MTC組尋呼基于提前退避接入策略研究*

蔣 偉,王 獻(xiàn)

(西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,四川成都610031)

MTC組尋呼基于提前退避接入策略研究*

蔣 偉,王 獻(xiàn)

(西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,四川成都610031)

組尋呼方案有效的解決了大量機(jī)器類型通信(MTC,Machine-type Communications)設(shè)備同時接入LTE無線網(wǎng)絡(luò)的擁塞問題。主要對MTC組尋呼基于提前退避的隨機(jī)接入策略進(jìn)行深入研究,通過對組尋呼基于提前退避策略進(jìn)行理論建模,得到其性能分析表達(dá)式。數(shù)值分析結(jié)果表明,基于提前退避的隨機(jī)接入策略比基于傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略更能提高組尋呼的接入性能。

MTC 組尋呼 隨機(jī)接入 提前退避 過載控制

0 引 言

機(jī)器類通信(MTC,machine-type communication)也命名為機(jī)器到機(jī)器(M2M,machine-to-machine)通信,是由3GPP定義的一種在蜂窩網(wǎng)絡(luò)下機(jī)器之間通信的新興服務(wù)。MTC是物聯(lián)網(wǎng)的研究熱點(diǎn),是最近幾年國內(nèi)外才開始研究,文獻(xiàn)[1]對MTC研究發(fā)展動態(tài)和最新進(jìn)展進(jìn)行了相關(guān)介紹。MTC通常涉及到大量的MTC設(shè)備來支持各種應(yīng)用,比如,測量、道路安全和電子消費(fèi)設(shè)備等。然而,當(dāng)大量的MTC設(shè)備同時接入無線網(wǎng)絡(luò)時可能會導(dǎo)致不可容忍的時延、丟包或者當(dāng)前的人到人(H2H, human-to-human)通信服務(wù)不能使用。因此,在嚴(yán)重的MTC過載條件下,需要適當(dāng)?shù)倪^載控制機(jī)制來保證無線接入網(wǎng)絡(luò)的可用性和H2H服務(wù)質(zhì)量[2]。

在3GPP LTE無線接入網(wǎng)絡(luò)中,過載控制被認(rèn)為是第一優(yōu)先級優(yōu)化問題。文獻(xiàn)[2-5]對MTC的過載控制候選方案進(jìn)行了介紹,包括基于推起(push -based)和基于拉起(pull-based)的兩大類,并總結(jié)了各方案的優(yōu)缺點(diǎn),其中組尋呼方案是典型的基于拉起的過載控制方案,能有效的解決網(wǎng)絡(luò)過載。組尋呼已在文獻(xiàn)[6-10]中進(jìn)行了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[6]首次對組尋呼性能進(jìn)行了仿真,得到了設(shè)備的接入成功概率、沖突概率、平均前導(dǎo)傳輸次數(shù)、平均接入時延等性能結(jié)果。WEI Chia-hung等人在文獻(xiàn)[7]中提出了利用多時隙ALOHA接入方式對組尋呼進(jìn)行系統(tǒng)建模,并在文獻(xiàn)[8]中得到組尋呼的性能表達(dá)式和詳細(xì)的性能分析結(jié)果。然而以上文獻(xiàn)都可以觀察到,當(dāng)尋呼組設(shè)備數(shù)量過大時,設(shè)備的接入成功概率非常低。文獻(xiàn)[9]提出一種動態(tài)資源分配方案,有效的提高了組尋呼的接入性能。文獻(xiàn)[10]討論了如何提高組尋呼的性能,然而沒有具體執(zhí)行方案和性能評估結(jié)果。

基于MTC組尋呼的接入性能不夠理想的缺點(diǎn),文中提出將提前退避的隨機(jī)接入策略[11]應(yīng)用到組尋呼機(jī)制中,期望該策略使組尋呼有更好的接入性能。文中將對組尋呼基于提前退避的隨機(jī)接入策略進(jìn)行理論建模,得到組尋呼的性能分析表達(dá)式。文中將會評估組尋呼在這種策略下的接入性能,并與組尋呼方案基于傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略的性能進(jìn)行比較。數(shù)值計(jì)算表明,提前退避的隨機(jī)接入策略有效的提高了組尋呼的接入性能。

