一种基于NB-IoT协议的应急性无线网络资源分配方法与流程

本发明涉及无线网络资源分配领域，具体为一种基于nb-iot协议的应急性无线网络资源分配方法。

背景技术：

物联网协议是物联网系统节点所使用的网络语言，对部署的整体可行性至关重要。该协议规定了物联网解决方案通信的范围、格式和复杂性，并在确定成本和功能方面发挥了主要作用。其中nb-iot是一种广覆盖、低功耗、低成本、大连接的窄带物联网无线通信技术，它是3gpp针对大规模物联网场景提出的技术标准，并于3gpp的r13标准冻结。它提供了低功耗的通信和与lora配置文件更紧密匹配的数据大小，从而简化了希望涵盖lpwan和蜂窝使用案例的物联网提供商的跨传感器的兼容性。

监控网络越来越广泛的应用到社会的各个方面，在城市管理、公安、交通、金融、教育等社会各个领域都发挥着极其重要的作用。监控网络信息互通是监控领域发展的重要基础工作之一。随着监控网络在不同领域的应用日益广泛，市场需求也随之不断扩大。原有监控网络的数据传输效率满足不了当前阶段的用户需求，由此，优化监控网络是大势所需。而且当监控网络的某一端点出现应急性待处理情况，需要有极快的反应速度迅速通知控制终端，此过程中的传输数据能量效率影响至关重要。

电子科技大学李翔明等采用博弈论的方法来分析能量效率和频谱效率的折中优化问题。首先分析了系统的能量效率与频谱效率采用议价博弈模型进行虚拟博弈的可行性，提出了能量效率和频谱效率折中优化的系统配置方案，对优化问题的求解进行了详细的分析和推导，证明了优化问题中博弈均衡点的存在性，设计了结合黄金搜索算法、序列二次规划相结合的均衡点搜索方案。最后在单小区和多小区场景，对采用议价博弈模型进行了系统子信道和功率的优化配置后的系统性能进行了分析。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于nb-iot协议的应急性无线网络资源分配方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于nb-iot协议的应急性无线网络资源分配方法，是应用于拥有n个监控终端的监控网络节点和1个nb-iot协议的无线专网监控基站所构成的上行网络环境中，包括以下步骤：

s1：获取n个监控终端的位置及信道数据，将n个监控终端进行编号{1,2，3......n......n}，其中，n表示第n个监控终端的序号，1≤n≤n；每一监控终端有若干个传输用信道，第n个监控终端的信道集合为sn；

s2：根据每一监控终端传送至监控基站的信道数据以及网络状态数据，确定该监控终端至网络基站的传输路径上的传输数据能量效率和能量损耗数据；

其中能量效率表示为：

式中，pc表示电路消耗；p表示监控终端的发射效率，为监控终端所在信道的信道增益，监控终端遵循nb-iot协议；b为数据传输的带宽；τ表示系统达到理论容量时，实际系统中需要的信噪比和理论中需要的信噪比差别；

s3：监控基站对监控终端进行实时检测，并对监控终端应急性情况判断，出现应急性情况时，迅速分析其位置，并获取该监控终端的传输数据能量效率和能量损耗数据；

s4：判断待处理的监控终端及相邻的监控终端和监控基站之中的边缘用户；根据用户的位置上接收的目标信号sinr进行判断，其中：

式中表示某一监控终端接收到的除监控基站之外的所有命令信号和传输功率，pnoi表示热噪声功率；pn为该监控终端在无线网络中的任意位置的接收功率；

另外，可定义边缘用户的能量效率为：

其中raverage表示边缘用户的平均传输速率，pe表示终端上行能耗；

在传输上行数据时，终端发射功率占了终端上行能耗的大部分，终端发射功率pt与终端上行能耗pe之间满足：pe＝η×pt；

其中η表示终端上行能耗与上行终端发射功率的比值，该值是一个固定值，与功率放大器的放大系数等硬件因素有关系，因此，对于不同类型的终端，η是不同的；

s5：根据待应急处理的监控终端处的传输数据能量效率和能量损耗数据，判断由监控终端进行资源分配处理或者由相邻的监控终端进行资源分配处理；假设第k个监控终端得到的分配集合为sn＝{n1,n2,......,nnk}，其中nnk为信道个数，则每一分配渠道的功率分配如下：

