基于异构网络的负载均衡方法技术

本发明专利技术涉及异构网络负载均衡，为通过利用无线接入点(Access Point,AP)与移动通信网基站(Base Station,BS)间的相互作用，以一种合适的方法平衡BS之间及BS与AP之间的流量负载水平。本发明专利技术采用的技术方案是，基于异构网络的负载均衡方法，步骤如下：第一步是基站间的流量平衡，系统的基本关系式为 θ x · = ω x + γ Σ j = 1 n sin ( θ y - θ x ) , x = 1 , ... , n ]]>第二步是基站向接入点的流量卸载。本发明专利技术主要应用于异构网络负载均衡场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及异构网络负载均衡，特别是针对宏基站及其覆盖范围内多接入点的复合异构网络中的负载均衡。
技术介绍
异构网络是当前和下一代移动通信的主要网络结构，它是无线个域网(如Bluetooth)、无线局域网(如Wi-Fi)、无线城域网(如WiMAX)、公众移动通信网(如3G、4G)以及AdHoc网络等多种接入网共存的异构无线网络。而随着移动通信的发展，用户对无线数据流量的需求会越来越大，异构网络中的单一单元(如公众移动通信网络)很容易承受较大的数据流量压力，需要找到一种方法，利用异构网络多层次单元的特性，对过载的网络进行负载平衡和流量卸载。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在通过利用无线接入点(AccessPoint,AP)与移动通信网基站(BaseStation,BS)间的相互作用，以一种合适的方法平衡BS之间及BS与AP之间的流量负载水平。本专利技术采用的技术方案是，基于异构网络的负载均衡方法，步骤如下：第一步是基站间的流量平衡，系统的基本关系式为θx·=ωx+γΣj=1nsin(θy-θx),x=1,...,n]]>其中n为相位耦合振子数量，θx和θy为振子x和y的相位，ωx为振子x的频率，γ为耦合系数；设基站归一化后的负载水平为ρ∈(0,1]，则对于基站x，下一个时隙的负载水平应为ρx(t+1)＝ρx(t)+Δx(t)其中ρx(t)为t时刻基站x的负载水平，Δx为基站x所需要转移的负载量，定义为Δx=γ*Σy∈Nxsin(ρy-ρx)]]>其中Nx为与基站x相邻基站的集合，ρx与ρy分别为基站x与基站y的负载水平；第二步是基站向接入点的流量卸载：设U(ρ)为量化用户体验的效用函数，定义为U(ρ)=b1-ρ2]]>其中b为基站负载为0时的效用值，假定每个基站覆盖范围内均有数个WiFi接入点，当基站向这些接入点卸载总量为σ的流量时，基站会产生一个效用函数增量，即ΔU(σ)＝U(ρ-σ)-U(ρ)而当一个接入点接收到卸载自基站的总量为ε的流量时，接入点会承受一定的压力，定义为：ΔC(ε)＝β*ε其中β为该接入点的压力系数，它与和基站的距离d成正比；在流量卸载过程中，需要使基站效用增量和接入点压力之差最大，则基站向接入点的流量卸载问题可转化为一个凸优化问题，即minAPi∈MpΣΔC(ϵAPi)-ΔUp(σ),]]>s.t.σ＝∑εϵAPi≥0,APi∈Mp]]>其中p为基站序号，Mp为基站p覆盖范围内接入点的集合，为向第i个接入点卸载的流量。本专利技术的特点及有益效果是：本方案通过仿真方法对一个有多个基站及众多接入点覆盖的异构网络进行仿真，对方案进行了具体实现，并能快速降低基站的负载水平。附图说明：图1异构网络示意图，图2基站间的流量平衡，图3效用函数图像，图4基站向接入点的流量卸载。具体实施方式本专利技术采用的模型包括以下两种：1)Kuramoto振动同步模型：设在一个同步系统中有两个振子A和B，他们的频率相同，相位分别为θ1和θ2，则他们在同步过程中相互作用后的相移Δ＝γ*sin(θ1-θ2)其中γ为系统的耦合系数。