1 組尋呼接入策略

1.1 組尋呼基于傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略

在LTE系統(tǒng)中,設(shè)備終端(UE,User Equipment)要和系統(tǒng)正常通信,一般要經(jīng)歷兩個過程:隨機(jī)接入過程和實(shí)際通信過程。隨機(jī)接入過程主要分為基于競爭的隨機(jī)接入過程和基于非競爭的隨機(jī)接入過程[12]?；诟偁幍碾S機(jī)接入過程如圖1所示,有以下四步:①UE隨機(jī)選擇并發(fā)送隨機(jī)接入前導(dǎo)到eNodeB;②eNodeB為UE發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng);③UE傳輸調(diào)度傳輸請求到eNodeB;④沖突解決。而基于非競爭的隨機(jī)接入過程則是由網(wǎng)絡(luò)為UE分配專用的隨機(jī)接入資源,有效的避免了基于競爭的隨機(jī)接入過程中的UE與其他UE選擇相同的隨機(jī)接入資源而發(fā)生沖突的問題。然而考慮到大量MTC設(shè)備的隨機(jī)突發(fā)特點(diǎn),基于競爭的隨機(jī)接入過程更加適合MTC應(yīng)用。文中將MTC應(yīng)用基于競爭的隨機(jī)接入策略稱為傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略。

組尋呼采用基于傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略時,一般假設(shè)一組大小為M的MTC設(shè)備均勻的分布在一個小區(qū)中,且M個設(shè)備具有一個相同的GID(group identity)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要觸發(fā)設(shè)備通信時,可以利用這個GID來尋呼M個設(shè)備,設(shè)備監(jiān)聽到組尋呼消息后,首先在前導(dǎo)組中隨機(jī)的選擇一個前導(dǎo)在隨機(jī)接入時隙上進(jìn)行發(fā)送,然后eNodeB在成功解碼前導(dǎo)后回復(fù)一個隨機(jī)接入響應(yīng)消息來指示隨機(jī)接入,如果設(shè)備在隨機(jī)接入響應(yīng)窗口內(nèi)沒有收到隨機(jī)接入響應(yīng)消息,則被認(rèn)為是沖突的設(shè)備[2]。當(dāng)兩個或多個設(shè)備同時選擇一個前導(dǎo)時,由于eNodeB無法對前導(dǎo)進(jìn)行解碼而不會回復(fù)隨機(jī)接入響應(yīng),所以沖突將會發(fā)生。所有沖突的設(shè)備將會執(zhí)行隨機(jī)退避和重傳隨機(jī)接入請求在下一次隨機(jī)接入時隙。所有沖突設(shè)備重復(fù)該過程直到設(shè)備接入成功或者達(dá)到最大的前導(dǎo)傳輸次數(shù)時,設(shè)備將不再發(fā)起接入請求。

圖1 基于競爭的隨機(jī)接入過程Fig.1 Random access procedure based on contention

1.2 組尋呼基于提前退避的隨機(jī)接入策略

基于提前退避的隨機(jī)接入策略如圖2所示,有以下五步:①UE從eNodeB接收提前退避消息,進(jìn)行隨機(jī)退避;②UE在提前退避指示器為零時,隨機(jī)選擇并發(fā)送隨機(jī)接入前導(dǎo)到eNodeB;③eNodeB為UE發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng);④UE傳輸調(diào)度傳輸請求到eNodeB;⑤沖突解決。組尋呼采用基于提前退避的隨機(jī)接入策略時,與傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略不同點(diǎn)在于設(shè)備在接收到組尋呼消息后,根據(jù)組尋呼消息中的提前退避指示器,先在提前退避窗口[0,Pre-BI]內(nèi)隨機(jī)的進(jìn)行退避,然后等到退避計(jì)時器為0時才發(fā)起第一次隨機(jī)接入請求,即發(fā)送前導(dǎo)消息。因此,組尋呼基于提前退避的隨機(jī)接入策略在一次尋呼間隔時間內(nèi),當(dāng)完成提前退避過程后,沖突的設(shè)備將進(jìn)行傳統(tǒng)的隨機(jī)接入過程,直到設(shè)備達(dá)到最大的前導(dǎo)傳輸次數(shù)或者尋呼周期結(jié)束。

