[发明专利]LTE-A网络大规模M2M通信上行数据传输方法

说明书

本发明公开一种LTE‑A网络大规模M2M通信上行数据传输方法，包括如下步骤：(10)设备调度请求发起：M2M设备发起调度请求，上报数据总量；(20)网关调度请求发起：中继网关判断能否进行数据传输；(30)传输功率分配：基站调度器使用基于拉格朗日乘数法的功率分配算法进行M2M设备的功率分配，确定每个M2M设备以及中继网关传输数据时的最优功率；(40)功率分配结果反馈：基站将功率分配方案经由网关转发给每个M2M设备；(50)数据传输：M2M设备根据功率分配方案调整传输功率，将数据信息经由网关发送到基站。本发明的上行数据传输方法，设备接入数量大，信令开销小、频谱利用率高、设备能源效率高。

技术领域

本发明属于机器通信技术领域，特别是一种设备接入数量大，信令开销小、频谱利用率高、设备能源效率高的LTE-A网络大规模M2M通信上行数据传输方法。

背景技术

机器到机器(Machine-to-Machine，M2M)通信是与物联网(Internet of Things，IoT)密切相关的通信技术，指设备可以在没有人为干预的情况下通过有线或无线的方式来完成信息交互，实现互联互通。当前，由于M2M业务巨大的商业价值以及广阔的应用前景，如信息采集、车辆调度、智能电网、地震监测、消费设备、智能家居、智慧城市及智能电子医疗等，M2M通信正成为通信行业关注的热点。

现有的蜂窝网络主要是为人与人(Human-to-Human，H2H)通信所设计，由于M2M通信与H2H通信相比较有很多不同之处，现有的蜂窝网络并不能很好的适应M2M业务的通信需求。M2M通信的主要特点是设备数量规模巨大、传输数据量小、传输速率低、电池供电等。为了完成数据传输，基站需要给每个M2M设备分配相应的无线资源。

随着M2M通信的发展，M2M设备的数量急剧增加，在未来几年内将会达到亿万量级。当海量设备同时请求接入基站，竞争有限的无线资源时，将会引起网络拥塞、甚至造成网络瘫痪，这将不仅仅影响大规模M2M通信的成功率，还会降低H2H通信的正常通信质量。

在现有的蜂窝网络如长期演进技术升级版(Long Term Evolution-Advanced,LTE-A)中，已经有许多关于M2M上行通信功率分配的研究。然而大部分研究都是停留在M2M设备与基站的直接通信方面，随着M2M设备数量的急剧增加，设备与基站的直接通信会造成无线通信信令的过度开销，降低通信成功概率；部分研究是将设备分簇，在每一簇设备中按照一定的规则挑选相应的簇头与基站通信，在该类方法中，当M2M设备数量增加，簇头的传输数据量也会增加，为了保证设备的通信时延，必须增加簇头的传输功率，使得簇头的电池使用寿命降低，并且对设备的分簇会随着设备数量增加而变得复杂。

总之，现有技术存在的问题是：在LTE-A网络中，由于功率分配方法不当，当大规模M2M设备同时接入基站时，无线通信信令过度开销、频谱资源利用率低以及设备的功率效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LTE-A网络大规模M2M通信上行数据传输方法，该方法设备接入数量大，信令开销小、频谱利用率高、设备能源效率高。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种LTE-A网络大规模M2M通信上行数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

(10)设备调度请求发起：M2M设备在每个时隙向M2M中继网关发起调度请求，并上报需要传输的数据总量；

(20)网关调度请求发起：中继网关在接收到M2M设备的调度请求后，根据M2M设备的信道条件，判断能否进行数据传输；若能，则向基站发起调度请求，并发送所有M2M设备需要传输的数据总量；

(30)传输功率分配：基站调度器使用基于拉格朗日乘数法的功率分配算法进行M2M设备的功率分配，确定每个M2M设备以及中继网关传输数据时的最优功率；