一种应用于超密集异构网络的基于双重博弈的负载均衡方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于超密集异构网络的基于双重博弈的负载均衡方法，利用SDN‑NFV技术对超密集异构网络进行网络架构的重新定义，并且利用超密集异构网络中虚拟网络在移动虚拟运营商MVNO的实时调度机制，根据组建虚拟网络基础设施的负载状况等信息进行动态基于双重博弈的频谱资源调整；本发明专利技术的第一重负载均衡博弈通过在高负载基础设施和该基础设施可用频谱资源间建立博弈机制，给出针对高负载基础设施售卖高于其负载容忍度的负载，缓解高负载状态下网络的拥塞情况；第二重负载均衡博弈通过在MVNO和低负载基础设施间建立博弈机制，给出针对低负载基础设施购买其负载余额的负载，实现基于SDN‑NFV技术的超密集异构网络中基础设施间的负载均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于超密集异构网络的基于双重博弈的负载均衡方法
本专利技术涉及无线通信
，尤其是一种应用于超密集异构网络的基于双重博弈的负载均衡方法。
技术介绍
在超密集异构网络场景下的关键技术研究中，如何低成本、高效率地实现超密集异构网络同频干扰管理是无线通信研究的重点内容之一。面对无线网络容量的有限性，密集异构网络被提出应对数据流量的千倍增长，满足网络极高的流量密度需求。但是，密集部署热点高容量场景下的负载分布会更加不均衡，这将极大降低用户体验并造成网络资源利用效率的下降。因此，在下一代移动通信网络中，超密集异构网络中的负载均衡也是一个必须解决的关键问题。现有的超密集异构网络中的负载均衡方法主要通过在不同负载状态的小区间进行负载转移的方式进行网络的负载均衡，在网络参数发生变化时，用户和业务在密集网络中的切换将会变得异常的频繁，导致网络长期处于信令开销过大的状态，不利于超密集异构网络的鲁棒性。而基于SDN-NFV的网络架构可在管控中心的监管下在虚拟网络内部进行负载的转移，有效避免了网络信令开销的增大。因此，需要新的负载均衡方法适用于新的基于SDN-NFV的超密集异构网络架构。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种应用于超密集异构网络的基于双重博弈的负载均衡方法，能够在有效保证虚拟网络体验质量(QoE，QualityofExperience)需求的基础上，实现基于SDN-NFV技术的超密集异构网络中基础设施间的负载均衡。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种应用于超密集异构网络的基于双重博弈的负载均衡方法，包括如下步骤：(1)根据组建虚拟网络的基础设施负载的饱和度大小的不同将基础设施集分成低负载基础设施、中负载基础设施和高负载基础设施；(2)根据高负载基础设施的负载状态进行第一重高负载基础设施和该基础设施可用频谱资源间关于负载降低的博弈；(3)根据第一重负载均衡博弈机制造成的虚拟网络性能损失的情况进行虚拟网络QoE保证机制的建立；(4)将在第一重负载均衡博弈机制中释放的频谱资源通过NFV技术进行虚拟资源池的建立；(5)根据低负载基础设施的负载状态进行第二重移动虚拟运营商(MVNO,MobileVirtualNetworkOperator)和低负载基础设施间关于负载提高的博弈；(6)根据第一和第二重负载均衡博弈机制建立的针对高负载基础设施和低负载基础设施负载状态的优化调整结果进行虚拟网络关于负载均衡的有效配置。优选的，步骤(2)中，第一重负载均衡博弈机制是以博弈理论对高负载基础设施负载降低问题进行数学建模并得到频谱分配变量，以最大化每个高负载基础设施购买该基础设施可用频谱资源以降低该基础设施负载状态为目标函数进行频谱资源分配；然后，上述高负载基础设施有偿降低可用频谱资源的使用；根据博弈理论以最大化可用频谱资源减少负载状态效益为目标，以高负载基础设施高出其负载容忍值的负载为约束对高负载基础设施进行频谱分配。优选的，第一重负载均衡博弈机制中的博弈关系中的卖方(可用频谱资源)的效用函数定义为可用频谱不分配给该高负载基础设施所获得的收益，即卖方效用函数表示为其中表示为可用频谱ln售卖的价格，为高负载基础设施与可用频谱ln的二元关联向量，ω0为子载波带宽，为高负载基础设施n分配给第ln个子载波的功率值，为信道增益，σ2为噪声，表示频谱资源ln售卖给高负载基础设施n的单位代价。优选的，第一重负载均衡博弈机制中的博弈关系中的买方(高负载基础设施)的效用函数定义为由于其购买可用频谱资源以降低其负载状态，即买方效用函数表示为其中为高负载基础设施n可用的频谱资源集合。优选的，步骤(5)中，第二重负载均衡博弈机制是以博弈理论对低负载基础设施负载提高问题进行数学建模并得到频谱分配变量，以最大化每个低负载基础设施购买虚拟资源池中频谱资源以提高该基础设施负载状态为目标函数进行频谱资源分配，同时最大化MVNO通过售卖虚拟资源池中的频谱资源为目标。优选的，第二重负载均衡博弈机制中的博弈关系中的卖方(MVNO)的效用函数定义为虚拟资源池中的频谱资源售卖给低负载基础设施所获得的收益，即卖方效用函数表示为其中βn,l表示为可用频谱l售卖的价格，为低负载基础设施与可用频谱l的二元关联向量，为虚拟资源池中频谱资源集合，为低负载基础设施集合，同时由于针对低负载基础设施的负载提高是以保证虚拟网络QoE为前提的，因此卖方MVNO售卖行为的约束为其中：τ为虚拟网络因高负载基础设施的负载降低方法操作带来的网络数据传输速率的下降值，pn,l为低负载基础设施n分配给第l个子载波的功率值，Hn,l为信道增益。