圖2 基于提前退避的隨機(jī)接入過程Fig.2 Random access procedure based on pre-backoff

2 系統(tǒng)模型

2.1 組尋呼分析模型

文中將引用文獻(xiàn)[8]中的建模方法,采用多信道時隙ALOHA系統(tǒng)的接入方式對基于提前退避的隨機(jī)接入策略進(jìn)行建模,然后對組尋呼進(jìn)行性能分析。圖3描繪了LTE中的時域隨機(jī)接入結(jié)構(gòu)[13],其中每N個子幀有一個隨機(jī)接入時隙,每個隨機(jī)接入時隙的時間長度TRA。其中BWRA表示隨機(jī)接入信道帶寬,TRA_REP表示兩次隨機(jī)接入時隙之間的間隔,由基站發(fā)送的物理隨機(jī)接入信道配置索引決定,比如,由文獻(xiàn)[14]可知,當(dāng)物理隨機(jī)接入信道配置索引為6時,TRA_REP=5個子幀。在每一個隨機(jī)接入時隙內(nèi),有R個隨機(jī)接入前導(dǎo)可提供給設(shè)備隨機(jī)選擇。圖4給出了一個尋呼間隔時間內(nèi)的時域隨機(jī)接入結(jié)構(gòu)的等效系統(tǒng)模型,在這個組尋呼系統(tǒng)模型中,一次組尋呼間隔時間Tpaging開始于第一個隨機(jī)接入時隙,結(jié)束于第Imax個接入時隙,其中Imax由隨機(jī)接入過程的最大前導(dǎo)傳輸次數(shù)NPTmax決定。由隨機(jī)接入過程可知,一旦設(shè)備接收到組尋呼消息,所有設(shè)備將會在第一個隨機(jī)接入時隙進(jìn)行第一次前導(dǎo)傳輸,如果設(shè)備接入失敗,設(shè)備可能再發(fā)起NPTmax-1次前導(dǎo)傳輸,其中失敗設(shè)備發(fā)起一次新的前導(dǎo)傳輸?shù)臅r間間隔是[TRAR+WRAR+1,TRAR+WRAR+WBI],所以可以得到

式中,TRAR表示從前導(dǎo)發(fā)送開始到基站檢測到前導(dǎo)的處理時間,WRAR表示隨機(jī)接入響應(yīng)窗口的長度, WBI表示退避窗口大小。所以可以得到一次尋呼間隔長度Tpaging=1+(Imax-1)×TRA_REP個子幀。

圖3 LTE中的時域隨機(jī)接入結(jié)構(gòu)Fig.3 Timing diagram of random access scheme in LTE

圖4 組尋呼基于提前退避的隨機(jī)接入策略的系統(tǒng)時域結(jié)構(gòu)等效Fig.4 Timing diagram of group paging based on pre-backoff random access scheme

由組尋呼系統(tǒng)模型可知,當(dāng)M個設(shè)備接收到包含提前退避指示器Pre-BI(Pre-backoff indicator)的組尋呼消息時,設(shè)備在提前退避窗口內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)退避,然后發(fā)送隨機(jī)接入前導(dǎo)。假設(shè)Mi[n]為第i個隨機(jī)接入時隙內(nèi)進(jìn)行第n次前導(dǎo)傳輸?shù)腗TC競爭設(shè)備;Mi,S[n]為第i個隨機(jī)接入時隙進(jìn)行第n次前導(dǎo)傳輸且成功的MTC設(shè)備,即該設(shè)備選擇的前導(dǎo)沒有沖突,eNodeB對前導(dǎo)成功檢測,并收到隨機(jī)接入響應(yīng);Mi,F[n]為第i個隨機(jī)接入時隙進(jìn)行第n次前導(dǎo)傳輸失敗的MTC設(shè)備,其中1≤i≤Imax,1≤n≤NPTmax。同時假設(shè)Mi為第i個隨機(jī)接入時隙內(nèi)進(jìn)行競爭傳輸前導(dǎo)的設(shè)備總數(shù),可以得到等式

