7、基于 MDP 的虚拟化 M2M 网络接入方案

基于 MDP 的虚拟化 M2M 网络接入方案

1. 引言

近年来，机器类型通信（MTC）接入方案的设计备受关注。以往一些文献中的接入方案假定网络仅包含单一应用，然而在虚拟化网络中，多个应用或切片共享同一基础设施，且需为每个切片提供预定的服务质量（QoS）。同时，由于这类网络中数据包长度较短，信令开销大的方案效率不高。此外，考虑到各种新兴服务，需要为设备采用更现实的流量到达模型，而不能简单假设设备处于饱和状态。

为应对这些挑战，本文旨在设计一种接入方案，该方案考虑了切片内设备流量到达的动态特性。假定设备的数据包到达状态随帧按照马尔可夫模型演变，且接入点（AP）知晓状态转移概率。在此假设下，提出了一种基于两阶段马尔可夫决策过程（MDP）的接入方案。第一阶段，基于 MDP 构建决策问题，以开发最优轮询机制，其设计目标是通过定价机制，在满足切片预留的前提下最大化网络吞吐量。第二阶段，提出一种接入方案，借助确定性退避生成来虚拟实现所提出的决策理论轮询机制，避免传输策略树或频繁发送轮询数据包。通过数值结果验证了所开发接入方案在数据包交付率、隔离性和吞吐量方面的性能。与时分多址（TDMA）、载波侦听多路访问（CSMA）和确定性退避（DEB）相比，该方案显著提高了网络吞吐量，并在切片间实现了更好的公平性。

2. 系统模型

考虑一个包含 AP 的 M2M 网络，该网络承载 S 个不同切片的流量。用 $D_s$ 表示订阅切片 s 的设备集合，其中 $|D_s| = N_s$ 为切片 s 的设备数量，所有切片的设备总数为 $N_d = \sum_{s = 1}^{S} N_s$。时间被划分为固定长度的帧，每个帧包含一个信标和 $N_{ts}$ 个时隙，如图 1 所示。最小时间单