-A网络作为机器对机器(Machine-to-Machine,M2M)业务最为重要的承载网络成为物联网最广泛的应用形式,是通信行业的发展热点。针对M2M通信终端设备具有小数据频繁传输和上行占优等特征,本论文以LTE-A上行链路资源分配问题为主要研究对象,研究LTE-A上行链路系统M2M设备的能量效率和丢包率问题。
　　本文的主要研究工作为:
　　1、分析了LTE-A网络下M2M通信上行链路资源分配在国内外研究现状和发展趋势,研究了LTE-A网络和M2M通信的技术特点。
　　2、研究了一种基于指针网络的LTE-A上行链路节能资源分配算法。首先建立LTE-A网络下M2M通信系统模型与定义了最大能量效率目标函数,通过对原系统模型重构将具有非线性约束条件能量效率最优问题等价转换为价值最高的二维背包问题;引入神经网络模型,综合运用指针网络、注意力机制和critic的辅助网络求解该背包问题。最后通过pytorch软件构建仿真环境进行仿真,仿真结果表明本文算法相比LTE-A上行链路的三种经典算法,在考虑到M2M设备之间的公平性和保证服务质量的情况下,能较大幅度的提高LTE-A系统的能量效率,降低丢包率。
　　3、研究了一种低时延要求的M2M设备在LTE-A上行链路的节能资源分配算法。根据M2M通信的特点和LTE-A上行SC-FDMA网络资源分配的限制,建立了LTE-A网络下的系统模型和定义了最大能量效率目标函数;对原系统模型重构,再采用Charnes-Cooper变换和Glover的线性化方案,使该NP-Hard问题转化为混合整数线性规划问题。最后通过GNU线性规划工具集搭建仿真环境,仿真实验结果表明,本文算法相比与最大载干比算法、比例公平算法和遗传算法,能够在保证M2M设备优先级和服务质量的同时,大幅度的提高系统能量效率,降低数据丢包的概率。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题的研究背景及意义

1．2 本课题在国内外的研究现状及发展趋势

1．2．2 LTE-A网络资源管理的研究现状及发展趋势

1．3 本课题研究的主要内容及章节安排

1．3．1 论文主要研究内容

1．3．2 论文结构安排

第二章 M2M与LTE-A技术

2．1 M2M技术分析

2．1．1 M2M网络架构

2．1．2 M2M应用领域及业务特征

2．2 LTE-A技术分析

2．2．1 LTE-A网络上行SC-FDMA技术

2．2．2 LTE-A上行链路无线帧结构

2．2．3 时隙结构和物理资源块

2．3 LTE-A网络下的资源分配相关技术分析

2．3．1 LTE-A网络资源分配的主要目标

2．3．2 LTE-A网络资源分配算法的主要影响因素

2．3．3 LTE-A上行链路资源分配的经典算法分析

2．4 本章小结

第三章 基于指针网络的LTE-A上行链路节能资源分配算法

3．1 系统模型与优化问题

3．1．1 系统模型

3．1．2 能量效率最优问题

3．1．3 能量效率最优问题重构

3．2 基于指针网络的LTE-A网络下M2M通信上行链路节能优化算法

3．2．1 指针网络的构建

3．2．2 指针网络的训练

3．2．3 搜索策略

3．3 仿真实验与分析

3．3．1 仿真条件与参数设置

3．3．2 算法性能仿真分析

3．4 本章小结

第四章 低时延要求的M2M设备在LTE-A上行链路的节能资源分配算法

4．1．1 系统模型

4．1．2 能量效率最优问题

4．2 LTE-A上行链路节能资源分配算法

4．2．1 能量效率问题重构为二维背包问题

4．2．2 混合整数线性规划重构

4．3 仿真实验与分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术成果