通過文獻(xiàn)[7,8,15],可以知道M個設(shè)備同時競爭R個隨機(jī)接入前導(dǎo),設(shè)備不沖突的概率為Ps=,因此可以得到

式中,Pn是基站成功檢測前導(dǎo)的概率,且有Pn=1-1/en,1≤n≤NPTmax。

由圖1所示的隨機(jī)接入過程可知,設(shè)備接入成功必須完成4步過程,文獻(xiàn)[8]中證明了第3、4步過程設(shè)備失敗的概率幾乎為0,因此文中不再考慮這兩步接入過程對組尋呼的性能影響。由組尋呼模型可知,設(shè)備根據(jù)提前退避過程和沖突失敗后的退避過程可得到

其中αk,i是MTC設(shè)備接入失敗后由k時隙轉(zhuǎn)移到i時隙的轉(zhuǎn)移概率,該概率由隨機(jī)接入過程中的退避過程決定。由隨機(jī)過程可知,當(dāng)一個設(shè)備接收到組尋呼消息后,設(shè)備隨機(jī)選擇一個前導(dǎo)在隨機(jī)接入時隙內(nèi)傳輸,當(dāng)一個設(shè)備選擇的前導(dǎo)發(fā)生沖突,即經(jīng)歷1+TRAR+WRAR時間后,沒有接收到隨機(jī)接入響應(yīng)消息,或者設(shè)備選擇的前導(dǎo)沒發(fā)生沖突,但是基站沒有成功的檢測到前導(dǎo),這些設(shè)備都認(rèn)為是接入失敗設(shè)備。接入失敗的設(shè)備然后就會根據(jù)隨機(jī)接入過程中的退避指示器BI進(jìn)行退避,因此可以得到失敗設(shè)備從接入失敗的時隙k到再次發(fā)起接入的時隙i的轉(zhuǎn)移概率:

由以上分析過程可知,Mi,S[n],Mi,F[n]和Mi[n]可以由式(3)、式(4)、式(5)、式(6)進(jìn)行迭代運(yùn)算獲得。

2.2 性能尺度

文中選擇對組尋呼在一次尋呼間隔內(nèi)的以下幾個主要的性能尺度進(jìn)行評估,主要包括沖突概率、成功接入概率、前導(dǎo)平均傳輸次數(shù)、平均接入時延。沖突概率PC定義為當(dāng)兩個或者多個MTC設(shè)備選擇以相同的前導(dǎo)在相同的頻譜上發(fā)送隨機(jī)接入嘗試而發(fā)生碰撞的數(shù)量與全部的隨機(jī)接入機(jī)會的比率。PC即在一次尋呼時間間隔Tpaging內(nèi)沖突的隨機(jī)接入請求與總的隨機(jī)接入機(jī)會,由式(1)可知,只需要把Imax內(nèi)的每一個隨機(jī)接入時隙內(nèi)沖突的隨機(jī)接入嘗試和隨機(jī)接入機(jī)會之比求和,其中在一個隨機(jī)接入時隙內(nèi),可以通過總隨機(jī)接入機(jī)會R減去成功的隨機(jī)接入嘗試和空閑的隨機(jī)接入機(jī)會,得到?jīng)_突的隨機(jī)接入嘗試數(shù)量[7]。因此可以得到?jīng)_突概率

成功接入概率PS定義為在一個尋呼時間間隔內(nèi),在最大前導(dǎo)傳輸次數(shù)內(nèi)成功完成隨機(jī)接入過程的設(shè)備的概率,即成功接入的MTC設(shè)備總量與尋呼組MTC設(shè)備總量之比。其中成功接入的MTC設(shè)備總量為尋呼時間間隔內(nèi)每一個隨機(jī)接入時隙成功接入設(shè)備的總和。因此可以得到

