H2H和M2M共存场景下大规模异质M2M终端接入控制理论与方法研究

This research focus on access control theory of massive and heterogeneous M2M terminal devices under H2H and M2M coexistence scenarios. To meet the request of massive and heterogeneous M2M terminal devices access and guarantee of QoS for heterogeneous M2M businesses, we will figure out the following two scientific problems. One is the access control method of massive M2M terminals in heterogeneous cellular network environment. The other is resource allocation and energy efficiency optimization method of massive M2M terminals uplink channels in Ultra Dense Networks (UDN) environment with H2H/M2M coexistence. The main tasks include: optimizing random access control mechanism with business characteristics, studying access control method of M2M devices and optimizing energy efficiency of M2M devices in UDN with H2H/M2M coexistence. The creative contribution of this project is: presenting a new feather extraction method of heterogeneous M2M service based on application scenarios and QoS requirements, proposing an adaptive scheme of random access method based on service feather and providing methods for load balancing, network selection and system capacity optimization in UDN with H2H/M2M coexistence. The purpose of this research is to solve the future massive terminal access control problem and provide a theoretical basis and technical support.

本课题拟开展H2H和M2M共存场景下大规模异构M2M终端接入控制理论与方法的相关研究。针对目前无线蜂窝网络既不能满足大规模M2M终端的接入请求，也无法保障异质M2M通信业务QoS需求等问题，重点解决异构蜂窝网络环境下大规模M2M终端接入控制和超密集异构蜂窝网络环境中H2H/M2M混合场景下大规模上行M2M终端资源分配能耗优化等关键科学问题。研究内容包括：H2H/M2M混合场景下基于业务内容特征的随机接入控制机制优化；超密集异构蜂窝网络环境中H2H/M2M混合场景下的接入控制方法和H2H/M2M混合场景下的能效优化方法。主要创新点是：提出一种基于应用场景和QoS需求的异质M2M业务特征提取方法；提出一种基于业务特征的自适应随机接入控制方法；提出超密集网络H2H/M2M混合场景下的网络选择、负载均衡和系统容量优化方法。本课题的研究为解决未来大规模终端接入控制问题提供理论依据和支撑技术。

机器对机器（Machine To Machine，M2M）通信指在没有或极少人为干预条件下，自动实现机器或设备之间的信息传递，即实现人、机器、系统之间建立通信连接的技术和手段。M2M通信是未来物联网和泛在网的重要组成部分，也是5G网络的重要应用方向之一，在电子医疗、智能家居、智能交通以及智慧城市等领域有着广阔的前景，是国民经济新兴增长点。. M2M入网设备数量呈指数增长，预计未来将远远超过H2H通信设备的数量。本课题针大规模M2M终端接入带来的网络拥塞导致的系统性能下降等问题，从接入控制协议设计与分析、接入控制机制、M2M设备上行功率优化、异构网络环境下信道选择、异构网络环境下用户分配、共存场景下M2M设备功率控制和干扰消除等方向开展研究，讨论了H2H和M2M共存场景下大规模异质M2M终端接入控制理论与方法，取得了一定的创新成果。主要工作包括：. 1、课题组围绕H2H和M2M混合场景的特点，聚焦大规模M2M设备接入控制方法，分别从前导码分配、分组接入、基于组寻呼的负载均衡等方面开展研究，研究结果表明提出的方法在信道利用率、接入成功率、时延以及能量效率等方面具有一定的优势，取得一些创新成果。. 2、针对M2M通信中信令过载的问题，课题组提出了一种时隙ALOHA和TDMA混合的MAC协议，并对协议的公平性、QoS保障、以及预回退机制等进行分析。结果表明提出的混合协议在接入成功率、平均传输次数和公平性等方面优于传统MAC协议。. 3、针对异构蜂窝网络环境中 H2H 和 M2M 混合场景下的接入控制问题，课题组分别从网络选择、用户分配、柔性接入以及基于异构云的资源分配等方面开展研究。研究结果表明所提方法在网络利用率、负载均衡、异构M2M业务QoS保障等方面优于传统方法。. 4、针对M2M设备能量受限问题，课题组从上行功率分配、基于图论的干扰协调，以及上行用户分配算法等方面开展研究。结果表明所提方法在设备传输功率、能源效率、系统和速率等方面明显优于传统方法。