With the continuous growth of machine-type devices (MTDs), it is expected that massive machine-type communication (mMTC) will be the dominant form of traffic in future wireless networks. Applications based on this technology, have fundamentally different traffic characteristics from human-to-human (H2H) communication, which involves a relatively small number of devices transmitting large packets consistently. Conversely, in mMTC applications, a very large number of MTDs transmit small packets sporadically. Therefore, conventional grant-based access schemes commonly adopted for H2H service, are not suitable for mMTC, as they incur in a large overhead associated with the channel request procedure. We propose three grant-free distributed optimization architectures that are able to significantly minimize the average power consumption of the network. The problem of physical layer (PHY) and medium access control (MAC) optimization in grant-free random access transmission is is modeled as a partially observable stochastic game (POSG) aimed at minimizing the average transmit power under a per-device delay constraint. The results show that the proposed architectures are able to achieve significantly less average latency than a baseline, while spending less power. Moreover, the proposed architectures are more robust than the baseline, as they present less variance in the performance for different system realizations.


翻译:随着机器型设备(MTDs)的不断增长,预计大型机器型通信(MMTC)将成为未来无线网络的主要交通形式。基于这一技术的应用具有与人与人(H2H)通信(H2H)通信有根本不同的交通特点,这涉及数量相对较少的连续传送大包的装置。相反,在MMTC应用中,大量MTDs不时传送小包。因此,通常为H2H服务采用的基于赠款的常规接入计划不适合MMTC,因为它们是与频道请求程序有关的大型间接费用。我们建议了三种免费分配优化结构,这些结构能够大大降低网络的平均电量消耗量。在无赠款随机传输方面,物理层(PHY)和中出入控制(MAC)的优化问题以部分可见的随机游戏(POSG)为模型,目的是在每秒延迟服务下最大限度地减少平均传输力。结果显示,拟议的结构能够达到比基线差得多的平均水平。我们建议采用比基线差得多的固定度,同时使用不同的实现能力。此外,拟议的结构作为较不那么强的实现能力。

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