前導(dǎo)平均傳輸次數(shù)Nave_preamble定義為一次尋呼時間間隔內(nèi)成功接入的MTC設(shè)備平均需要發(fā)送前導(dǎo)的次數(shù)。即

平均接入時延Da定義為全部成功接入的設(shè)備從接收到組尋呼消息到完成隨機(jī)接入過程的時間的平均值。即

式中,Ti為設(shè)備在第i個隨機(jī)接入時隙成功接入的時間。

3 數(shù)值計(jì)算和性能分析

文中主要是通過MATLAB對組尋呼的性能尺度進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,并比較組尋呼在傳統(tǒng)隨機(jī)接入策略和基于提前退避的隨機(jī)接入策略兩種條件下的性能差異。在組尋呼中,文中將對每一組MTC設(shè)備數(shù)量M、每個隨機(jī)接入時隙預(yù)留的隨機(jī)接入機(jī)會數(shù)量R、最大前導(dǎo)傳輸次數(shù)NPTmax、退避指示器大小BI、提前退避指示器大小Pre-BI等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整來觀察成功接入概率PS、平均前導(dǎo)傳輸次數(shù)Nave_preamble、平均接入時延Da等的性能差異,以觀察那一種隨機(jī)接入策略更加優(yōu)越。為了簡單計(jì)算和體現(xiàn)提前退避隨機(jī)接入策略的優(yōu)越性,文中將R、NPTmax、BI等參數(shù)在計(jì)算中固定,只變化M和Pre-BI的大小。在數(shù)值計(jì)算中要用到的隨機(jī)接入相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)將在表1給出。

表1 組尋呼隨機(jī)接入策略的基本仿真參數(shù)Table 1 Basic simulation parameters for group paging access scheme

圖5將給出不同尋呼組大小M條件下,組尋呼基于提前退避的隨機(jī)接入策略和基于傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略的成功接入概率PS。設(shè)置提前退避值Pre-BI分別為0 ms,50 ms、100 ms、200 ms,250 ms。當(dāng)Pre-BI=0時,代表組尋呼沒有采用提前退避過程,采用的是傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略?？梢杂^察到當(dāng)M＞500時,組尋呼基于提前退避的隨機(jī)接入策略的成功接入概率比組尋呼基于傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略的成功接入概率高很多,而M＜500時,兩種隨機(jī)接入策略的成功接入概率幾乎相等,因此當(dāng)尋呼組比較小時,兩種策略都能滿足網(wǎng)絡(luò)要求。然而同樣可以觀察到當(dāng)M逐漸增加時,兩種方案的成功接入概率都是逐漸降低,因此可以給出結(jié)論,M應(yīng)該在一定的合理范圍內(nèi),才能保證尋呼組設(shè)備的成功接入概率?？梢约僭O(shè),網(wǎng)絡(luò)為了保證服務(wù)質(zhì)量,設(shè)定設(shè)備的成功接入概率PS=0.9,由圖5中可以看出組尋呼基于提前退避的隨機(jī)接入策略比組尋呼基于傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略尋呼的組的設(shè)備量更大。圖5中當(dāng)Pre-BI= 250 ms時,設(shè)備的接入成功率有一部分比Pre-BI= 200 ms的要低,之所以出現(xiàn)這種結(jié)果,是因?yàn)樘崆巴吮苤翟酱?設(shè)備越分散,沖突的概率雖然減小了,但是后面沖突的設(shè)備隨著尋呼周期的結(jié)束而將沒有接入機(jī)會,網(wǎng)絡(luò)直接認(rèn)為是接入失敗,所以設(shè)備接入成功率有所下降。由圖6可知,當(dāng)組設(shè)備量確定的條件下,分別設(shè)定組大小為800,1 000,隨著提前退避值的增大,設(shè)備的成功接入概率并不是單調(diào)遞增的,說明選擇適當(dāng)?shù)奶崆巴吮苤悼梢允菇M尋呼成功接入概率達(dá)到最優(yōu)。

