机器类通信(MTC)主要指机器之间的通信(M2M)。MTC终端的数量将达到万亿量级。MTC业务将和现有业务(H2H等)共享下一代IP化广域异构无线网络。MTC的研究刚刚起步,目前,国内外对于MTC网络建模的研究未见报道。本项目基于排队理论和流量的自相似特性理论,研究在包级别和流级别两个层次上建立MTC业务异构无线网络排队模型,评价MTC业务性能,研究MTC业务对H2H业务的影响。项目特色和创新点是1)以MTC业务的批量强度和突发度为控制参量,用尺度扩张、中心偏移的相关函数建模流级别和包级别的MTC业务到达,准确描述MTC业务特征、刻画包与流的关系。2)提出以MTC非实时短数据业务为基本业务,以基本业务对应的基本带宽单元(BBU)为基础构建网络服务模式的方法。针对MTC业务的强异构性提出BBU分配方法。3)建立实验平台,研究MTC对H2H业务的影响。研究结果用于指导无线资源管理和接入控制。
Machine type communication;network modeling;tandem queueing system;performance assessment;
本项目基于排队理论、马尔科夫理论、随机信号分析理论、概率论和流量的自相似特性理论,在包级别和流级别两个层次上,建立了典型MTC业务的到达过程概率模型,建模了三种无线接入网络的服务过程。在此基础上,建立了MTC业务的网络排队分析模型,评价了MTC业务的网络性能。针对MTC业务,研究了网络协议、网络关键技术的优化理论和方法,提出优化算法。研究了MTC业务对H2H业务的影响。课题取得的主要成果体现在以下4个方面。(1)MTC业务源建模。针对不同MTC业务的业务逻辑和特性,考虑其批量到达强度和突发度,建立了多种业务源模型。提出包级别和流级别二维描述的MTC小数据业务到达模型,提出多时间尺度特性融合的MTC视频业务建模方法和算法。(2)针对MTC的网络服务建模、网络性能优化。基于马尔科夫理论、排队论、随机信号分析理论,研究了MTC业务到达下,网络的服务建模和性能优化。研究成果包括建模了IEEE 802.11随机接入过程,提出针对MTC业务的大时间尺度退避随机接入分析模型、无退避快速重传算法、动态调整窗口算法;建模了LTE网络随机接入过程,在M2M与H2H共存场景下,提出LTE上行调度算法及利用PUCCH传输M2M业务的方法;建模了IEEE 802.15.4随机接入服务过程,提出基于马尔科夫决策的组时延约束接入算法。提出基于BBU的混合业务带宽分配机制。(3)M2M业务对H2H业务的影响。基于串联排队网络理论、休假排队网络理论,建模了具有M2M、H2H混合到达的通信网络,分析、评价了M2M业务对H2H业务的影响。提出效能函数概念,建立了综合评价网络性能的体系和方法。基于多维马尔科夫过程,定量分析了非实时M2M业务对实时业务时延抖动的影响。提出可变服务速率下MTC小数据业务的网络性能分析方法和算法。(4)研究扩展到了MTC业务的无线光(OW)方式随机接入。提出一种OW-RF融合系统和基于该系统的跨域通信方法。提出基于CCD成像的MTC接入碰撞检测方法。本项目按计划进行,项目成果超过了预期指标。研究结果可用于指导物联网业务网络无线资源管理和接入控制。研究成果获得吉林省科学技术进步奖二等奖;获得发明专利1项,申请发明专利4项;发表论文12篇,已录用论文4篇,其中15篇EI检索。另有6篇论文在审;项目培养1名博士后、1名博士生、12名硕士毕业生;11人次参加