一種面向大規(guī)模物聯(lián)設(shè)備通信的移動(dòng)5G-RAN連接方法

朱富麗 楊 磊 姬 波

1(河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息化辦公室 河南 鄭州 450044)2(河南信息統(tǒng)計(jì)職業(yè)學(xué)院建筑工程系 河南 鄭州 450008)3(鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院 河南 鄭州 450001)

0 引 言

隨著移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)通信的快速發(fā)展，頻譜資源稀缺環(huán)境下，尋求用戶(hù)需求的服務(wù)指數(shù)增長(zhǎng)與物聯(lián)設(shè)備之間的接入性能成為了很多學(xué)者的研究熱點(diǎn)[1]。目前，5G技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)可以提高區(qū)域頻譜效率[2]，其無(wú)線(xiàn)廣播接入網(wǎng)絡(luò)(Radio Access Network, RAN)接入通過(guò)附加頻譜、高效信道調(diào)制和編碼、移動(dòng)?xùn)鸥窈头钦欢嘀?Non Orthogonal Multiple access, NOMA)[3-4]技術(shù)等功能可以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)。因此，RAN伴隨著5G技術(shù)的發(fā)展，從大功率宏單元結(jié)構(gòu)向移動(dòng)的低發(fā)射功率微單元結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，而多個(gè)用戶(hù)設(shè)備的移動(dòng)自組網(wǎng)[5-6]可以提高網(wǎng)絡(luò)連通性和擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究主要分為三類(lèi)思想：負(fù)載均衡策略[7]、基于QoS[8]方法和基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Definition Network, SDN)方法[9]。其中，負(fù)載均衡策略將請(qǐng)求接入的用戶(hù)分配給負(fù)載最少的基站或無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)，為用戶(hù)提供所需的負(fù)載均衡接入選擇[7]，可以減少信息交互的代價(jià)。但該方法沒(méi)有將可用信源動(dòng)態(tài)分配給邊緣網(wǎng)絡(luò)或未運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，不能發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的資源不足問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足有實(shí)時(shí)通信要求的用戶(hù)節(jié)點(diǎn)?；赒oS的思想雖然可以解決信道實(shí)時(shí)接入，提供高質(zhì)量業(yè)務(wù)的資源最大化利用，但其接入選擇未考慮負(fù)載均衡問(wèn)題，不適用于有限能耗的無(wú)人系統(tǒng)設(shè)備。而SDN方法實(shí)現(xiàn)了控制層和數(shù)據(jù)層的解耦分離，在5G接入的全覆蓋方面表現(xiàn)出較大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以使用無(wú)人機(jī)飛行網(wǎng)絡(luò)的管理協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的端到端中繼服務(wù)。文獻(xiàn)[10]在5G系統(tǒng)中，提出了支持QoS的物聯(lián)網(wǎng)部署的軟件定義體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了最佳的數(shù)據(jù)速率，但其仍處于發(fā)展階段。

綜上所述，為在5G生態(tài)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信的無(wú)線(xiàn)廣播網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行，本文提出一個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化管理和編排(Network Function Visualization Management and Orchestration, NFV MANO)[11]的移動(dòng)5G無(wú)線(xiàn)廣播接入網(wǎng)絡(luò)(5G-RAN)框架，構(gòu)建了拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)信道的多址接入。目的是以超密集網(wǎng)絡(luò)(UDNs)為背景[12]的移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)研究，通過(guò)使用NOMA提高無(wú)線(xiàn)鏈路質(zhì)量和頻譜效率，提供更好的覆蓋和連接。

1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及主要功能

1.1 移動(dòng)無(wú)線(xiàn)廣播接入

5G-RAN的移動(dòng)性是由移動(dòng)無(wú)線(xiàn)廣播接入(RA)節(jié)點(diǎn)的UDN提供，主要是地面移動(dòng)設(shè)備設(shè)施，而基于無(wú)人機(jī)的飛行自組網(wǎng)(Flying Ad-Hoc Networks, FANETs)是對(duì)地面基站的一個(gè)補(bǔ)充，包括嵌入式計(jì)算機(jī)平臺(tái)以及多個(gè)分配無(wú)線(xiàn)信道的中繼單元，支持由RA節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施(Network Function Virtual Infrastructure, NFVI)，以構(gòu)建功能性和可編程的多跳Ad.Hoc網(wǎng)絡(luò)。

