机器类通信(MTC)网络建模和性能评价

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。

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