異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中基于強(qiáng)制切換的負(fù)載均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中基于強(qiáng)制切換的負(fù)載均衡方法，更具體的 說，尤其設(shè)及一種在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)負(fù)載不均衡的狀況時，可有效提高網(wǎng)絡(luò)資源的整體利用 率和對用戶的服務(wù)質(zhì)量的基于強(qiáng)制切換的負(fù)載均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們對于無線網(wǎng)絡(luò)通信的要求不斷提高，單一網(wǎng)絡(luò)無法滿足用戶需求，因此 各種無線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層出不窮，不同接入技術(shù)的性能和所適用的場景不同。下一代的無 線網(wǎng)絡(luò)將是多種無線網(wǎng)絡(luò)相互覆蓋共存互補(bǔ)的融合異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。用戶為了獲得滿意的服 務(wù)，可W在各種網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行無縫切換。
[0003] 針對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各網(wǎng)絡(luò)間存在的業(yè)務(wù)量分布不均勻、各類資源模塊未得 到合理分配和利用的情況下，提出負(fù)載均衡技術(shù)。負(fù)載均衡技術(shù)的研究是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無線資 源管理研究中至關(guān)重要的一方面。負(fù)載均衡機(jī)制是在重載網(wǎng)絡(luò)和輕載網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行合理的 均衡，靈活分配和動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的可用資源，降低呼叫阻塞率或切換失敗率，最大程度地提 高各類無線網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和用戶滿足度。
[0004] 根據(jù)對當(dāng)前異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡機(jī)制中的一些已有算法進(jìn)行歸納，可W將異構(gòu) 無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡算法分為兩大類：基于接入控制的負(fù)載均衡算法和基于垂直切換的負(fù)載 均衡算法。基于接入控制的負(fù)載均衡算法是在保證已有業(yè)務(wù)的通信質(zhì)量的基礎(chǔ)上，判斷是 否允許新到達(dá)的呼叫接入系統(tǒng)，W及合理地選擇網(wǎng)絡(luò)，使得新呼叫接入系統(tǒng)后不會出現(xiàn)負(fù) 載分布不均的現(xiàn)象?；诖怪鼻袚Q的負(fù)載均衡就是在滿足一定觸發(fā)條件時，如系統(tǒng)的負(fù)載 不均衡程度達(dá)到了 口限值，將一定數(shù)量的業(yè)務(wù)切換到負(fù)載較輕的網(wǎng)絡(luò)中，從而防止高負(fù)載 網(wǎng)絡(luò)性能惡化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)負(fù)載均衡。目前的負(fù)載均衡算法在一定程度上解決了網(wǎng)絡(luò)間的負(fù) 載不均衡的問題。但在大部分算法沒有同時考慮到網(wǎng)絡(luò)端和用戶端的利益，并且在切換用 戶和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的選擇等方面缺乏更加準(zhǔn)確的判斷和全面的考慮。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點(diǎn)，提供了一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中基于強(qiáng)制 切換的負(fù)載均衡方法。
[0006] 本發(fā)明的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中基于強(qiáng)制切換的負(fù)載均衡方法，其特別之處在于， 通過W下步驟來實(shí)現(xiàn)：a).判斷負(fù)載是否超口限，網(wǎng)絡(luò)管理中屯、周期性地監(jiān)測系統(tǒng)中各網(wǎng) 絡(luò)的負(fù)載情況，如果存在網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載值超過過載口限值，則開啟遲滯定時器；如果定時時間 到仍有過載網(wǎng)絡(luò)則執(zhí)行步驟b)，如無過載網(wǎng)絡(luò)，否則表明無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)載均衡，繼續(xù)判 斷；b).