5G-RAN體系結(jié)構(gòu)為RA節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖1所示，RA節(jié)點(diǎn)通過(guò)中間RA節(jié)點(diǎn)跟隨多條路徑無(wú)線(xiàn)連接到邊緣節(jié)點(diǎn)，無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)包含虛擬交換機(jī)(vSwitch)且根據(jù)無(wú)誤需求配置無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路；虛擬延遲器(vCache)通過(guò)向與服務(wù)相關(guān)的緩存提供存儲(chǔ)來(lái)減少延遲。體系結(jié)構(gòu)主要分為核心網(wǎng)絡(luò)層和操縱控制層。核心網(wǎng)絡(luò)層中，SDN配置屬于特定位置區(qū)域的虛擬交換機(jī)。機(jī)器學(xué)習(xí)管理器(Machine Learning, ML)配備了多個(gè)算法，從監(jiān)控管理器獲取輸入，并為定位管理器、MANO[11]和SDN[9]系統(tǒng)的決策過(guò)程提供支持，以放置、分配和優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施資源。移動(dòng)性管理器(Mobility)負(fù)責(zé)通過(guò)預(yù)測(cè)移動(dòng)性模式、自適應(yīng)地利用系統(tǒng)資源和實(shí)時(shí)鏈路以及處理數(shù)據(jù)來(lái)管理跟隨移動(dòng)用戶(hù)的服務(wù)。操縱控制層中，無(wú)線(xiàn)資源組件為不同的服務(wù)管理分配必要的無(wú)線(xiàn)資源，通過(guò)NOMA訪(fǎng)問(wèn)無(wú)線(xiàn)信道的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，或者在用戶(hù)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備密度增加的區(qū)域部署補(bǔ)充無(wú)人機(jī)RA節(jié)點(diǎn)。監(jiān)視探測(cè)組件收集與構(gòu)成服務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能(Virtual Network Function, VNF)性能相關(guān)的數(shù)據(jù)以及節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的操作系統(tǒng)，以增強(qiáng)VNF遷移調(diào)度。無(wú)線(xiàn)嗅探器從無(wú)線(xiàn)信道中實(shí)時(shí)采集信號(hào)數(shù)據(jù)樣本，經(jīng)處理和分析后，為MANO系統(tǒng)提供不同網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下基礎(chǔ)設(shè)施資源的動(dòng)態(tài)分配。對(duì)于其他節(jié)點(diǎn)的定位和用戶(hù)的移動(dòng)，將無(wú)人機(jī)飛行作為補(bǔ)充控制組件用于RA節(jié)點(diǎn)管理。

圖1 移動(dòng)5G-RAN框架

1.2 斷開(kāi)無(wú)線(xiàn)廣播接入

由于RA節(jié)點(diǎn)構(gòu)建的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，其鏈路的不可用可能導(dǎo)致MANO平臺(tái)與RA節(jié)點(diǎn)子集之間平面通信的暫時(shí)中斷，盡管基礎(chǔ)設(shè)施資源處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)，但它無(wú)法協(xié)調(diào)斷開(kāi)連接的節(jié)點(diǎn)。因此，通過(guò)5G-RAN的分組和斷開(kāi)連接的方式，圖2給出了從RIM到DRIM的面向?qū)ο髷U(kuò)展，在內(nèi)部提供了一個(gè)MANO/SDN接口，以支持?jǐn)嚅_(kāi)連接的操作，并通過(guò)DRIM-MANO接口提供足夠的信息，以正確執(zhí)行所有相關(guān)功能。斷開(kāi)RA的MANO框架分為基礎(chǔ)設(shè)施層和網(wǎng)絡(luò)管理編排層?；A(chǔ)設(shè)施層包括網(wǎng)絡(luò)功能虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理器(NFVI)、遠(yuǎn)程虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理器(RIM)和無(wú)人機(jī)移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施管理器(DRIM)。移動(dòng)RA網(wǎng)絡(luò)利用隱藏在NFVI抽象后的分層MANO/SDN結(jié)構(gòu)，管理和編排虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能管理(VNFM)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN Controller)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化編排(NFVO)、無(wú)線(xiàn)電干擾(Radio&Interference)、移動(dòng)數(shù)據(jù)(Mobility)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML Planform)組件。在與設(shè)備交互協(xié)調(diào)中，給出了一個(gè)基于SDN的無(wú)人機(jī)通信和拓?fù)涔芾矸椒ǖ膮f(xié)調(diào)協(xié)議，以此在FANETs拓?fù)渲薪⒑途S護(hù)可靠的通信，作為對(duì)地面基站網(wǎng)絡(luò)通信的一個(gè)補(bǔ)充。

