异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，更具体的 说，尤其设及一种在异构网络出现负载不均衡的状况时，可有效提高网络资源的整体利用 率和对用户的服务质量的基于强制切换的负载均衡方法。
【背景技术】
[0002] 随着人们对于无线网络通信的要求不断提高，单一网络无法满足用户需求，因此 各种无线接入网络技术层出不穷，不同接入技术的性能和所适用的场景不同。下一代的无 线网络将是多种无线网络相互覆盖共存互补的融合异构网络系统。用户为了获得满意的服 务，可W在各种网络间进行无缝切换。
[0003] 针对异构无线网络系统中各网络间存在的业务量分布不均匀、各类资源模块未得 到合理分配和利用的情况下，提出负载均衡技术。负载均衡技术的研究是异构网络无线资 源管理研究中至关重要的一方面。负载均衡机制是在重载网络和轻载网络之间进行合理的 均衡，灵活分配和动态调整网络的可用资源，降低呼叫阻塞率或切换失败率，最大程度地提 高各类无线网络资源的利用率和用户满足度。
[0004] 根据对当前异构无线网络负载均衡机制中的一些已有算法进行归纳，可W将异构 无线网络负载均衡算法分为两大类：基于接入控制的负载均衡算法和基于垂直切换的负载 均衡算法。基于接入控制的负载均衡算法是在保证已有业务的通信质量的基础上，判断是 否允许新到达的呼叫接入系统，W及合理地选择网络，使得新呼叫接入系统后不会出现负 载分布不均的现象。基于垂直切换的负载均衡就是在满足一定触发条件时，如系统的负载 不均衡程度达到了 口限值，将一定数量的业务切换到负载较轻的网络中，从而防止高负载 网络性能恶化，实现系统负载均衡。目前的负载均衡算法在一定程度上解决了网络间的负 载不均衡的问题。但在大部分算法没有同时考虑到网络端和用户端的利益，并且在切换用 户和目标网络的选择等方面缺乏更加准确的判断和全面的考虑。。
【发明内容】
[0005] 本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种异构无线网络系统中基于强制 切换的负载均衡方法。
[0006] 本发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，其特别之处在于， 通过W下步骤来实现：a).判断负载是否超口限，网络管理中屯、周期性地监测系统中各网 络的负载情况，如果存在网络的负载值超过过载口限值，则开启迟滞定时器；如果定时时间 到仍有过载网络则执行步骤b)，如无过载网络，否则表明无线网络系统负载均衡，继续判 断；b).确定待增负网络集合，选取负载值最高的网络作为待减负网络，计算其余网络与待 减负网络之间的负载差值，根据负载差值应大于预设口限值W及必须与待减负网络存在重 叠覆盖区域运两个条件，确定出可选择待增负网络集合，执行步骤C) ;c).选择切换用户， 采用综合考虑业务速率、公平性、用户QoS收益和网络无线资源利用率的用户选择策略，选 择出合适的用户作为目标切换终端，执行步骤d) ;d).目标终端的切换，通过基于效用函数 和模糊逻辑的网络选择算法，确定出待增负网络，并将步骤C)中获取的目标切换至待增负 网络，执行步骤e) ;e).判断负载是否均衡，目标切换至待增负网络后，更新各网络的负载 情况，计算网络系统负载值的标准差，如果标准差大于口限值，说明网络系统负载不均衡， 则跳转执行步骤a),进行下一轮的负载均衡算法；如果标准差小于或等于口限值，则本轮 的负载均衡算法结束，网络管理中屯、继续监测整个系统的网络负载状态。
[0007] 本发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，步骤a)中所述的 网络负载值是指连接到一个基站的所有用户需要的资源所占该基站总资源的比例；某一基 站的负载值定义如下：
(1)
[0009]其中，假设基站总资源为Rc(Mchips/s)，基站当前连接用户数为M。每个用户i所 需比特速率定义为GR(i)化bits/s)，调制编码速率为咕。(1) (bits/symbol)，与之对应的 扩频因子为5。(；0(油193/371]113〇1);若考虑的不是扩频系统，则定义为5。(；0=1(油1口3/ symbol);该公式适用于不同的无线接入技术，采用公式（1)进行统一定义，可W忽略不同 无线接入网络之间的异构性；其中，GR(i)为用户所需要的传输比特率。