优选的，第二重负载均衡博弈机制中的博弈关系中的买方(低负载基础设施)的效用函数定义为由于其购买虚拟资源池中的频谱资源以提高其负载状态，即买方效用函数表示为本专利技术的有益效果为：本专利技术利用SDN-NFV技术对超密集异构网络进行网络架构的重新定义，并且利用超密集异构网络中虚拟网络在MVNO的实时调度机制，根据组建虚拟网络基础设施的负载状况等信息进行动态基于双重博弈的频谱资源调整；本专利技术的第一重负载均衡博弈通过在高负载基础设施和该基础设施可用频谱资源间建立博弈机制，给出针对高负载基础设施售卖高于其负载容忍度的负载，缓解高负载状态下网络的拥塞情况；第二重负载均衡博弈通过在MVNO和低负载基础设施间建立博弈机制，给出针对低负载基础设施购买其负载余额的负载，在有效保证虚拟网络QoE需求的基础上，实现基于SDN-NFV技术的超密集异构网络中基础设施间的负载均衡。附图说明图1为本专利技术的方法流程示意图。具体实施方式如图1所示，一种应用于超密集异构网络的基于双重博弈的负载均衡方法，包括如下步骤：(1)根据组建虚拟网络的基础设施负载的饱和度大小的不同将基础设施集分成低负载基础设施、中负载基础设施和高负载基础设施；(2)根据高负载基础设施的负载状态进行第一重高负载基础设施和该基础设施可用频谱资源间关于负载降低的博弈；(3)根据第一重负载均衡博弈机制造成的虚拟网络性能损失的情况进行虚拟网络QoE保证机制的建立；(4)将在第一重负载均衡博弈机制中释放的频谱资源通过NFV技术进行虚拟资源池的建立；(5)根据低负载基础设施的负载状态进行第二重MVNO和低负载基础设施间关于负载提高的博弈；(6)根据第一和第二重负载均衡博弈机制建立的针对高负载基础设施和低负载基础设施负载状态的优化调整结果进行虚拟网络关于负载均衡的有效配置。负载状态模块搜集构成虚拟网络的基础设施集合的负载状态参量，然后将上述基础设施按照其负载的饱和度大小分为三类：①低负载基础设施、②中负载基础设施以及③高负载基础设施。其中：①低负载基础设施定义为所承载的负载还未达到临界值的基础设施，因此可以通过接纳新的负载来提高其资源利用率；②中负载基础设施定义为所承载的负载已达到临界值的基础设施，因此接纳新的负载或剔除旧的负载均会影响该基础设施的资源利用率；③高负载基础设施定义为所承载的负载已经远远超过其所能承受负载的临界值的基础设施，因此必须通过负载转移的方法降低其负载。基础设施根据负载状态分类完成后，负载状态模块将虚拟网络各个基础设施的负载信息输出到第一重负载均衡博弈模块中用于高负载基础设施负载降低方案的设计。第一重负载均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于超密集异构网络的基于双重博弈的负载均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据组建虚拟网络的基础设施负载的饱和度大小的不同将基础设施集分成低负载基础设施、中负载基础设施和高负载基础设施；(2)根据高负载基础设施的负载状态进行第一重高负载基础设施和该基础设施可用频谱资源间关于负载降低的博弈；(3)根据第一重负载均衡博弈机制造成的虚拟网络性能损失的情况进行虚拟网络体验质量QoE保证机制的建立；(4)将在第一重负载均衡博弈机制中释放的频谱资源通过NFV技术进行虚拟资源池的建立；(5)根据低负载基础设施的负载状态进行第二重移动虚拟运营商MVNO和低负载基础设施间关于负载提高的博弈；(6)根据第一和第二重负载均衡博弈机制建立的针对高负载基础设施和低负载基础设施负载状态的优化调整结果进行虚拟网络关于负载均衡的有效配置。

【技术特征摘要】
1.一种应用于超密集异构网络的基于双重博弈的负载均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据组建虚拟网络的基础设施负载的饱和度大小的不同将基础设施集分成低负载基础设施、中负载基础设施和高负载基础设施；(2)根据高负载基础设施的负载状态进行第一重高负载基础设施和该基础设施可用频谱资源间关于负载降低的博弈；(3)根据第一重负载均衡博弈机制造成的虚拟网络性能损失的情况进行虚拟网络体验质量QoE保证机制的建立；(4)将在第一重负载均衡博弈机制中释放的频谱资源通过NFV技术进行虚拟资源池的建立；(5)根据低负载基础设施的负载状态进行第二重移动虚拟运营商MVNO和低负载基础设施间关于负载提高的博弈；(6)根据第一和第二重负载均衡博弈机制建立的针对高负载基础设施和低负载基础设施负载状态的优化调整结果进行虚拟网络关于负载均衡的有效配置。2.如权利要求1所述的应用于超密集异构网络的基于双重博弈的负载均衡方法，其特征在于，步骤(2)中，第一重负载均衡博弈机制是以博弈理论对高负载基础设施负载降低问题进行数学建模并得到频谱分配变量，以最大化每个高负载基础设施购买该基础设施可用频谱资源以降低该基础设施负载状态为目标函数进行频谱资源分配；然后，上述高负载基础设施有偿降低可用频谱资源的使用；根据博弈理论以最大化可用频谱资源减少负载状态效益为目标，以高负载基础设施高出其负载容忍值的负载为约束对高负载基础设施进行频谱分配。3.如权利要求2所述的应用于超密集异构网络的基于双重博弈的负载均衡方法，其特征在于，第一重负载均衡博弈机制中的博弈关系中的卖方的效用函数定义为可用频谱不分配给该高负...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘诚毅，陶宇，刘玉申，况亚伟，李方强，徐健，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32