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一种基于虚拟化网络架构的LTE‑U与WiFi非授权频段共存自适应信道接入方法技术

技术编号:15218678 阅读:95 留言:0更新日期:2017-04-26 13:38
本发明专利技术公开了一种基于虚拟化网络架构的LTE‑U与WiFi非授权频段共存自适应信道接入方法,包括如下步骤:(1)网络负载信息收集;(2)网络负载计算;(3)接入机制选择。本发明专利技术的有益效果为:有效改善LTE‑U用户和WiFi用户在非授权频段信道接入的公平性,提高系统的吞吐量性能。

A LTE U and WiFi virtual network architecture based on adaptive coexistence of unlicensed spectrum channel access method

The invention discloses a non authorized band coexistence adaptive channel access method for LTE U and WiFi virtualization based network architecture, which comprises the following steps: (1) load information collection network; (2) the network load calculation; (3) access mechanism. The invention has the advantages that effectively improve the fairness of LTE U users and WiFi users in the unlicensed band channel access, improve the system throughput.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通讯
,尤其是一种基于虚拟化网络架构的LTE-U与WiFi非授权频段共存自适应信道接入方法。
技术介绍
近年来,随着移动互联网的快速发展和诸如智能手机、平板电脑、可穿戴通信设备等智能终端的迅速普及,蜂窝网的无线数据传输需求呈指数级增长。而传统蜂窝网所使用的授权频段已无法满足用户迅速增长的需求。为解决频谱资源短缺问题,标准化组织开始研究在蜂窝网使用如2.4GHz、5GHz等非授权频段的可行性。这些非授权频段已经被广泛应用于诸如WiFi、ZigBee等其他无线系统中。3GPP(the3rdGenerationPartnershipProject)标准化组织最近启动一项关于在非授权频段使用LTE标准(LTE-U)的辅助授权接入(LAAlicensed-assistedaccess)研究项目(SIStudyItem)。LTE-U需要解决的一个关键问题是LTE-U系统如何在相同非授权频段与WiFi系统的共存。LTE网络和WiFi系统是目前无线通信领域广泛使用的两种无线网络系统。LTE网络运行在授权频段上,使用固定的时频结构实现信道接入;而WiFi系统运行在非授权频段上,使用竞争机制实现信道接入。由于LTE和WiFi采用不同的信道接入技术,如何使LTE-U和WiFi用户在非授权频段上实现和谐共存成为了具有挑战的技术问题。这一问题正受到越来越多的研究机构的关注,尽管目前已经取得了一些初步的研究成果,但是仍有许多问题有待进一步研究和解决。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于,提供一种基于虚拟化网络架构的LTE-U与WiFi非授权频段共存自适应信道接入方法,可以解决LTE-U和WiFi在非授权频段共存场景下的信道接入问题。为解决上述技术问题,本专利技术提供一种基于虚拟化网络架构的LTE-U与WiFi非授权频段共存自适应信道接入方法,包括如下步骤:(1)网络负载信息收集;LTE-U基站和WiFi接入点分别通过各自信令向核心网MME汇报当前各自网络的用户数;(2)网络负载计算;MME根据收到的信令信息,计算当前LTE-U和WiFi网络的负载;(3)接入机制选择;MME根据负载状态决定LTE-U用户使用不同的子机制进行信道接入;当网络负载高于一个确定的阈值时,LTE-U采用AABS机制,否则采用DCS机制;在AABS机制中,MME根据计算结果确定LTE-U需要执行的ABS数值;系统循环执行以上过程,自适应的调整LTE-U用户所采用的信道接入机制。