An Enhanced Random Access with Preamble-Assisted Short-Packet Transmissions for Cellular IoT Communications
我们提出了一种增强的随机接入（RA）与随机辅助短分组传输，以支持蜂窝物联网（IoT）通信。所提出的方案的关键特征是基站（例如，LTE网络中的eNodeB）利用RA码作为上行链路参考信号来估计IoT设备的上行链路信道状态信息，这随后提供了在RA过程期间发送短分组而无需额外信令的额外机会（例如，连接和调度请求）。通过仿真，我们评估所提出的方案的性能的信道估计均方误差，比特出错率，前导码冲突概率，和短分组传输的成功概率。结果表明，该方案通过有效地结合多天线技术和检测技术，能够在RA过程中支持可靠的、低延迟的短分组传输。
2019-04-06 cs.IT math.IT
Multi-User Multi-IoT-Device Symbiotic Radio: A Novel Massive Access Scheme for Cellular IoT
本文提出多用户多物联网设备共生无线电系统以支撑蜂窝物联网海量接入，设计鲁棒波束成形方案降低发射功率，还提出基于到达方向的低反馈开销波束成形方法，仿真验证了系统与方法的有效性。
2023-11-06 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Uplink and Downlink Coverage Analysis of Cellular-based RF-powered IoT Network
环境射频（RF）能量收集由于其普遍性和成本效益，已成为大规模物联网（IoT）生态系统中为小型设备和传感器供电的有前途的解决方案。在本文中，我们研究了基于蜂窝的环境RF能量收集物联网的联合上行链路和下行链路覆盖，其中蜂窝网络被假设为RF能量的唯一来源。我们考虑用于功率和信息传输的基于时分的方法，其中每个时隙被划分为三个子时隙：（i）充电子时隙，在该充电子时隙期间，蜂窝基站（BS）充当IoT设备的RF充电器，IoT设备然后使用在该子时隙中收集的能量用于在剩余的两个子时隙期间的信息发送和/或接收，（ii）下行链路子时隙，在该下行链路子时隙期间，IoT设备从相关联的BS接收信息，以及（iii）上行链路子时隙，在该上行链路子时隙期间，IoT设备向相关联的BS发送信息。对于该设置，我们表征联合覆盖概率，其是典型设备在给定时隙中收获足够能量并且相对于其相关联BS在上行链路和下行链路信号干扰噪声比（SINR）覆盖下的事件的联合概率。该度量显著地概括了关于能量收集通信的现有技术，该现有技术通常分别集中于下行链路或上行链路覆盖。关键的技术挑战在于处理在充电子时隙中收集的能量的量与下行链路和上行链路子时隙中的信息信号质量（SINR）之间的相关性。主导的BS为基础的方法来获得紧密的近似，这个联合覆盖概率。还提供了几个系统设计见解，包括与定期供电的物联网网络的比较和吞吐量最佳时隙划分。
2017-05-18 cs.IT math.IT
A Preamble Collision Resolution Scheme via Tagged Preambles for Cellular IoT/M2M Communications
在本文中，我们提出了一个前同步码（PA）冲突解决（PACR）方案的基础上，通过标记的PA捕获的多个定时提前（TA）值。在所提出的PACR方案中，标签被嵌入在随机接入（RA）PA中，并且在标签检测过程期间针对单个检测到的PA捕获多个TA值。所提出的PACR方案显着提高RA的成功概率为固定的机器节点，因为使用冲突的PA的节点可以成功地完成相应的RA使用独占的数据资源块。
2017-08-14 cs.IT math.IT
Adaptive Rate NOMA for Cellular IoT Networks
物联网（IoT）技术被设想为通过互连数十亿个传感器/设备来实现各种实时应用，这些传感器/设备被部署来观察一些随机的物理过程。这些物联网设备依赖于低功耗广域无线连接来传输其相关随机过程的状态更新，大多数情况下是固定的，但规模较小。蜂窝网络被视为向物联网设备提供可靠无线连接的自然候选者。然而，对这些大量设备的常规正交多址（OMA）预计会降低频谱效率。作为OMA的一种有前途的替代方案，蜂窝基站（BS）可以采用非正交多址（NOMA）来进行移动用户和IoT设备的上行链路传输。特别地，上行链路NOMA可以被配置为使得移动用户可以基于其信道条件来适配传输速率，而IoT设备以固定速率进行传输。对于这种设置，我们使用随机几何分析移动用户的遍历容量和物联网设备的平均本地延迟。我们的分析表明，当物联网设备的延迟约束严格时，上述NOMA配置可以为移动用户提供比OMA更好的遍历容量。此外，我们还表明，在相同的延迟约束下，NOMA可以支持比OMA更大的物联网设备的数据包大小。
2021-12-03 cs.IT eess.SP math.IT
