[發(fā)明專利]一種基于未來負(fù)載預(yù)測的自適應(yīng)負(fù)載均衡方法

有效

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• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103889001B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘甦;張磊;曹跑跑
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W48/20
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無線資源分配技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無線異構(gòu)網(wǎng)中基于未來負(fù)載預(yù)測的自適應(yīng)負(fù)載均衡方法。

背景技術(shù)

未來通信系統(tǒng)的發(fā)展方向是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合，為了更好地實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合，需要研究適用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的無線資源管理技術(shù)，從而達(dá)到統(tǒng)籌優(yōu)化利用各接入網(wǎng)的無線資源、提高異構(gòu)系統(tǒng)無線資源利用率的目的。負(fù)載均衡技術(shù)作為無線資源管理的重要方面，能夠有效避免系統(tǒng)負(fù)載分布不均、擴(kuò)大系統(tǒng)容量，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

目前，當(dāng)很多移動用戶(MN)同時要連接同一個基站或WLAN熱點(diǎn)時，會發(fā)生嚴(yán)重的接入擁塞，增加接入時延。現(xiàn)有的負(fù)載均衡方法，當(dāng)重疊覆蓋小區(qū)中的負(fù)載超過所定義的負(fù)載平衡門限時，就有可能觸發(fā)負(fù)載均衡策略的執(zhí)行。門限值設(shè)置得合適與否對于負(fù)載均衡方法的性能有很大影響。如果門限值設(shè)置得太高，那么可能導(dǎo)致在系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)擁塞的情況下仍然沒有觸發(fā)負(fù)載均衡操作；如果門限值設(shè)置得太低，可能導(dǎo)致不必要的均衡，增加系統(tǒng)開銷。觸發(fā)負(fù)載均衡操作的門限值可以分為兩類，一類為固定門限值，另一類為可動態(tài)調(diào)整門限值。固定門限值就是為系統(tǒng)各個小區(qū)預(yù)先設(shè)置門限值，設(shè)置完成后，只能通過人工重新配置而更改。各個小區(qū)預(yù)先設(shè)置門限值可以相同值，也可以根據(jù)個小區(qū)最大可用資源數(shù)目來為不同小區(qū)設(shè)置不同的門限值。可動態(tài)調(diào)整門限值也就是門限值不是固定的，而是可以隨著系統(tǒng)各小區(qū)負(fù)載的變換而動態(tài)變換。

但是，若任一小區(qū)過載立即觸發(fā)負(fù)載均衡方法的執(zhí)行，可能會出現(xiàn)這樣一種情況：小區(qū)臨時過載后很快又恢復(fù)為平衡甚至輕載狀態(tài)，此時執(zhí)行負(fù)載均衡方法就是多余的。

普遍解決方法：為了防止負(fù)載均衡方法頻繁執(zhí)行，設(shè)置一個遲滯定時器，當(dāng)小區(qū)呈現(xiàn)過載狀態(tài)時，啟動該定時器，到時候如果系統(tǒng)小區(qū)依然處于負(fù)載不均的狀態(tài)，再執(zhí)行負(fù)載均衡方法。

該方法的不足：只有在網(wǎng)絡(luò)過載達(dá)到先前設(shè)定的門限之后才能執(zhí)行負(fù)載均衡方法，沒有預(yù)先預(yù)測防范的功能，且在這段時間之內(nèi)，若有很多用戶請求垂直切換接入，此時過載的網(wǎng)絡(luò)是接受還是拒絕接入請求，若接受則會降低網(wǎng)絡(luò)提供的性能，影響其他用戶的Qos，拒絕則會造成呼叫阻塞率或掉話率的增大。門限的設(shè)定也沒有根據(jù)網(wǎng)絡(luò)未來負(fù)載的實(shí)際情況進(jìn)行動態(tài)的調(diào)整。而本發(fā)明能夠很好地解決上面的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供了一種基于未來負(fù)載預(yù)測的自適應(yīng)負(fù)載均衡方法，該方法由基站或者無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)的前一時刻負(fù)載狀態(tài)，通過馬爾科夫轉(zhuǎn)移函數(shù)預(yù)測出下一時刻負(fù)載的狀況，動態(tài)調(diào)整觸發(fā)負(fù)載均衡方法門限，提出了有效的接入控制自適應(yīng)負(fù)載均衡方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于未來負(fù)載預(yù)測的自適應(yīng)負(fù)載均衡方法，該方法由本發(fā)明提出的概率轉(zhuǎn)移函數(shù)，通過馬爾科夫鏈預(yù)測出接入點(diǎn)下一時刻負(fù)載處于各種狀態(tài)的概率，由預(yù)測出的概率通過本發(fā)明提出的負(fù)載效益值函數(shù)計(jì)算出接入點(diǎn)下一時刻的負(fù)載效益值，以及門限該如何調(diào)整。在重疊區(qū)域中，當(dāng)MN需要進(jìn)行切換或發(fā)起新的呼叫請求時，接入控制策略會選擇負(fù)載效益值最小的那個網(wǎng)絡(luò)作為目標(biāo)小區(qū)。

方法流程：

步驟1：對負(fù)載進(jìn)行統(tǒng)一定義；

(1)對不同的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)進(jìn)行分析，對于跨系統(tǒng)的負(fù)載均衡方案，必須要有一個具有相同意義的負(fù)載參量；

(2)一個基站的總資源表示為一秒內(nèi)在基站能夠傳送的數(shù)據(jù)符號的總數(shù)；本發(fā)明負(fù)載定義為單位時間內(nèi)，節(jié)點(diǎn)正在傳輸?shù)姆枖?shù)；

步驟2：編寫計(jì)算某個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前負(fù)載的方法；

(1)將業(yè)務(wù)分為3類：語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、流媒體業(yè)務(wù)；不同的業(yè)務(wù)其數(shù)據(jù)速率不同；

(2)對于某個網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載Load＝load1+load2+load3，其中，load1為所有語音業(yè)務(wù)的負(fù)載，load2為所有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的負(fù)載，load3為所有流媒體業(yè)務(wù)的負(fù)載；

(3)根據(jù)實(shí)際負(fù)載狀況，網(wǎng)絡(luò)將處于輕載、平衡、重載和過載這四個狀態(tài)空間之一；

步驟3：轉(zhuǎn)移概率函數(shù)的定義；

(1)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下一時刻處于哪個狀態(tài)的概率只與前一時刻狀態(tài)有關(guān)，所以負(fù)載處于某個狀態(tài)的概率，這個隨機(jī)過程滿足連續(xù)時間馬爾科夫鏈；通過網(wǎng)絡(luò)在單位時間內(nèi)，負(fù)載的變化，即：增加的負(fù)載減去減少的負(fù)載，來確定轉(zhuǎn)移概率,而負(fù)載的變化又由該網(wǎng)絡(luò)在單位時間內(nèi)不同業(yè)務(wù)用戶數(shù)的變化來計(jì)算；

(2)確定呼叫的到達(dá)和離去所服從的分布模型，劃分各種狀態(tài)的限制門限，然后計(jì)算狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率。

步驟4：計(jì)算每個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的負(fù)載效益值；