圖2 斷開(kāi)無(wú)線(xiàn)廣播接入的MANO框架

2 RA節(jié)點(diǎn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)

有了RA框架后，就可以構(gòu)建內(nèi)部拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。假設(shè)一個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)中有N個(gè)含有移動(dòng)用戶(hù)或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備源Sn(1≤n≤N)，一個(gè)目的傳輸點(diǎn)D，K個(gè)移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)的用戶(hù)簇C，具有半雙工中繼技術(shù)的解碼和轉(zhuǎn)發(fā)功能。初始情況下，節(jié)點(diǎn)已完成NOMA配置且具有相同的信道，當(dāng)信號(hào)衰落時(shí)，移動(dòng)用戶(hù)或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與服務(wù)器之間沒(méi)有直接的連接，通信只能由移動(dòng)的無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)提供。設(shè)每個(gè)RA節(jié)點(diǎn)Rk擁有一個(gè)大小為L(zhǎng)的緩沖區(qū)，表示可以存儲(chǔ)的最大數(shù)據(jù)包數(shù)。Rk的緩沖區(qū)中包的個(gè)數(shù)記為Qk，每個(gè)緩沖區(qū)的容量平均分配給每個(gè)信號(hào)源Sn，并存儲(chǔ)于Rk上，從而形成了子緩沖區(qū)Qk,Sn且子緩沖區(qū)大小相等，記為L(zhǎng)Sn。這里，假設(shè)信號(hào)源為飽和狀態(tài)，用于在每個(gè)Rk成功接收的信息速率rSn是不同的，當(dāng)接收處的信噪比Γij大于或等于閾值γij，則從發(fā)射機(jī)i到其對(duì)應(yīng)的接收機(jī)j的傳輸是成功的。進(jìn)一步地講，設(shè)γij被定義為γij=2ri-1，其中ri的值由應(yīng)用程序的調(diào)制和編碼特性確定，在每個(gè)時(shí)間間隙內(nèi)，信號(hào)源和RA節(jié)點(diǎn)使用固定功率Pi執(zhí)行分組傳輸，i∈{S1,S2,…,SN,R1,R2,…,RK}。而重新傳輸依賴(lài)于應(yīng)答或無(wú)應(yīng)答(ACKs/NACKs)，其中Rk通過(guò)單獨(dú)的窄帶信道傳輸短長(zhǎng)度無(wú)差錯(cuò)分組。同時(shí)，由于多個(gè)RA節(jié)點(diǎn)可能接收到相同的分組，必須通知服務(wù)器接收到的是哪個(gè)分組。因此，應(yīng)答則包括包的id，提示RA節(jié)點(diǎn)從其隊(duì)列中丟棄相應(yīng)的包并避免重復(fù)傳輸。

3 信道多址接入

3.1 信源到移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)傳輸

(1)

式中:ηRk表示RA節(jié)點(diǎn)Rk的AWGN。

關(guān)于動(dòng)態(tài)解碼SIC接收機(jī)[15]操作，Rk可以被解碼為Sn信號(hào)。

(2)