Energy-Efficient Activation and Uplink Transmission for Cellular IoT
考虑一个大规模蜂窝网络，其中基站（BS）为大量物联网（IoT）设备提供服务。由于物联网设备由容量有限的电池供电，因此如何延长其工作寿命是蜂窝物联网系统成功的首要问题。本文提出了如何使用BS以节能的方式经由下行链路信令来管理IoT设备的活动和休眠操作模式，以及IoT设备如何执行节能的上行链路功率控制以改善其上行链路覆盖。我们首先调查的基本统计特性的激活信令过程中引起的BS，想要激活在他们的小区中的设备，这有助于获得整洁的表达式的真，假和总的激活概率，揭示联合下行链路功率控制和BS协调是一种有效的手段，以显着提高激活性能。然后，我们提出了一种用于物联网设备的节能上行链路功率控制，该控制可以节省功率并同时改善上行链路覆盖概率。我们还提出了一个节能的下行链路功率控制和BS协调方案，这是显着提高激活和上行链路覆盖性能在同一时间。
2019-09-09 cs.IT eess.SP math.IT
Optimal Resource Allocation for Full-Duplex IoT Systems Underlaying Cellular Networks with Mutual SIC NOMA
设备到设备（D2D）和非正交多址（NOMA）是满足下一代移动通信在物联网（IoT）服务的网络密度和多样性方面的挑战的有前景的技术。本文通过优化信道和功率分配来解决蜂窝网络下的物联网系统中最大化D2D总吞吐量的问题。NOMA用于管理蜂窝用户和全双工（FD）物联网设备之间的干扰。为此目的，识别相互连续干扰消除（SIC）条件以允许同时在基站级别去除D2D设备干扰和在D2D设备级别去除蜂窝用户（CU）干扰。为了最佳地解决联合信道和功率分配（PA）问题，阐述了FD上下文中PA问题的时间有效的解决方案。通过图形表示，在恒定的时间复杂度下，有效地解决了复杂的非凸PA问题。这使得通过连续地解决单独的PA和信道分配问题来实现全局最优分辨率。将所提出的策略的性能与经典的最先进的FD和HD场景进行比较，其中SIC不应用于CU和IoT设备之间。结果表明，在HD或FD场景中，通过在IoT蜂窝上下文中应用相互SIC NOMA可以实现重要的增益。
2021-04-08 cs.IT eess.SP math.IT
Random Access Based on Maximum Average Distance Code for Massive MTC in Cellular IoT Networks
码扩展随机接入（CeRA）是用于在蜂窝IoT网络中支持mMTC的有前途的技术。然而，它的潜力是有限的代码模糊性，这是从一个更大的码字比实际发送的数量的推断结果。在这封信中，我们提出了一个随机接入方案，以减轻这个问题，允许设备选择的quickbles考虑到最大平均距离的q元码传输。此外，提出了一种基于超图的CeRA解码方法，并推导了一个分析模型。数值结果表明，该方案显着增加了成功的信道接入的概率以及资源利用率。
2021-05-26 cs.IT cs.NI math.IT
Study of Puncturing Techniques for Polar Codes in 5G Cellular and IoT Networks
本文提出了一种基于信道极化指数的打孔技术，用于第五代（5G）无线系统中速率兼容极化码的设计。该策略包括两个步骤：首先生成码字消息;然后根据信道极化指数减小码字长度，其中信道极化指数最小的信道被打孔。我们考虑所提出的具有连续消除（SC）解码器和循环冗余校验（CRC）辅助SC列表（CA-SCL）解码器的打孔极化码，以及编码器和解码器都已知的打孔比特。然后利用极化谱（PS）对删余技术进行了性能分析.针对5G场景的仿真表明，所提出的极化码的性能与低密度奇偶校验（LDPC）码相当。
2018-12-10 cs.IT math.IT
Random Access Analysis for Massive IoT Networks under A New Spatio-Temporal Model: A Stochastic Geometry Approach
大规模物联网（mIoT）为构建强大且无处不在的连接提供了一个有利的机会，这些连接面临着众多新挑战，其中蜂窝网络由于其高度的可扩展性，可靠性和效率而成为潜在的解决方案。随机接入信道（RACH）过程是基于蜂窝的mIoT网络中IoT设备和基站（BS）之间的连接建立的第一步，其中对物理层网络的静态属性和每个IoT设备中演进的队列的动态属性之间的交互进行建模是具有挑战性的。为了解决这个问题，我们提供了一种新的流量感知时空模型来分析基于蜂窝的mIoT网络中的RACH，其中物理层网络在空间域中基于随机几何建模和分析，并且在时域中基于概率理论分析队列演化。对于性能评估，我们推导出随机选择的IoT设备在每个时隙中具有不同RACH方案的前导码传输成功概率的精确表达式，这提供了对每个RACH方案的有效性的见解。我们得出的分析结果通过捕捉每个物联网设备中数据包演变的真实模拟进行了验证。该数学模型和分析框架可以应用于评估基于蜂窝网络的其他类型的RACH方案的性能，通过简单地结合其前导码传输原理。
