[發明專利]一種基于流量預測與果蠅優化算法的網絡負載均衡方法

有效

• 申請號: 202010158447.7
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111372260B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 曲樺;趙季紅;李佳琪
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W24/00;H04W28/08;H04W36/00;H04W36/22
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

一種基于流量預測與果蠅優化算法的網絡負載均衡方法，該方法引入流量預測和果蠅優化算法對網絡流量進行預測，并在流量預測值的基礎上對果蠅優化算法進行改進以達到對網絡負載的均衡的目的。該策略使用果蠅算法在集中式架構下對歷史數據進行尋優，之后將優化的結果作為每個小區分布式調度時的訓練數據，隨后使用回歸模型學習并根據預測到的流量進行負載均衡策略的學習。該策略可有效的節省網絡計算能力，同時分布式調度無需大量信息交互，極大程度上節省了系統的信令開銷，并且提高了區域網絡內的資源利用率。

技術領域

本發明涉及網絡負載均衡，特別涉及一種基于流量預測與果蠅優化算法的網絡負載均衡方法。

背景技術

超密集網絡是一種典型的異構網絡，無線通信技術的迅猛發展使得不同的接入技術提供給用戶形式多樣的業務類型和更快的數據傳輸速度。超密集網絡作為第五代移動通信的關鍵技術之一，通過密集部署基礎基站設施，增加子網數目，使得小區覆蓋范圍持續縮小，資源利用率提高，增大了網絡容量。子網數目的增加導致網絡中小區負載動態變化過程加速，從而最終使得網絡負載均衡方案開銷急劇增加。負載均衡技術主要用來均衡網絡之間負載，防止其負載失衡，從而提高整個網絡系統的無線資源利用率以及給系統中的用戶提供有保證的QoS服務業務。因此，對于超密集網絡下的負載均衡策略的研究自然十分有意義。比如，在用戶比較多的熱點地區，如音樂節的現場，有可能會出現業務相對密集，網絡業務流量非常大，從而導致用戶發起新呼叫的阻塞率升高或垂直切換的失敗率增大以及掉話率提高，而此時周邊的非熱點小區的用戶業務少，流量很低，用戶不會選擇其接入而導致非熱點小區資源過剩的情況。因此，整個超密集網絡系統的資源就沒有能夠得到充分利用，而且不能為用戶提供QoS保證，從而會造成整個系統提供給用戶的服務質量不高、資源利用率變低，使得整個網絡系統性能下降。所以，通過引入負載均衡策略，在滿足用戶期望的業務QoS情況下，通過負載均衡機制合理的均衡重載小區和輕載小區之間的負載，可以使得整個網絡系統的服務質量得到明顯的提高，如阻塞率降低和掉話率降低，從而達到提高系統無線資源利用率，提高整個系統的性能，增加網絡系統的容量以及為用戶提供有保證的服務質量等目的。但是，基于觸發進行負載均衡的方式將導致嚴重的滯后性，而基于動態網絡狀態的負載均衡策略收斂速度無法與網絡狀態變化速度相匹配。此外，隨著網絡覆蓋半徑不斷變小，接入的每個子網內的用戶數隨機性隨之增強，局部區域內負載變化情況更加劇烈，難以為負載均衡提供有效信息。

發明內容

本發明的目的在于解決超密集網絡中的負載均衡問題，提供一種基于流量預測和果蠅優化算法的網絡負載均衡方法。

為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種基于流量預測與果蠅優化算法的網絡負載均衡方法，包括以下步驟：

(一)在網絡使用的空閑時段內，所有小區以天為時間單位將歷史流量信息發送至區域內的中心節點，通過果蠅優化算法給出歷史信息上的負載均衡方案，中心節點在空閑時段將所得到的負載均衡方案廣播至各個小區；

(二)每個小區根據自己與鄰小區的歷史流量信息及負載均衡方案構造GBDT回歸模型，并訓練GBDT回歸模型，判斷是否還能夠接收呼叫業務或者轉移業務；

(三)若能夠接收呼叫任務，在進行接入控制時，每個小區基于本小區和鄰小區預測的流量值，對本小區的接入控制進行預測；

(四)如果小區進行接入控制后的負載過載，則進行業務的切換控制來均衡負載。

本發明進一步的改進在于，步驟(一)的具體過程如下：

1)假設每個小區的資源上限值一致并且為R，并且區域內所有小區兩兩組成相鄰關系，能夠進行業務切換，則網絡中的總資源利用率ρ為：

其中，T_i是小區i保持不變的業務流量，T′_i是鄰小區轉移到小區i的業務流量，n為小區個數，R為小區的資源上限值。