只要先前的N-n個(gè)信號(hào)已在Rk處成功解碼，則在解碼Sn的信號(hào)之前從yk中減去。提出一種信號(hào)排序的方法，即在動(dòng)態(tài)SIC接收機(jī)中引入RA節(jié)點(diǎn)，使該接收機(jī)依賴(lài)于RA節(jié)點(diǎn)處的信道狀態(tài)信息，根據(jù)瞬時(shí)接收信號(hào)功率來(lái)執(zhí)行信號(hào)排序。將φ表示為所有可能的解碼順序的集合，Rk確定了執(zhí)行信號(hào)排序的排列φk∈φ。在任意廣播相位之后，考慮到每個(gè)源的發(fā)射功率水平相等，每個(gè)Rk通過(guò)將源信號(hào)順序解碼為φk，1,φk，2,…,φk,N，則其各自的信道增益為gφk,1Rk≥gφk,2Rk≥…≥gφk,NRk。

3.2 移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)到目的地傳輸

(3)

相反，如果γRkD<2rmax-1，則目的地將無(wú)法成功接收N個(gè)信源的數(shù)據(jù)的分組。因此，在相應(yīng)的{R→D}中，Rk并發(fā)傳輸N個(gè)信號(hào)源數(shù)據(jù)的中斷概率[16]表示為：

(4)

式中:通過(guò)RA節(jié)點(diǎn)選擇方法允許存儲(chǔ)和發(fā)送不同數(shù)量的分組，而不要求所選擇的RA節(jié)點(diǎn)在第一跳中決定N個(gè)分組，從而增加NOMA網(wǎng)絡(luò)上行鏈路的靈活性。另外，如果無(wú)線(xiàn)信道至少能夠以最小速率要求保證信號(hào)源分組的傳輸，則可以避免完全中斷。在這種情況下，式(4)中的概率不取決于rmax，而是取決于rmin=min{r1,r2,…,rN}，根據(jù)最低速率要求以避免{R→D}鏈路中的完全中斷。

3.3 多址接入選擇策略

算法1多址接入選擇策略

2.N個(gè)信源向K個(gè)中繼廣播它們的數(shù)據(jù)包

4. else

7. if 多個(gè)中繼器具有相同的最大子緩沖區(qū)長(zhǎng)度

8. then

9.i*是從i’中的繼電器組中隨機(jī)選擇

10. elsei*=i’

12. end if

4 實(shí) 驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)條件及參數(shù)設(shè)定

給出了在MATLAB中進(jìn)行的蒙特卡羅模擬的平均和速率和分組延遲結(jié)果，以評(píng)估本文方法的上行鏈路RA性能。首先，信道通過(guò)NOMA分配，每個(gè)移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收多個(gè)信源的信號(hào)；然后，作為中繼的每個(gè)移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)地對(duì)信號(hào)進(jìn)行排序，先解碼最強(qiáng)的信號(hào)并減去最強(qiáng)的信號(hào)，再移動(dòng)到下一個(gè)信號(hào)。此外，由于移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)的激活取決于其緩沖區(qū)狀態(tài)，如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)具有來(lái)自相同信源的數(shù)據(jù)包，則將被激活的移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)是其緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)包數(shù)量最大的節(jié)點(diǎn)，從而避免緩沖區(qū)溢出。本文方法依賴(lài)于移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)并可以擴(kuò)展到多跳部署，在每個(gè)跳中存在移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)來(lái)接收和轉(zhuǎn)發(fā)解碼包，從而建立端到端連接。

實(shí)驗(yàn)中假設(shè)設(shè)定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，三個(gè)設(shè)備從多個(gè)移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)連接，它們由蜂窩用戶(hù)S1和兩個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備S2、S3組成，S1以頻譜效率rS1=3 bit·s-1·Hz-1發(fā)射，S2和S3以頻譜效率rS2=rS3=1 bit·s-1·Hz-1發(fā)射。S1、S2和S3到RA節(jié)點(diǎn)的信道根據(jù)實(shí)際無(wú)線(xiàn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)設(shè)定為隨機(jī)獨(dú)立但非同分布模式。移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)充當(dāng)S1、S2和S3和服務(wù)器之間的中繼，并且每個(gè)RA節(jié)點(diǎn)認(rèn)為具有9個(gè)分組的緩沖容量，平均分配用于存儲(chǔ)三個(gè)設(shè)備的分組，仿真參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 仿真參數(shù)設(shè)置