2018-07-04 cs.IT math.IT
On the Fundamental Limits of Random Non-orthogonal Multiple Access in Cellular Massive IoT
机器对机器（M2M）构成了物联网（IoT）愿景基础上的通信范式。M2M解决方案允许数十亿多角色设备相互通信或与底层数据传输基础设施通信，而无需或只需最少的人为干预。因此，最初为基于人类的应用设计的用于无线传输的当前解决方案需要实质性转变以应对管理大量M2M设备中的容量问题。在本文中，我们认为多址技术作为有前途的解决方案，以支持大量的设备在蜂窝系统有限的无线电资源。我们专注于非正交多址接入（NOMA），其目的是提高信道效率，设备共享相同的无线电资源用于其数据传输。这已被证明是提供最佳的吞吐量从信息理论的观点来看，我们认为一个现实的系统模型和NOMA的情况下的吞吐量和能源效率方面的系统性能与随机数据包到达模型，在那里我们也得到了系统的稳定性条件，以保证性能。
2017-05-30 cs.IT math.IT
Multiple Access Design for Symbiotic Radios: Facilitating Massive IoT Connections with Cellular Networks
共生无线电（SR）已成为支持大规模物联网（IoT）连接的频谱和节能范例。本文提出了两种多址接入方案，以促进使用基于SR技术的蜂窝网络的大规模物联网连接，即同时接入（SA）方案和选择分集接入（SDA）方案。在SA方案中，基站（BS）向接收器发送信息，而多个IoT设备通过将BS信号被动地反向散射到接收器来同时发送它们的信息，而在SDA方案中，只有具有最强反向散射链路的IoT设备向接收器发送信息。在这两种方案中，接收器联合解码来自BS和IoT设备的信息。为了评估上述两种方案，在本文中，我们推导出了蜂窝和物联网传输的遍历速率和中断概率的封闭表达式。最后，数值结果验证了理论分析，并比较了两种多址接入方案。当IoT设备的数量较少时，SDA方案更有吸引力，因为它可以显著降低计算复杂性，同时实现与SA方案等效的性能。当IoT设备的数量很大时，SA方案是优选的，因为它保证了显著更好的速率性能和更低的中断概率。
2023-03-24 cs.IT cs.SY eess.SY
Throughput and Age of Information in a Cellular-based IoT Network
本文研究了基于蜂窝的物联网（IoT）网络中设备到设备（D2 D）通信和实时监控系统之间的相互作用。特别地，除了IoT设备以D2 D方式彼此直接通信的可能性之外，我们认为它们频繁地向它们最近的基站（BS）发送时间敏感的敏感信息/状态更新（关于一些底层物理过程）。通过将物联网设备的位置建模为双极泊松点过程（PPP），将BS的位置建模为另一个独立的PPP，我们分别从网络吞吐量和信息量（AoI）方面表征了D2 D链路和状态更新链路的性能。我们考虑一个最大功率约束和距离相关的分数功率控制的所有状态更新传输。因此，允许发送状态更新的IoT设备的位置被限制在Johnson-Mehl单元内。对于该设置，通过导出D2 D链路的平均成功概率来获得平均网络吞吐量，而通过导出状态更新链路的成功概率和调度概率两者的时间均值的矩来获得时间平均AoI的空间矩。
2021-06-19 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Slicing of Radio Resource Control Layer for Cellular IoT: Design and Implementation
蜂窝物联网（CIoT）已经成为满足物联网设备的各种应用的重要分支。在CIoT内，无线电资源控制（RRC）层负责基本功能，诸如无线电接入网络（RAN）中的连接控制和承载建立。各种物联网场景的出现和多样化的业务需求使得RRC层的RAN切片和智能控制都成为迫切的需求。本文旨在通过设计和实现一种新的架构来增强CIoT RRC层的标准化能力，该架构包含RRC切片和智能控制器。该架构旨在实现RRC层切片的创建、修改和删除功能，同时增加智能控制器，以智能地满足不同物联网设备的多样化和动态的业务需求。在开源软件平台OpenAirInterface（OAI）上进一步实现了所提出的架构，在此基础上验证了RRC切片的有效性，并给出了一个采用强化学习来动态调整其中的非连续接收参数的概念验证案例。仿真结果证明了所提出的智能RRC切片架构的有效性。
2020-04-15 cs.IT cs.NI math.IT