確定待增負(fù)網(wǎng)絡(luò)集合，選取負(fù)載值最高的網(wǎng)絡(luò)作為待減負(fù)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算其余網(wǎng)絡(luò)與待 減負(fù)網(wǎng)絡(luò)之間的負(fù)載差值，根據(jù)負(fù)載差值應(yīng)大于預(yù)設(shè)口限值W及必須與待減負(fù)網(wǎng)絡(luò)存在重 疊覆蓋區(qū)域運(yùn)兩個條件，確定出可選擇待增負(fù)網(wǎng)絡(luò)集合，執(zhí)行步驟C) ;c).選擇切換用戶， 采用綜合考慮業(yè)務(wù)速率、公平性、用戶QoS收益和網(wǎng)絡(luò)無線資源利用率的用戶選擇策略，選 擇出合適的用戶作為目標(biāo)切換終端，執(zhí)行步驟d) ;d).目標(biāo)終端的切換，通過基于效用函數(shù) 和模糊邏輯的網(wǎng)絡(luò)選擇算法，確定出待增負(fù)網(wǎng)絡(luò)，并將步驟C)中獲取的目標(biāo)切換至待增負(fù) 網(wǎng)絡(luò)，執(zhí)行步驟e) ;e).判斷負(fù)載是否均衡，目標(biāo)切換至待增負(fù)網(wǎng)絡(luò)后，更新各網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載 情況，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)載值的標(biāo)準(zhǔn)差，如果標(biāo)準(zhǔn)差大于口限值，說明網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)載不均衡， 則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟a),進(jìn)行下一輪的負(fù)載均衡算法；如果標(biāo)準(zhǔn)差小于或等于口限值，則本輪 的負(fù)載均衡算法結(jié)束，網(wǎng)絡(luò)管理中屯、繼續(xù)監(jiān)測整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀態(tài)。
[0007] 本發(fā)明的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中基于強(qiáng)制切換的負(fù)載均衡方法，步驟a)中所述的 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載值是指連接到一個基站的所有用戶需要的資源所占該基站總資源的比例；某一基 站的負(fù)載值定義如下：
(1)
[0009]其中，假設(shè)基站總資源為Rc(Mchips/s)，基站當(dāng)前連接用戶數(shù)為M。每個用戶i所 需比特速率定義為GR(i)化bits/s)，調(diào)制編碼速率為咕。(1) (bits/symbol)，與之對應(yīng)的 擴(kuò)頻因子為5。(；0(油193/371]113〇1);若考慮的不是擴(kuò)頻系統(tǒng)，則定義為5。(；0=1(油1口3/ symbol);該公式適用于不同的無線接入技術(shù)，采用公式（1)進(jìn)行統(tǒng)一定義，可W忽略不同 無線接入網(wǎng)絡(luò)之間的異構(gòu)性；其中，GR(i)為用戶所需要的傳輸比特率。
[0010] 本發(fā)明的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中基于強(qiáng)制切換的負(fù)載均衡方法，步驟a)中網(wǎng)絡(luò)的 負(fù)載分為輕載、平衡、過載、重載4種狀態(tài)，定義網(wǎng)絡(luò)i的立個口限值th如、thdiB、thdiH分別 為輕載口限、平衡口限、過載口限； W11] 如果系統(tǒng)中第i個網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載Pi(t)小于輕載口限，Pi(t) <th如，則稱該網(wǎng)絡(luò) i在時刻t處于輕載狀態(tài)； 陽01引如果系統(tǒng)中第i個網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載Pi(t)大于輕載口限并小于平衡口限，th如 < P1 (t) <thdiB，貝Ij稱該網(wǎng)絡(luò)i在時亥Ijt處于平衡狀態(tài)；
[001引如果系統(tǒng)中第i個網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載Pi(t)大于平衡口限并小于過載口限，thdie < P1 (t) <thdiH，貝Ij稱該網(wǎng)絡(luò)i在時亥Ijt處于過載狀態(tài)；
[0014] 如果系統(tǒng)中第i個網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載Pi(t)大于過載口限，Pi(t) >thcU，則稱該網(wǎng)絡(luò) i在時刻t處于重載狀態(tài)；
[0015] 步驟b)中所述的待增負(fù)網(wǎng)絡(luò)集合的確定通過W下步驟來實(shí)現(xiàn)：