4.2 與OMA比較

評(píng)估本文方法在拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中的和速率和延遲性能，與OMA[17](Open Mobile Alliance)策略進(jìn)行比較。對(duì)于OMA方法，假設(shè)在每個(gè)時(shí)隙中，信源的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生在{S→R}或{R→D}鏈接中，每個(gè)信源成功傳輸所需的速率被設(shè)置為NOMA速率的三倍，其中在每個(gè)時(shí)間間隙內(nèi)，所有三個(gè)信源同時(shí)傳輸其數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置k=6個(gè)移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)，作為空中中繼和一個(gè)目的地。模擬了三種信號(hào)源速率情況：(1) 所有源都有相同的速率要求，即rS1=rS2=rS3=1 bit·s-1·Hz-1；(2) 存在低速率不對(duì)稱(chēng)rS1=2 bit·s-1·Hz-1，rS2=rS3=1 bit·s-1·Hz-1；(3) 信號(hào)源之間呈現(xiàn)出高速率不對(duì)稱(chēng)，rS1=3 bit·s-1·Hz-1，rS2=rS3=1 bit·s-1·Hz-1。

由圖3(a)可知，本文方法在中低信噪比機(jī)制下提供了改進(jìn)的和速率性能，在每個(gè)移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)使用具有動(dòng)態(tài)排序的SIC，特別是在低速率和高速率不對(duì)稱(chēng)情況下，顯著提高了和速率性能。而在OMA中，當(dāng)用戶(hù)被調(diào)度時(shí)必須執(zhí)行三倍于所需速率的傳輸。雖然在發(fā)送信噪比增加時(shí)，OMA略微超過(guò)本文方法，因?yàn)楦咚賯鬏斒强赡艿那倚旁粗g不存在干擾。實(shí)驗(yàn)比較結(jié)果強(qiáng)調(diào)了本文方法考慮到用戶(hù)速率的不對(duì)稱(chēng)性和用戶(hù)配對(duì)的重要性，在等速率情況下，利用了可能的信道不對(duì)稱(chēng)性，并減少了在接收機(jī)上成功實(shí)現(xiàn)SIC的機(jī)會(huì)。為此，移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能單元根據(jù)其速率需求和與可用移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)的適當(dāng)關(guān)聯(lián)來(lái)進(jìn)行用戶(hù)配對(duì)。

圖3 本文方法與OMA性能比較

圖3(b)進(jìn)一步說(shuō)明了速率不對(duì)稱(chēng)情況下的平均延遲性能。對(duì)于中(equal)、低(low)發(fā)射信噪比值，本文方法獨(dú)立于速率不對(duì)稱(chēng)提供了較好的平均延遲性能并遵循平均和速率性能，同時(shí)，固定用戶(hù)調(diào)度導(dǎo)致延遲增加，因?yàn)閿?shù)據(jù)包傾向于在移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)的緩沖區(qū)中停留更多的時(shí)間間隔，當(dāng)S1要求較低的速率時(shí)，平均延遲性能隨著停留次數(shù)的減少而提高。本文方法的數(shù)據(jù)包不會(huì)從緩沖區(qū)中丟棄，這是由于在施加延遲限制的情況下，VNF會(huì)根據(jù)每個(gè)源的服務(wù)的關(guān)鍵性來(lái)調(diào)整數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)。