Rate-Splitting Multiple Access for Overloaded Cellular Internet of Things
在不久的将来，可以设想蜂窝网络将不得不应对广泛的物联网（IoT）设备。因此，蜂窝IoT的所需特征将是同时服务于具有异构需求和发射机处的信道状态信息（CSIT）质量的大量设备的能力。在本文中，我们专注于具有两组CSIT质量的过载多输入单输出（MISO）广播信道（BC），即一组用户（代表高端设备），发射机具有CSI的部分知识，另一组用户（代表IoT设备），发射机仅具有统计CSI的知识。我们介绍了速率分裂多址（RSMA），一种新的多址接入基于多天线速率分裂（RS）蜂窝物联网。提出了两种策略，即时间划分-RSMA（TP-RSMA）和功率划分-RSMA（PP-RSMA）。前者在正交时隙上独立地为两组用户服务，而后者以非正交方式在同一时隙内联合地为两组用户服务。我们首先表明，在高信噪比（SNR），PP-RSMA实现了最佳自由度（DoF）在一个过载的MISO BC异构CSIT质量，然后在有限的SNR表明，通过结合PP和RSMA的好处，PP-RSMA实现显式和速率增益TP-RSMA和所有基线计划。此外，PP-RSMA对CSIT不准确性是鲁棒的，并且灵活地应对所有用户的服务质量（QoS）速率约束。DoF和速率分析帮助我们得出结论，PP-RSMA是具有大量设备的蜂窝物联网的强大框架。
2020-08-03 cs.IT math.IT
Spectrum Sharing for Internet of Things: A Survey
物联网（IoT）是一个很有前途的范例，可以在5G及更高级别中容纳大量设备连接。为了为未来的物联网铺平道路，应该提前规划频谱。由于可用频谱资源的稀缺性，频谱共享是物联网的首选解决方案。特别是，移动运营商倾向于利用当前蜂窝网络的现有标准和基础设施，并在授权蜂窝频谱内部署物联网。然而，专有公司更喜欢在未经许可的频谱内部署物联网，以避免任何许可费。在本文中，我们提供了对部署在授权蜂窝频谱和未授权频谱内的流行物联网技术的调查。值得注意的是，重点将放在频谱共享解决方案，包括共享频谱，干扰模型和干扰管理。为此，我们讨论了不同物联网技术的优点和缺点。最后，我们确定了未来物联网面临的挑战，并提出了潜在的研究方向。
2018-10-10 cs.IT cs.NI math.IT
Leveraging Linear Quadratic Regulator Cost and Energy Consumption for Ultra-Reliable and Low-Latency IoT Control Systems
为了有效地支持实时控制应用，以超可靠和低延迟通信（URLLC）运行的网络控制系统成为未来物联网（IoT）的基础技术。然而，目前控制、传感和通信的设计一般是孤立的。针对集中式无线网络控制系统，提出了控制成本和能耗的联合优化问题。具体来说，与“感测然后控制”协议，我们首先开发一个优化框架，共同考虑控制，传感和通信。在这个框架中，我们推导出频谱效率，线性二次调节器的成本和能量消耗。然后，提出了一种新的性能指标称为\textit{energy-to-control efficiency}的物联网控制系统。此外，我们优化的能量控制效率，同时保证URLLC的要求，因此，一个通用的和复杂的最大-最小联合优化问题的物联网控制系统制定。为了以合理的复杂度最优地解决该问题，我们提出了两种无线电资源分配算法。最后，仿真结果表明，我们提出的算法可以显着提高能源控制效率的物联网控制系统与URLLC。
2020-02-18 cs.IT eess.SP math.IT
Latency of Concatenating Unlicensed LPWAN with Cellular IoT: An Experimental QoE Study
开发高效采用、部署和维护的低功耗广域网（LPWAN）解决方案对于智慧城市至关重要。非授权LPWAN的服务质量差，以及LTE-M/NB-IoT的高服务成本是这些技术的关键缺点。将未经许可的LPWAN与许可的LPWAN相结合可以克服这些限制并利用它们的好处。然而，级联LPWAN架构将不可避免地导致可能影响用户体验质量（QoE）的过度延迟。为了评估该系统的实际可行性，我们首先提出了一个级联LPWAN架构，并通过实验测量了端到端（E2 E）延迟的统计数据。级联延迟裕度是通过用不同的LPWAN架构方案（即，用未授权IoT（独立LoRa）、蜂窝IoT（独立LTE-M）和级联IoT（与LTE-M对接的LoRa））来对LPWAN进行基准测试来确定的。通过对30，000个数据点的E2 E延迟的广泛实验测量活动，我们表明，由于LPWAN接口导致的额外延迟平均不到300毫秒。概念验证结果表明，对于人类感知和决策处于循环中的智能城市用例，将未授权LPWAN与蜂窝物联网连接的延迟可以忽略不计。
2021-05-30 cs.AR cs.IT cs.NI
A Primer on 3GPP Narrowband Internet of Things (NB-IoT)
