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A Novel Spread Spectrum and Clustering Mixed Approach with Network Coding for Enhanced Narrowband IoT (NB-IoT) Scalability

机译：具有增强窄带IOT（NB-IOT）可扩展性的网络编码的新型扩频和聚类混合方法

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摘要

The Narrowband Internet of Things (NB-IoT) is a very promising licensed Internet of things (IoT) technology for accommodating massive device connections in 5G and beyond. To enable network scalability, this study proposes a two-layers novel mixed approach that aims not only to create an efficient spectrum sharing among the many NB-IoT devices but also provides an energy-efficient network. On one layer, the approach uses an Adaptive Frequency Hopping Spread Spectrum (AFHSS) technique that uses a lightweight and secure pseudo-random sequence to exploit the channel diversity, to mitigate inter-link and cross-technology interference. On the second layer, the approach consists of a clustering and network coding (data aggregation) approach based on an energy-signal strength mixed gradient. The second layer contributes to offload the BS, allows for energy-efficient network scalability, helps balance the energy consumption of the network, and enhances the overall network lifetime. The proposed mixed strategy algorithm is modelled and simulated using the Matrix Laboratory (MATLAB) Long Term Evolution (LTE) toolbox. The obtained results reveal that the proposed mixed approach enhances network scalability while improving energy efficiency, transmission reliability, and network lifetime when compared to the existing spread spectrum only, nodes clustering only, and mixed approach with no network coding approaches.
机译：窄带互联网（NB-IOT）是一种非常有前途的许可的事物（物联网）技术，用于容纳5克及以后的大量设备连接。为了实现网络可扩展性，本研究提出了一种三层新颖的混合方法，其目的不仅可以在许多NB-IOT设备中创建有效的频谱共享，而且还提供了节能网络。在一层上，该方法使用自适应跳频扩频（AFHS）技术，该技术使用轻量级和安全的伪随机序列来利用信道分集来减轻链路间和跨技术干扰。在第二层上，该方法包括基于能量信号强度混合梯度的聚类和网络编码（数据聚集）方法。第二层有助于卸载BS，允许节能网络可扩展性，有助于平衡网络的能耗，并增强整体网络寿命。所提出的混合策略算法采用矩阵实验室（MATLAB）长期演进（LTE）工具箱进行建模和模拟。所获得的结果表明，与现有的扩频相比，所提出的混合方法提高了网络可扩展性，同时仅提高了能量效率，传输可靠性和网络寿命，仅限于现有的扩频，并且没有网络编码方法的混合方法。

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