4.3 RA節(jié)點(diǎn)重定位改進(jìn)無(wú)線(xiàn)條件

兩個(gè)移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)用于上行鏈路中的三個(gè)設(shè)備S1、S2和S3，如果所有鏈路都具有非視距[18](nLoS)特性，衰落可能會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)較弱，給SIC處理帶來(lái)困難。因此，通過(guò)使用具有最高速率要求的蜂窩設(shè)備(S1)重定位移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)LoS，可以在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)總體和速率改進(jìn)。圖4(a)，比較了動(dòng)態(tài)重定位移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)的各種情況。初始狀態(tài)下，兩個(gè)移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在網(wǎng)絡(luò)中，并與三個(gè)設(shè)備一起具有nLoS信道，表現(xiàn)了最差的和速率性能；然后在“semi-opt”狀態(tài)下，兩個(gè)移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)重新定位以實(shí)現(xiàn)蜂窩用戶(hù)的LoS條件，說(shuō)明僅通過(guò)改善一個(gè)移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)與三個(gè)設(shè)備之間的無(wú)線(xiàn)條件，也可以獲得顯著的和速率增益；在“opt”狀態(tài)下，將兩個(gè)移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)配置為與蜂窩用戶(hù)一起重新定位和維護(hù)LoS信道，這種狀態(tài)下整個(gè)發(fā)射信噪比范圍內(nèi)具有最佳性能。

圖4 動(dòng)態(tài)RA節(jié)點(diǎn)重定位性能

圖4(b)進(jìn)一步說(shuō)明了在“init”“semi-opt”和“opt”三種不同情況下RA節(jié)點(diǎn)定位的平均延遲減少。結(jié)果表明，在“semi-opt”和“opt”情況下成功地接收到更多的包，并且由于平均發(fā)送信噪比低，它們傾向于停留在緩沖器中以獲得更多的時(shí)間間隙。隨著信噪比條件的改進(jìn)，“semi-opt”和“opt”兩種情況提供了相同的平均延遲，同時(shí)，在服務(wù)器處成功地解碼了更多的分組。最后，當(dāng)兩個(gè)RA節(jié)點(diǎn)被重新定位時(shí)，由于SIC更頻繁地解碼來(lái)自所有源的分組，且本文方法發(fā)送由其信號(hào)組成的組合分組，因此在14 dB之后實(shí)現(xiàn)最佳平均延遲性能。

4.4 分配額外RA節(jié)點(diǎn)改進(jìn)差異性

考慮動(dòng)態(tài)分配額外移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)的影響，側(cè)重于在無(wú)線(xiàn)信道難以支持多個(gè)設(shè)備的速率要求的區(qū)域部署額外的移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)，即這些設(shè)備位于服務(wù)水平連接不可行的區(qū)域，例如建筑物內(nèi)部環(huán)境下。在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)識(shí)別這些區(qū)域需要部署更多的移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)以提高多樣性。圖5(a)描述了增加可用移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)(K)的數(shù)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)的平均和速率性能的影響，由此可知，即使對(duì)于具有nLoS信道的拓?fù)?，隨著移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)的靈活部署，平均和速率得到了提高。

圖5 RA節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)分配性能

圖5(b)為增加可用移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)的數(shù)目的平均延遲結(jié)果。當(dāng)K=2時(shí)，平均延遲性能下降，特別是在低發(fā)射信噪比情況下平均延遲性能下降更為明顯。而當(dāng)更多的RA節(jié)點(diǎn)可用時(shí)，平均延遲減少。這是由于從一開(kāi)始RA節(jié)點(diǎn)處的SIC容易成功傳輸，在第二跳中，更多的鏈路可用，以便傳輸來(lái)自多個(gè)信號(hào)源的信息組成的分組，說(shuō)明了隨著K的增加，發(fā)送了更多的分組。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文提出一種面向大規(guī)模物聯(lián)設(shè)備的移動(dòng)5G-RAN可靠性連接方法，構(gòu)建了一個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化管理和編排的移動(dòng)5G-RAN框架，并提出從信源道RA節(jié)點(diǎn)及目的地的多址接入選擇策略。實(shí)驗(yàn)表明：本文方法在“平均和速率”與“分組延遲”的信噪比性能較好，通過(guò)靈活部署移動(dòng)RA節(jié)點(diǎn)和使用非正交多址技術(shù)提高了用戶(hù)和設(shè)備的連接性。但本文方法未考慮根據(jù)用戶(hù)的移動(dòng)性和流量進(jìn)行RA節(jié)點(diǎn)的選擇，容易導(dǎo)致計(jì)算的復(fù)雜性和能耗問(wèn)題，下一步研究應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)對(duì)RA節(jié)點(diǎn)的多址接入進(jìn)行自動(dòng)選擇，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署的能耗意識(shí)。