优选的,步骤(2)中,网络负载计算的具体过程为:设nl(t)为在t时刻,网络中已有LTE-U用户的数量;nw(t)为在t时刻,网络中已有WiFi用户的数量,其中包含已经占用了信道的用户数和正在等待接入信道的用户数;使用τl(t)表示t时刻归一化的LTE-U负载;于是有:其中N表示网络中该频段上的信道数量,使用τw(t)表示t时刻归一化的WiFi负载,于是有:使用τ(t)表示t时刻WiFi负载和LTE-U负载之比,于是有:在式(2)中,N-nl(t)表示在t时刻,WiFi用户可接入的信道数;当N-nl(t)≥nw(t)时,表示当前t时刻有足够的信道可供WiFi用户接入;使用式(2)中τw(t)的值来表征当前的网络负载状态,并且使用τw(t)=1/2作为LTE-U用户选择DCS子机制或AABS子机制的阈值。优选的,步骤(3)中,DCS子机制的具体过程为:当τw(t)≤1/2时,表示网络负载低,在网络负载低的情况下,LTE-U只使用DCS子机制进行信道接入,无需在LTE-U帧中保留ABS子帧;在DCS子机制中,如果LTE-U用户在1个FB帧块时间内,不能完成当前的数据传输,则不在当前信道简单地继续下一个FB帧块时间传输当前数据,而是在当前FB帧块的最后一个子帧侦听其他信道;如果有其他信道空闲就切换到该空闲信道继续传输,否则继续占用当前信道继续下一个FB帧块时间的传输;当一个LTE-U用户需要传输数据时,使用MLBT竞争信道;用户对各信道进行侦听;如果信道1空闲,用户则在该信道传输一个最小时间FB;如果用户不能在当前的FB时间内完成当前数据的传输任务,则在当前FB的最后子帧时刻侦听其他信道;如果发现信道n当前空闲,则LTE-U用户的传输在当前FB结束后从信道1切换到信道n,并在下一个FB时间在信道n上传输;同时,信道1的状态由忙碌变为空闲,供给其他用户接入,所有的LTE-U用户以同样的机制进行上述操作。优选的,步骤(3)中,AABS机制的具体过程为:当τw(t)≥1/2时,表示网络负载较高;在网络负载较高的情况下,采用AABS子机制,在AABS机制中,ABS子帧在1个LTE-U帧中的比例或者ABS子帧1个LTE-U帧中的数量由式(4)动态获得;令η(t)表征在t时刻LTE-U帧中ABS子帧的比例;η(t)的值取决于WiFi的负载和LTE-U的负载以及WiFi和LTE-U负载的比值,η(t)的取值可表示为:其中M(·)为一个映射函数,当1/2<τw(t)<1时,表示网络负载较高;在网络负载较高的情况下,LTE-U用户启用AABS子机制,并且η(t)的值取决于τw(t)和τ(t)的值;当τw(t)=1时,表示网络负载高,在网络负载高的情况下,表示此时无空闲信道,η(t)的值取决于τ(t)的值;根据η(t)的值,核心网元MME决定LTE-U帧中ABS子帧的数量。本专利技术的有益效果为:有效改善LTE-U用户和WiFi用户在非授权频段信道接入的公平性,提高系统的吞吐量性能。附图说明图1为本专利技术的LTE-U和WiFi共存网络模型示意图。图2为本专利技术的时频信道结构示意图。图3为本专利技术的动态信道切换示意图。图4为本专利技术的η=0.3时含有ABS子帧的LTE-U的帧结构示意图;图5为本专利技术的方法流程示意图。具体实施方式一种基于虚拟化网络架构的LTE-U与WiFi非授权频段共存自适应信道接入方法,由两个子机制组成:(1)动态信道切换机制(DynamicChannelSwitch,DCS)和自适应几乎空白子帧(AdaptiveAlmostBlankSubframe,AABS)机制。为实现ACA方法,首先为LTE-U用户的信道竞争接入提出一种新的信道时频结构和一种“改良型先听后讲”(ModifiedListenBeforeTalk,MLBT)功能。在ACA方法中,LTE-U用户可以根据网络负载的情况,自适应地选择DCS子机制和AABS子机制。DCS子机制用于在网络负载较低时,避免LTE-U用户过长时间占用同一信道,并提供WiFi用户更多的接入机会;AABS子机制用于在网络负载较高时,在LTE-U帧中保留一定数量的空白子帧,以确保WiFi用户获得公平的信道接入机会。为使LTE-U能够自适应选择DCS子机制或AABS子机制,需要LTE-U基站(BaseStation,BS)和WiFi接入点(AccessPoint,AP)向核心网网元移动管理实体(MobileManagementEntity,MME)分别汇报其覆盖范围内的用户数。MME根据收到的信令信息,计算当前网络中LTE-U和WiFi的负载情况,并根据计算的负载状态决定LTE-U使用不同的子机制。如图1所示,本专利技术本文档来自技高网...
一种基于虚拟化网络架构的LTE‑U与WiFi非授权频段共存自适应信道接入方法