窄带物联网（NB-IoT）是3GPP Release 13中引入的新蜂窝技术，用于为物联网（IoT）提供广域覆盖。本文概述了NB-IoT的空中接口。我们描述了NB-IoT如何满足关键的物联网需求，例如部署灵活性，低设备复杂性，长电池寿命，支持小区中的大量设备，以及超越现有蜂窝技术的显著覆盖范围扩展。我们还分享了第13版中NB-IoT标准化过程中的各种设计原理，并指出了NB-IoT未来发展的几个开放领域。
2016-06-13 cs.IT cs.NI math.IT
Deep Reinforcement Learning Based Power Allocation for Minimizing AoI and Energy Consumption in MIMO-NOMA IoT Systems
Jiangnan University（江南大学）；State Key Laboratory of Integrated Services Networks (Xidian University)（综合业务网理论及关键技术国家重点实验室（西安电子科技大学））；Qualcomm（高通公司）；Tsinghua University（清华大学）；University of Kent（肯特大学）；Jiangsu Future Networks Innovation Institute（江苏未来网络创新研究院）
多输入多输出非正交多址接入（MIMO-NOMA）物联网系统可以显著提高信道容量和频谱效率，以支持实时应用。信息年龄（AoI）是实时应用的重要指标，但目前还没有文献对MIMO-NOMA物联网系统的AoI进行最小化，这促使我们开展这项工作。在MIMO-NOMA物联网系统中，基站（BS）确定样本收集要求并为每个物联网设备分配传输功率。各设备根据采样要求确定是否进行数据采样，并采用分配的功率在MIMO-NOMA信道上向基站发送采样数据。之后，BS采用连续干扰消除（SIC）技术来解码由每个设备发送的数据的信号。样本采集要求和功率分配将影响系统的AoI和能耗。在SIC过程中传输速率不是常数，MIMO-NOMA信道中噪声是随机的，因此确定包括采样要求和功率分配在内的最优策略以最小化MIMO-NOMA物联网系统的AoI和能耗至关重要。本文提出了基于深度强化学习（DRL）的MIMO- NOMA物联网系统的最优功率分配，以最小化AoI和能耗。大量的仿真实验证明了最优功率分配的优越性。
2023-03-11 cs.AI cs.IT math.IT
Joint Device Association, Resource Allocation and Computation Offloading in Ultra-Dense Multi-Device and Multi-Task IoT Networks
随着物联网（IoT）移动设备（IMD）的应用越来越多，移动能源需求与有限电池容量之间的矛盾日益突出。此外，在超密集物联网网络中，超密集部署的小型基站（SBS）将消耗大量能量。为了降低全网能耗，延长IMD和SBS的待机时间，在均衡计算资源分配和设备延迟约束下，联合执行设备关联、计算卸载和资源分配，以最小化超密集多设备多任务物联网网络的全网能耗。为了进一步平衡网络负载，充分利用计算资源，我们考虑了多步计算卸载。考虑到最后制定的问题是在一个非线性和混合整数的形式，我们利用分层自适应搜索（HAS）算法找到它的解决方案。然后，我们给出了这种算法的收敛性，计算复杂度和并行实现分析。通过与其他算法的比较，我们可以很容易地发现，这样的算法可以大大减少整个网络的能量消耗的设备的延迟约束。
2021-12-11 cs.IT math.IT
AoI and Energy Consumption Oriented Dynamic Status Updating in Caching Enabled IoT Networks
缓存技术是一种很有前途的技术，可以通过存储在边缘缓存节点（ECN）中的数据包响应用户的请求，从而降低物联网（IoT）网络中传感器的能耗。对于启用缓存的物联网网络中的实时应用，必须开发动态状态更新策略，以在用户体验的信息新鲜度和传感器消耗的能量之间取得平衡，然而，这一点没有得到很好的解决。在本文中，我们首先从信息年龄（AoI）的角度描述了每个用户的信息新鲜度的演变。然后，我们制定了一个动态的状态更新优化问题，以最小化长期累积成本的期望，它联合考虑用户的AoI和传感器的能量消耗。针对这一问题，提出了一种马尔可夫决策过程（MDP）模型来描述状态更新过程，并提出了一种无模型强化学习算法来解决MDP模型动态未知带来的挑战.最后，通过仿真验证了算法的收敛性，并与零等待基线策略进行了比较。
2020-03-01 cs.IT cs.NI math.IT
Spectral and Energy Efficient Wireless Powered IoT Networks: NOMA or TDMA?
