Comparison of the ways to reduce energy costs in stable massive machine-type communication systems

Аннотация

Введение: при развитии современных стандартов связи активно рассматриваются различные сценарии интернета вещей, в том числе массовой межмашинной связи. Основными требованиями к таким системам являются стабильная работа при потенциально бесконечном числе устройств и низкие затраты энергии,поэтому исследование способов достижения данных требованийактуально. Цель: исследовать и сравнить эффективность различных подходов к снижению затрат энергии в системах с потенциально неограниченным числом пользователей.Результаты: описана модель базовой системы на основе алгоритма типа АЛОХА для сценария массовой межмашинной связи в канале с аддитивным белым гауссовым шумом. Описаны два способа снижения энергозатрат для рассматриваемой системы: использование методов гибридной решающей обратной связи и алгоритма разрешения конфликтов с динамическим расписанием. Для базовой системы и предложенных способов проведен анализ нижних границ для мощности сигнала и затрат энергии на бит при стабильной работе системы и заданных требованиях к спектральной эффективности. Показано, что оба способа позволяют уменьшить затраты энергии по сравнению с базовой системой. При этом алгоритм с динамическим расписанием дает наибольший выигрыш по сравнению с базовой системой для мощности сигнала от 4,5дБ при любой спектральной эффективности. Для затрат энергии на бит при значениях спектральной эффективности меньше 0,42 бит/с/Гц наиболее эффективно применение гибридной обратной связи. Однако при больших значениях наибольший выигрыш дает изменения алгоритма разрешения конфликтов. Практическая значимость: полученные результаты позволяют оценить потенциальные возможности уменьшения затрат энергии в стабильных системах с большим числом пользовательских устройств за счет применения гибридной обратной связи и алгоритма разрешения конфликтов с динамическим расписанием.