【技术保护点】
一种基于虚拟化网络架构的LTE‑U与WiFi非授权频段共存自适应信道接入方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)网络负载信息收集;LTE‑U基站和WiFi接入点分别通过各自信令向核心网MME汇报当前各自网络的用户数;(2)网络负载计算;MME根据收到的信令信息,计算当前LTE‑U和WiFi网络的负载;(3)接入机制选择;MME根据负载状态决定LTE‑U用户使用不同的子机制进行信道接入;当网络负载高于一个确定的阈值时,LTE‑U采用AABS机制,否则采用DCS机制;在AABS机制中,MME根据计算结果确定LTE‑U需要执行的ABS数值;系统循环执行以上过程,自适应的调整LTE‑U用户所采用的信道接入机制。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟化网络架构的LTE-U与WiFi非授权频段共存自适应信道接入方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)网络负载信息收集;LTE-U基站和WiFi接入点分别通过各自信令向核心网MME汇报当前各自网络的用户数;(2)网络负载计算;MME根据收到的信令信息,计算当前LTE-U和WiFi网络的负载;(3)接入机制选择;MME根据负载状态决定LTE-U用户使用不同的子机制进行信道接入;当网络负载高于一个确定的阈值时,LTE-U采用AABS机制,否则采用DCS机制;在AABS机制中,MME根据计算结果确定LTE-U需要执行的ABS数值;系统循环执行以上过程,自适应的调整LTE-U用户所采用的信道接入机制。2.如权利要求1所述的基于虚拟化网络架构的LTE-U与WiFi非授权频段共存自适应信道接入方法,其特征在于,步骤(2)中,网络负载计算的具体过程为:设nl(t)为在t时刻,网络中已有LTE-U用户的数量;nw(t)为在t时刻,网络中已有WiFi用户的数量,其中包含已经占用了信道的用户数和正在等待接入信道的用户数;使用τl(t)表示t时刻归一化的LTE-U负载;于是有:τl(t)=nl(t)N,---(1)]]>其中N表示网络中该频段上的信道数量,使用τw(t)表示t时刻归一化的WiFi负载,于是有:τw(t)=nw(t)N-nl(t)+nw(t).---(2)]]>使用τ(t)表示t时刻WiFi负载和LTE-U负载之比,于是有:τ(t)=nw(t)nl(t).---(3)]]>在式(2)中,N-nl(t)表示在t时刻,WiFi用户可接入的信道数;当N-nl(t)≥nw(t)时,表示当前t时刻有足够的信道可供WiFi用户接入;使用式(2)中τw(t)的值来表征当前的网络负载状态,并且使用τw(t)=1/2作为LTE-U用户选择DCS子机制或AABS子机制的阈值。3.如权利要求1所述的基于虚拟化网络架构的LTE-U与WiFi非授权频段共存自适应信道接入方法,其特征在于,步骤(3)中,DCS子机制的具体过程为:当τw(t)≤1/2时,表示网络负载低,在网络负载低的情况下,LTE-U只使用DCS子机制进行信道接入,无需在...

【专利技术属性】
技术研发人员:郑军肖杰张源
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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