无线供电通信网络（WPCN），其中多个能量有限的设备首先在下行链路中收集能量，然后在上行链路中发送信息，已经被设想为未来物联网（IoT）的有前途的解决方案。同时，已经提出了非正交多址（NOMA），以通过允许多个用户在相同频谱中的并发传输来提高第五代（5G）网络的系统频谱效率（SE）。因此，NOMA最近已被考虑用于具有大量设备的基于WPCN的IoT网络的上行链路。然而，NOMA中的同时传输也可能导致更多的传输能耗以及实际上的电路能耗，这对于能量受限的IoT设备至关重要。因此，与诸如时分多址（TDMA）的正交多址方案相比，在这种场景下，NOMA是否可以改善SE和/或减少总能耗仍然是未知的。为了回答这个问题，我们首先推导出最佳的时间分配，以最大限度地提高基于TDMA的WPCN（T-WPCN）和基于NOMA的WPCN（N-WPCN）的SE，分别。随后，我们分析了这两个网络的总能耗以及实现的最大SE。令人惊讶的是，它被发现，N-WPCN不仅消耗更多的能量，但也是较低的频谱效率比T-WPCN。仿真结果验证了我们的理论研究结果，并揭示了基本的性能瓶颈，即，“最坏的用户瓶颈问题”，在多用户NOMA系统。
2018-01-27 cs.IT math.IT
Energy Efficiency and Throughput of Random Access Protocols for RIS-Aided IoT Networks
本文针对RIS辅助物联网网络，建立实际功耗模型和系统能量效率表达式，评估双时间尺度随机接入协议，发现利用信道质量信息的接入策略能兼顾高能量效率、吞吐量与低功耗。
2023-02-28 cs.IT math.IT
Mobile Internet of Things: Can UAVs Provide an Energy-Efficient Mobile Architecture?
本文研究了多架无人机作为空中基站从地面物联网设备采集数据的最优轨迹和部署问题。特别地，为了实现具有最小能耗的IoT设备的可靠上行链路通信，提出了一种用于UAV的最佳移动性的新方法。首先，给定固定地面IoT网络，通过适当地集群IoT设备来最小化设备的总发射功率，其中每个集群由一个UAV服务。接下来，为了在时变移动物联网网络中保持节能通信，通过利用最优运输理论的框架来确定无人机的最优轨迹。仿真结果表明，与固定Voronoi部署方法相比，通过使用所提出的方法，物联网设备用于可靠上行链路通信的总发射功率可以降低56%。此外，我们的研究结果产生了无人机将使用的最佳路径，以最小的能耗为移动物联网设备提供服务。
2016-07-10 cs.IT math.IT
Intelligent User Association for Symbiotic Radio Networks using Deep Reinforcement Learning
在本文中，我们感兴趣的是共生无线电网络，其中物联网（IoT）网络寄生在主网络中，以实现频谱，能源和基础设施高效的通信。具体地，BS使用时分多址接入（TDMA）来服务多个蜂窝用户，并且每个IoT设备与一个蜂窝用户相关联以用于信息传输。我们专注于用户关联问题，其目标是通过最大化所有物联网设备的总速率将每个物联网设备链接到适当的蜂窝用户。然而，在获得完整的实时信道信息的困难，这使得它很难设计一个最优的策略，这个问题。为了克服这个问题，我们提出了两种深度强化学习（DRL）算法，它们都使用历史信息来推断当前信息，以便做出适当的决策。其中一种算法是集中式DRL，它利用全局信息同时为所有物联网设备做出决策。另一种算法是分布式DRL，它使用本地信息一次只为一个IoT设备做出决定。仿真结果表明，作为最优的用户关联策略，两种DRL算法的性能相当，且分布式DRL算法具有可扩展性的优势。
2019-05-10 cs.IT eess.SP math.IT
Tractable Stochastic Geometry Model for IoT Access in LTE Networks