[0016] b-1).統(tǒng)計(jì)超載和未超載集合，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載為輕載或平衡狀態(tài)的劃 入為未超載網(wǎng)絡(luò)，為過載和重載狀態(tài)的劃入為超載網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而建立超載網(wǎng)絡(luò)集合U。和未超 載網(wǎng)絡(luò)集合Uw;b-2).確定待減負(fù)網(wǎng)絡(luò)，從U。中選擇負(fù)載值最大的網(wǎng)絡(luò)Um。、，將其作為待減 負(fù)網(wǎng)絡(luò)；b-3).計(jì)算負(fù)載差值，分別計(jì)算心與Uw中每一個網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載差值A(chǔ)P;b-4).與 口限值的比較，將步驟b-3)中計(jì)算的負(fù)載差值A(chǔ)P與預(yù)先設(shè)定的負(fù)載差值的口限值thdp 進(jìn)行比較，W避免目標(biāo)用于在負(fù)載差值過小的兩個無線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行切換；b-5).組成集合 U,，將所有大于thdp的AP所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)組成一個集合U,，若不存在大于thdp的AP，說 明雖然存在過載網(wǎng)絡(luò)，但由于過載網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)間的差值較小，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處于整體負(fù)載 較高但均衡的狀態(tài)，不需要進(jìn)行負(fù)載均衡調(diào)整；b-6).是否存在重疊區(qū)域的篩選，從集合U, 中去除與Um。、不存在重疊區(qū)覆蓋區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)橹挥写嬖谥丿B覆蓋區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)之間才可 進(jìn)行用戶的切換；此時集合U,中的網(wǎng)絡(luò)是與Um。、重疊覆蓋的網(wǎng)絡(luò)，且負(fù)載較輕，可W作為增 負(fù)網(wǎng)絡(luò)的待選對象。
[0017] 本發(fā)明的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中基于強(qiáng)制切換的負(fù)載均衡方法，步驟C)中所述切 換用戶的選擇通過W下步驟來實(shí)現(xiàn)：C-1).確定目標(biāo)用戶的選擇范圍，目標(biāo)用戶應(yīng)該在Um。、 與步驟b-6)最終確定的U,集合重疊覆蓋的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行選擇；C-2).參照業(yè)務(wù)速率的選擇， 按照"用戶業(yè)務(wù)的傳輸速率大小應(yīng)盡量可W平衡網(wǎng)絡(luò)之間的負(fù)載差值"為原則，選取業(yè)務(wù)速 率合適的用戶作為切換用戶；C-3).參照公平性的選擇，用于用戶在網(wǎng)絡(luò)間切換時存在切 換時延，因此按照"盡量選擇之前未曾被選中作為切換目標(biāo)的用戶作為切換用戶"為原則， 選擇切換用戶；C-4).根據(jù)QoS收益和資源利用率進(jìn)行用戶選擇，具體通過W下步驟來實(shí) 現(xiàn)：C-4-1).計(jì)算終端的QoS收益，用戶終端的QoS可體現(xiàn)用戶對所接受服務(wù)的滿意度，在 目標(biāo)用戶選擇時應(yīng)選擇QoS收益較小的用戶作為切換目標(biāo)；令I(lǐng)標(biāo)示所有用戶的集合，令J 表示所有無線接入網(wǎng)絡(luò)RAN的集合，定義接入到RANjGJ的終端iGI的QoS收益函數(shù)如 公式似所示：
C2)
[0019] 其中RT代表實(shí)時業(yè)務(wù)，NRT代表非實(shí)時業(yè)務(wù)；對于實(shí)時業(yè)務(wù)，使用平均時延卒,來 衡量用戶的收益，時延越小，收益越高，污U- 對實(shí)時業(yè)務(wù)的時延進(jìn)行歸一 化，其中 表示平均時延的期望值；對于非實(shí)時業(yè)務(wù)，使用業(yè)務(wù)的平均速率私來衡量用戶 收益，速率越大，收益越高；表示對非實(shí)時業(yè)務(wù)的速率進(jìn)行歸一化， 0ft、Pwt為常量，決定了收益函數(shù)的睹峭程度；C-4-2).計(jì)算無線資源利用率，在選擇切換 用戶時，應(yīng)選擇網(wǎng)絡(luò)資源利用率低的用戶進(jìn)行切換，終止其對網(wǎng)絡(luò)的低效占用；終端i在接 入的網(wǎng)絡(luò)j中的資源占用率通過公式（3)進(jìn)行求?。?br>爲(wèi)）
[0021] 其中，a表示終端與接入網(wǎng)絡(luò)之間的信道；Ri,i(aIi)表示終端在接入網(wǎng)絡(luò)j中每單位帶寬所獲得的實(shí)際速率；巧7表示終端在接入網(wǎng)絡(luò)j中理論上可W獲得的最大速 率；P1,，越大說明網(wǎng)絡(luò)信道狀