s51：对各个监控终端的功率进行初始化分配：

对所有的n，n＝n1,n2,......,nnk，令ck,n＝0

s＝sk

αk,n为第k个监控终端在信道上的信道增益；ck,n为第k个监控终端分配给信道n的比特数；δpk,n表示初始化分配功率值；sn为第k个监控终端分配信道合集；

s52：对各个监控终端的功率进行比特分配：

重复一下步骤rk次：

n^＝argmaxδpk

如果则s＝s-{n^}

s52：分配结束，为最终分配结果，根据分配结果，选择资源分配方向和信号传输路径；

s6：根据判断结果进行适应性处理，迅速解决应急性情况。

优选的，每一监控终端之间遵循nb-iot协议相互通信，每一监控终端和监控基站之间也遵循nb-iot协议进行通信。

优选的，电路的能量消耗可被分为两部分：一部分是固定部分，另一部分是传输信号的参数相关的动态部分，因此：

pc＝ps+εr

ps表示传输过程中静态电路损耗，ε为一个常量，表示传输单位数据的能量损耗。

优选的，该监控终端在无线网络中的任意位置的接收功率pn为考虑链路衰落后的计算值，链路衰落包含大尺度衰落、阴影衰落和快衰落三种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可提高监控网络对于应急情况的处理速度；获取若干个监控终端的位置及信道数据，以及若干个监控终端之间的距离和若干个监控终端分别到监控基站的距离；根据每一监控终端传送至监控基站的距离以及网络数据，确定该监控终端至网络基站的传输路径上的传输数据能量效率和能量损耗数据；监控基站对监控终端进行实时检测，并对监控终端应急性情况判断，出现应急性情况时，迅速分析其位置，并获取该监控终端的传输数据能量效率和能量损耗数据；根据待应急处理的监控终端处的传输数据能量效率和能量损耗数据，判断由监控终端进行资源分配处理或者由相邻的监控终端进行资源分配处理。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于nb-iot协议的应急性无线网络资源分配方法，是应用于拥有n个监控终端的监控网络节点和1个nb-iot协议的无线专网监控基站所构成的上行网络环境中，包括以下步骤：

s1：获取n个监控终端的位置及信道数据，将n个监控终端进行编号{1,2，3......n......n}，其中，n表示第n个监控终端的序号，1≤n≤n；每一监控终端有若干个传输用信道，第n个监控终端的信道集合为sn；

s2：根据每一监控终端传送至监控基站的信道数据以及网络状态数据，确定该监控终端至网络基站的传输路径上的传输数据能量效率和能量损耗数据；

其中能量效率表示为：

式中，pc表示电路消耗；p表示监控终端的发射效率，为监控终端所在信道的信道增益，监控终端遵循nb-iot协议；b为数据传输的带宽；τ表示系统达到理论容量时，实际系统中需要的信噪比和理论中需要的信噪比差别；

s3：监控基站对监控终端进行实时检测，并对监控终端应急性情况判断，出现应急性情况时，迅速分析其位置，并获取该监控终端的传输数据能量效率和能量损耗数据；

s4：判断待处理的监控终端及相邻的监控终端和监控基站之中的边缘用户；根据用户的位置上接收的目标信号sinr进行判断，其中：

式中表示某一监控终端接收到的除监控基站之外的所有命令信号和传输功率，pnoi表示热噪声功率；pn为该监控终端在无线网络中的任意位置的接收功率；

另外，可定义边缘用户的能量效率为：

其中raverage表示边缘用户的平均传输速率，pe表示终端上行能耗；

在传输上行数据时，终端发射功率占了终端上行能耗的大部分，终端发射功率pt与终端上行能耗pe之间满足：pe＝η×pt；

其中η表示终端上行能耗与上行终端发射功率的比值，该值是一个固定值，与功率放大器的放大系数等硬件因素有关系，因此，对于不同类型的终端，η是不同的；

s5：根据待应急处理的监控终端处的传输数据能量效率和能量损耗数据，判断由监控终端进行资源分配处理或者由相邻的监控终端进行资源分配处理；假设第k个监控终端得到的分配集合为sn＝{n1,n2,......,nnk}，其中nnk为信道个数，则每一分配渠道的功率分配如下：

s51：对各个监控终端的功率进行初始化分配：

对所有的n，n＝n1,n2,......,nnk，令ck,n＝0

s＝sk

αk,n为第k个监控终端在信道上的信道增益；ck,n为第k个监控终端分配给信道n的比特数；δpk,n表示初始化分配功率值；sn为第k个监控终端分配信道合集；

s52：对各个监控终端的功率进行比特分配：

重复一下步骤rk次：

n^＝argmaxδpk

如果则s＝s-{n^}

s52：分配结束，为最终分配结果，根据分配结果，选择资源分配方向和信号传输路径；

s6：根据判断结果进行适应性处理，迅速解决应急性情况。

进一步的，每一监控终端之间遵循nb-iot协议相互通信，每一监控终端和监控基站之间也遵循nb-iot协议进行通信。

进一步的，电路的能量消耗可被分为两部分：一部分是固定部分，另一部分是传输信号的参数相关的动态部分，因此：

pc＝ps+εr

ps表示传输过程中静态电路损耗，ε为一个常量，表示传输单位数据的能量损耗。

进一步的，该监控终端在无线网络中的任意位置的接收功率pn为考虑链路衰落后的计算值，链路衰落包含大尺度衰落、阴影衰落和快衰落三种。

本发明可提高监控网络对于应急情况的处理速度；获取若干个监控终端的位置及信道数据，以及若干个监控终端之间的距离和若干个监控终端分别到监控基站的距离；根据每一监控终端传送至监控基站的距离以及网络数据，确定该监控终端至网络基站的传输路径上的传输数据能量效率和能量损耗数据；监控基站对监控终端进行实时检测，并对监控终端应急性情况判断，出现应急性情况时，迅速分析其位置，并获取该监控终端的传输数据能量效率和能量损耗数据；根据待应急处理的监控终端处的传输数据能量效率和能量损耗数据，判断由监控终端进行资源分配处理或者由相邻的监控终端进行资源分配处理。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。