物联网（IoT）本质上是大规模的。这不仅表现在大量的连接设备上，而且还表现在必须容纳的大量流量上。蜂窝网络确实是物联网预计将与传统的人类类型流量一起产生的数据海啸的自然候选者。然而，用于调度请求的随机接入过程代表了经由LTE蜂窝网络支持IoT的主要瓶颈。因此，本文开发了一个数学框架来建模和研究随机接入信道（RACH）的可扩展性，以适应物联网流量。所开发的模型是基于随机几何和离散时间马尔可夫链（DTMC），以考虑不同的接入策略和可能的小区间和小区间干扰的来源。为此，开发的模型被用来评估和比较三种不同的访问策略，其中包括传输持久性，回退，和功率斜坡的组合。本文所展示的分析和结果清楚地说明了随着物联网强度的增长，随机接入过程的脆弱性。最后，本文提供了关于物联网强度和RACH检测阈值的每种传输策略的有效场景的见解。
2016-07-12 cs.IT cs.NI math.IT
Power Beacon Energy Consumption Minimization in Wireless Powered Backscatter Communication Networks
针对无线供能反向散射通信网络中功率信标（PB）能耗过高的问题，通过联合优化时隙、反射系数与发射功率，提出两种迭代算法，有效降低了PB能耗，动态功率方案效果最优。
2023-06-09 cs.IT eess.SP math.IT
IoT Coverage Enhancement using Repetition in Energy Constrained Devices: an Analytic Approach
新型物联网（IoT）接入技术正在成为下一代蜂窝网络的一部分。这些技术专门针对分散在远离其服务基站的能量有限的物联网设备。实现深度覆盖的关键方法之一是通过重复传输数据。然而，重复导致更高的能量消耗并减少设备电池寿命。因此，在覆盖范围和能源消耗之间存在着一种权衡，需要仔细研究。本文评估了传输重复对提高覆盖概率和所产生的能量成本的影响。使用基于流量负载和设备与基站的距离的经验重复配置文件，我们推导出利用两种不同分集组合技术的物联网链路的覆盖概率和能量配置文件模型。特别是，我们重点关注两种常见的分集合并：（i）选择合并（SC）和（ii）最大比合并（MRC）。我们利用随机几何的工具，制定一个分析框架，比较这两种结合的方法。该框架可以帮助网络设计人员在最大限度地提高网络覆盖率的同时，最大限度地减少设备的能量消耗。
2022-03-11 cs.IT math.IT
Multi-operator Network Sharing for Massive IoT
最近的研究预测，到2020年，将有多达500亿台物联网设备连接到互联网，这将使无线网络的容量变得紧张，而无线网络已经被高清晰度视频流和虚拟现实（VR）/增强现实（AR）等数据饥渴的移动应用程序所超载。如何在物理有限的频谱中满足对大规模物联网设备和高速蜂窝服务的需求，而不显著增加运营和基础设施成本，是运营商面临的主要挑战之一。在本文中，我们介绍了一种新的多运营商网络共享框架，该框架支持物联网和高速蜂窝服务的共存。我们的框架是基于无线电接入网络（RAN）共享架构最近推出的3GPP作为一个有前途的解决方案，为运营商，以提高其资源利用率，降低系统的推出成本。我们评估我们提出的框架使用真正的基站位置数据收集在都柏林市从爱尔兰的两个主要运营商的性能。数值结果表明，与没有网络共享的情况相比，我们提出的框架几乎可以将可支持并与其他蜂窝服务共存的物联网设备总数增加一倍。
2020-01-25 cs.IT cs.NI eess.SP
Towards an Appropriate Beamforming Scheme for Initial Cell Discovery in mmW 5G Cellular Networks
在未来的毫米波蜂窝网络中，波束成形是对抗高路径损耗和提高初始小区发现期间的信噪比的基本要求。适当波束成形的选择与其能量消耗直接耦合。在电池有限的移动站（MS）处，能量消耗甚至更令人关注。在这项工作中，我们提供了一个基于能量消耗的比较不同的波束成形方案，同时考虑低功耗和高功率模数转换器（ADC）的毫米波接收机在MS。我们分析了这两个上下文信息（CI）（基于GPS定位的）和基于非上下文信息的方案，并表明，模拟波束成形与CI（其中移动站的定位信息已经可用）可以导致较低的能量消耗，而在所有其它情况下，数字波束成形具有比模拟和混合波束成形更低的能量消耗。我们还表明，在某些情况下，最近提出的移相器网络架构可以导致比其他波束成形方案的能耗更低。此外，我们表明，不同的波束成形方案之间的能量消耗趋势是有效的，而不管ADC位数。最后，我们提出了一种新的信令结构，该信令结构与其他信令相比，利用相对较高频率的子载波用于主同步信号，这允许进一步减少MS的初始小区搜索延迟和能量消耗。