圖5 兩種組尋呼接入策略的設(shè)備成功接入概率Fig.5 Access success probability of two group paging access schemes

圖6 不同提前退避值,組尋呼的成功接入概率Fig.6 Access success probability of group paging vs.Pre-BI value

圖7給出的是組尋呼在提前退避隨機(jī)接入策略和傳統(tǒng)隨機(jī)接入策略下的平均前導(dǎo)傳輸次數(shù)Nave_preamble。平均前導(dǎo)傳輸次數(shù)越大意味著更多的頻繁的功率爬坡,這有可能進(jìn)一步的影響MTC設(shè)備和H2H設(shè)備的接入性能[11]。由圖7可以明顯的看出,組尋呼基于提前退避的隨機(jī)接入策略比組尋呼基于傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略的前導(dǎo)平均傳輸次數(shù)更少,當(dāng)M相同時,Pre-BI越大,Nave_preamble越小,并且隨著M的增加,兩種策略的前導(dǎo)平均傳輸次數(shù)都在增大,可以得出結(jié)論,尋呼組M越大,前導(dǎo)平均傳輸次數(shù)越大,設(shè)備的發(fā)送功率消耗越多,對網(wǎng)絡(luò)的干擾越大。

圖7 兩種組尋呼接入策略的平均前導(dǎo)傳輸次數(shù)Fig.7 Average number of preamble transmissions of the two group paging access schemes

圖8給出組尋呼基于提前退避隨機(jī)接入策略和組尋呼基于傳統(tǒng)隨機(jī)接入退避策略的平均接入時延Da。由圖中可以看出,在不同提前退避值的條件下,成功接入的設(shè)備的平均時延各不相同,且沒有一般的規(guī)律可循,當(dāng)M較小時,由于提前退避隨機(jī)接入策略將設(shè)備分散開來,所以設(shè)備的平均接入時延比原來的組尋呼接入策略的時延大,而當(dāng)M比較大時,組尋呼基于提前退避隨機(jī)接入策略的平均時延比組尋呼基于傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略要低?？紤]到組尋呼MTC設(shè)備大部分具有延遲容忍性質(zhì),時延不是首要考慮因素,在一個尋呼周期間隔內(nèi)都算是合理的。

圖8 兩種組尋呼接入策略的平均接入時延Fig.8 Average access delay of the two group paging access schemes

4 結(jié) 語

針對MTC組尋呼方案的缺陷,文中通過組尋呼基于提前退避的隨機(jī)接入策略進(jìn)行理論建模并進(jìn)行了性能分析。通過數(shù)值分析表明,組尋呼采用基于提前退避的隨機(jī)接入策略比傳統(tǒng)的隨機(jī)接入策略的接入性能更好。文中為組尋呼應(yīng)用基于提前退避的隨機(jī)接入策略提供了理論指導(dǎo)意義,并得出結(jié)論基于提前退避的隨機(jī)接入策略更能適應(yīng)大量MTC設(shè)備布局的LTE無線接入網(wǎng)絡(luò),組尋呼應(yīng)用此策略更能發(fā)揮其過載控制的作用。

[1] 吳險(xiǎn)峰,王寅峰.基于移動網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器通訊研究[J].通信技術(shù),2012,45(03):66-68.

Wu X F,Wang Y F.Study on M2M based on PLMN[J]. Communications Technology,2012,45(03):66-68.

[2] 3GPP,3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network;3GPP TR 37.868 V11.0.0,Study on RAN Improvements for Machine-type Communications(Release 11)[S].USA: 3GPP,2011.

[3] 3GPP,TSG-RAN WG2 Meeting#73bis R2-112071,E-valuation on Push Based RAN Overload Control Schemes [S].Shanghai,China:Huawei and HiSilicon,2011.

[4] 3GPP,TSG-RAN WG2 Meeting#71 R2-104870,Pull Based RAN Overload Control[S].Madrid,Spain:Huawei and China Unicom,2010.