[0010] 本发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，步骤a)中网络的 负载分为轻载、平衡、过载、重载4种状态，定义网络i的立个口限值th如、thdiB、thdiH分别 为轻载口限、平衡口限、过载口限； W11] 如果系统中第i个网络的负载Pi(t)小于轻载口限，Pi(t) <th如，则称该网络 i在时刻t处于轻载状态； 阳01引如果系统中第i个网络的负载Pi(t)大于轻载口限并小于平衡口限，th如 < P1 (t) <thdiB，贝Ij称该网络i在时亥Ijt处于平衡状态；
[001引如果系统中第i个网络的负载Pi(t)大于平衡口限并小于过载口限，thdie < P1 (t) <thdiH，贝Ij称该网络i在时亥Ijt处于过载状态；
[0014] 如果系统中第i个网络的负载Pi(t)大于过载口限，Pi(t) >thcU，则称该网络 i在时刻t处于重载状态；
[0015] 步骤b)中所述的待增负网络集合的确定通过W下步骤来实现：
[0016] b-1).统计超载和未超载集合，无线网络系统中，网络负载为轻载或平衡状态的划 入为未超载网络，为过载和重载状态的划入为超载网络，进而建立超载网络集合U。和未超 载网络集合Uw;b-2).确定待减负网络，从U。中选择负载值最大的网络Um。、，将其作为待减 负网络；b-3).计算负载差值，分别计算心与Uw中每一个网络的负载差值AP;b-4).与 口限值的比较，将步骤b-3)中计算的负载差值AP与预先设定的负载差值的口限值thdp 进行比较，W避免目标用于在负载差值过小的两个无线网络中进行切换；b-5).组成集合 U,，将所有大于thdp的AP所对应的网络组成一个集合U,，若不存在大于thdp的AP，说 明虽然存在过载网络，但由于过载网络与其他网络间的差值较小，网络系统处于整体负载 较高但均衡的状态，不需要进行负载均衡调整；b-6).是否存在重叠区域的筛选，从集合U, 中去除与Um。、不存在重叠区覆盖区域的网络，因为只有存在重叠覆盖区域的网络之间才可 进行用户的切换；此时集合U,中的网络是与Um。、重叠覆盖的网络，且负载较轻，可W作为增 负网络的待选对象。
[0017] 本发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，步骤C)中所述切 换用户的选择通过W下步骤来实现：C-1).确定目标用户的选择范围，目标用户应该在Um。、 与步骤b-6)最终确定的U,集合重叠覆盖的区域内进行选择；C-2).参照业务速率的选择， 按照"用户业务的传输速率大小应尽量可W平衡网络之间的负载差值"为原则，选取业务速 率合适的用户作为切换用户；C-3).参照公平性的选择，用于用户在网络间切换时存在切 换时延，因此按照"尽量选择之前未曾被选中作为切换目标的用户作为切换用户"为原则， 选择切换用户；C-4).根据QoS收益和资源利用率进行用户选择，具体通过W下步骤来实 现：C-4-1).计算终端的QoS收益，用户终端的QoS可体现用户对所接受服务的满意度，在 目标用户选择时应选择QoS收益较小的用户作为切换目标；令I标示所有用户的集合，令J 表示所有无线接入网络RAN的集合，定义接入到RANjGJ的终端iGI的QoS收益函数如 公式似所示：
C2)
[0019] 其中RT代表实时业务，NRT代表非实时业务；对于实时业务，使用平均时延卒,来 衡量用户的收益，时延越小，收益越高，污U- 对实时业务的时延进行归一 化，其中 表示平均时延的期望值；对于非实时业务，使用业务的平均速率私来衡量用户 收益，速率越大，收益越高；表示对非实时业务的速率进行归一化， 0ft、Pwt为常量，决定了收益函数的睹峭程度；C-4-2).计算无线资源利用率，在选择切换 用户时，应选择网络资源利用率低的用户进行切换，终止其对网络的低效占用；终端i在接 入的网络j中的资源占用率通过公式（3)进行求取：
爲）
[0021] 其中，a表示终端与接入网络之间的信道；Ri,i(aIi)表示终端在接入网络j中每单位带宽所获得的实际速率；巧7表示终端在接入网络j中理论上可W获得的最大速 率；P1,，越大说明网络信道状