2016-05-02 cs.IT cs.NI math.IT
Network Lifetime Maximization for Cellular-Based M2M Networks
高能效对于在蜂窝网络上实现大规模机器类型通信（MTC）至关重要。本文主要研究了蜂窝网络中大规模MTC的能耗建模、电池寿命分析、寿命感知调度和发射功率控制。我们考虑一个现实的MTC和模型网络电池寿命的能源消耗模型。解析表达式推导出演示调度对个人和网络电池寿命的影响。推导出的表达式，随后采用在上行链路调度和发射功率控制的混合优先级的MTC业务，以最大限度地提高网络的生命周期。除了主要的解决方案，低复杂度的解决方案与有限的反馈要求进行了研究，并将结果扩展到现有的LTE网络。此外，能量效率，频谱效率，和网络寿命的权衡资源配置和调度MTC蜂窝网络进行了研究。仿真结果表明，该方案可以显著提高网络生存时间，降低网络维护成本
2018-02-19 cs.IT math.IT
UAVs over mmWave/THz Cellular MEC Networks: A Comparative Study for Energy Efficiency
配备移动边缘计算（MEC）服务器的蜂窝网络对于机载计算能力和电池寿命有限的无人机（UAV）来说是有益的。在本文中，我们比较了在各种可能的情况下，如机载/MEC处理或并行计算连接到蜂窝MEC服务器的无人机的能耗。使用详细的基于3GPP的建模，我们提供了最节能的方法，其与通信技术，计算因素和移动性参数的关系的定量理解。我们的研究结果表明，在从6GHz以下到THz频段的不同频率范围内，毫米波蜂窝MEC网络比无人机的机载处理更节能，网络密度范围更广。其次，虽然UAV推进功率消耗是速度的非递减函数，但是UAV移动成本仍然可以被优化，以进一步提供与悬停相比的显著的能量节省。最后，我们的研究结果表明，最节能的方法，可以得到如果无人机的机动性与有效的并行机载MEC处理相结合。
2022-08-09 cs.IT math.IT
The Blind Normalized Stein Variational Gradient Descent-Based Detection for Intelligent Random Access in Cellular IoT
University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）
针对蜂窝物联网智能随机接入中的导频冲突问题，提出基于最大似然估计的早期导频检测方案，采用盲归一化Stein变分梯度下降检测器，结合修正Hadamard变换层去噪，无需噪声功率和活跃设备数先验知识，提升检测精度和吞吐量。
2025-01-20 cs.AI cs.IT cs.LG
Modelling and Performance Analysis of the Over-the-Air Computing in Cellular IoT Networks
针对超密集蜂窝物联网中快速无线数据聚合的挑战，建模分析了接入点接入半径对空中计算均方误差性能的影响，推导了解析表达式并验证，发现存在最优接入半径可使MSE最高降低12.7%。
2023-08-11 cs.IT cs.SY eess.SP
Next Generation M2M Cellular Networks: Challenges and Practical Considerations
在这篇文章中，我们提出了未来机器对机器（M2M）蜂窝网络的主要挑战，如频谱稀缺问题，支持低功耗，低成本和大量的设备。作为未来物联网（IoT）的一个组成部分，M2M通信的真正愿景无法通过通常成本效率低下的传统解决方案实现。认知无线电的概念已经出现，以显着解决频谱利用不足或稀缺的问题。异构网络模型是放宽覆盖用户数量的另一种选择。在这种程度上，我们提出了一个完整的基本理解和认知无线电，异构网络模型的工程知识，在未来的M2M蜂窝网络的背景下，功率和成本的挑战。
2015-06-20 cs.IT cs.NI math.IT