[5] 3GPP,TSG-RAN WG2 Meeting#70bis R2-104004, Group paging for MTC devices[S].Stockholm,Sweden: LG Electronics Inc,2010.

[6] 3GPP,TSG-RAN WG2 Meeting#74 R2-113198,Further analysis of group paging for MTC[S].Barcelona, Spain:ITRI,2011.

[7] WEI C H,CHENG R G,TSAO S L.Modeling and Estimation of One-shot Random Access for Finite-user Multichannel Slotted ALOHA Systems[J].IEEE Communications Letters,2012,16(08):1196-1199.

[8] WEI C H,CHENG R G,TSAO S L.Performance Analysis of Group Paging for Machine-type Communications in LTE Networks[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2013,62(07):3371-3382.

[9] WEI C H,CHENG R G,AL-TAEE F M.Dynamic Radio Resource Allocation for Group Paging Supporting Smart Meter Communication[C]//Proceedings of the 3rd IEEE International Conference on Smart Grid Communications.TaiNan:IEEE,2012:659-663.

[10] 3GPP,TSG-RAN WG2 Meeting#74 R2-113199,Discussion on RAN enhancements for group paging in MTC [S].Barcelona,Spain:ITRI,2011.

[11] 3GPPTSG-RAN WG2 Meeting#73bis R2-111916, Backoff enhancements for RAN overload control[S]. Shanghai,China:ZTE,2011.

[12] 3GPP,3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network;Evolved U-niversal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);3GPP TS 36.321 V11.3.0,Medium Access Control(MAC) protocol specification(Release 11)[S].USA:3GPP, 2013.

[13] 3GPP,TSG-RAN WG1#45 R1-061369,LTE Random -access Capacity and Collision Probability[S].Shanghai,China:Ericsson,2006.

[14] 3GPP,3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network;Evolved universal terrestrial radio access(E-UTRA);3GPP TS 36.211 V11.4.0,Physical Channels and Modulation (Release 11)[S].USA:3GPP,2011.

[15] CHENG R G,WEI C H,TSAO S L,et al.RACH Collision Probability for Machine-type Communications [C]//Proceedings of the 75th IEEE Vehicular Technology Conference.Yokohama:IEEE,2012:1-5.

JIANG Wei(1988-),male,M.Sci., majoring in mobility management and performance modeling for personal communications service network,and machine-type communications.

王 獻(xiàn)(1979-),男,博士,副教授,主要研究方向?yàn)橐苿有怨芾砗蛡€人通信服務(wù)網(wǎng)絡(luò)性能建模,排隊(duì)系統(tǒng)。

WANG Xian(1979-),male,Ph.D.,associate professor,mainly engaged in mobility management and performance modeling for personal communications service network and queueing system.

Group Paging based on Pre-Backoff Access Scheme in Machine-Type Communications

JIANG Wei,WANG Xian
(School of Information Science and Technology,Southwest Jiaotong University,Chengdu Sichuan 610031,China)

Group paging scheme could efficiently solve the problem of radio access network congestion when a large number of machine-type communication(MTC)devices make simultaneous access to LTE network.In this paper,an analytical model to assess the access performance of group paging based on prebackoff random access scheme is proposed,thus to derive analytical formulas for the access performance based on the model.Performance test of the group paging based on pre-backoff scheme is done in accordance with the performance of group paging based on traditional random access scheme.Numerical analysis results indicate that the pre-backoff random access scheme could remarkably enhance the access performance of the group paging.

MTC;group paging;random access;pre-backoff;overload control

TN929.5

A

1002-0802(2014)02-0172-07

10.3969/j.issn.1002-0802.2014.02.011

蔣 偉(1988-),男,碩士,主要研究方向?yàn)橐苿有怨芾砗蛡€人通信服務(wù)網(wǎng)絡(luò)性能建模,機(jī)器類型通信;

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.61171096)

Foundation Item:Supported by the National Science Foundation of China(No.61171096)