在本专利技术中，振动同步模型用于两个基站间进行负载平衡。2)效用函数最优化模型：效用函数通常用来表示消费者在消费中所获得的效用与所消费的商品组合之间数量关系的函数，以衡量消费者从消费既定的商品组合中所获得满足的程度。在本专利技术中通过设置基站基于负载水平的效用函数表示用户的当前消费体验，通过对流量卸载前后的效用值之差与接入点接收流量所产生的压力进行最优化，得出流量卸载方案。下面结合附图和具体实例，进一步详细说明本专利技术。算法分为基站间的负载均衡和基站向接入点的流量卸载两步，分别结合了Kuramoto同步模型和基于用户体验的效用函数模型。第一步是基站间的流量平衡，如图2所示。同步系统(如神经网络)可以看做一个脉冲耦合振荡网络。振荡器通过观察其他振子的属性来调整自身的振荡从而使系统趋于同步。Kuramoto就是一个典型的相位耦合振荡系统模型。在这个系统中，每个振子以其自有的频率独立振动，并倾向于以此影响其他振子。系统的基本关系式为θx·=ωx+γΣj=1nsin(θy-θx),x=1,...,n]]>其中n为相位耦合振子数量，θx和θy为振子x和y的相位，ωx为振子x的频率，γ为耦合系数。设基站归一化后的负载水平为ρ∈(0,1]，则对于基站x，下一个时隙的负载水平应为ρx(t+1)＝ρx(t)+Δx(t)其中ρx(t)为t时刻基站x的负载水平，Δx为基站x所需要转移的负载量，定义为Δx=γ*Σy∈Nxsin(ρy-ρx)]]>其中Nx为与基站x相邻基站的集合，ρx与ρy分别为基站x与基站y的负载水平。第二步是基站向接入点的流量卸载。效用函数通常用来表示消费者在消费中所获得的效用与所消费的商品组合之间数量关系的函数，以衡量消费者从消费既定的商品组合中所获得满足的程度。对于每一个基站，用户体验(包括数据速率，稳定性等)总是和基站负载有关，设U(ρ)为量化用户体验的效用函数，定义为U(ρ)=b1-ρ2]]>其中b为基站负载ρ为0时的效用值，函数图像如图3。如图4，假定每个基站覆盖范围内均有数个WiFi接入点，当基站向这些接入点卸载总量为σ的流量时，基站会产生一个效用函数增量，即ΔU(σ)＝U(ρ-σ)-U(ρ)而当一个接入点接收到卸载自基站的总量为ε的流量时，接入点会承受一定的压力，定义为ΔC(ε)＝β*ε其中β为该接入点的压力系数，它与和基站的距离d成正比。在流量卸载过程中，需要使基站效用增量和接入点压力之差最大，则基站向接入点的流量卸载问题可转化为一个凸优化问题，即minAPi∈MpΣΔC(ϵAPi)-ΔUp(σ),]]>s.t.σ＝∑εϵAPi≥0,APi∈Mp]]>其中p为基站序号，Mp为基站p覆盖范围内接入点的集合，为向第i个接入点卸载的流量。算法伪代码如上表所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于异构网络的负载均衡方法，其特征是，步骤如下：第一步是基站间的流量平衡，系统的基本关系式为θ·x=ωx+γΣj=1nsin(θy-θx),x=1,...,n]]>其中n为相位耦合振子数量，θx和θy为振子x和y的相位，ωx为振子x的频率，γ为耦合系数；设基站归一化后的负载水平为ρ∈(0,1]，则对于基站x，下一个时隙的负载水平应为 ρx(t+1)＝ρx(t)+Δx(t)其中ρx(t)为t时刻基站x的负载水平，Δx为基站x所需要转移的负载量，定义为Δx=γ*Σy∈Nxsin(ρy-ρx)]]>其中Nx为与基站x相邻基站的集合，ρx与ρy分别为基站x与基站y的负载水平；第二步是基站向接入点的流量卸载：设U(ρ)为量化用户体验的效用函数，定义为U(ρ)=b1-ρ2]]>其中b为基站负载为0时的效用值，假定每个基站覆盖范围内均有数个WiFi接入点，当基站向这些接入点卸载总量为σ的流量时，基站会产生一个效用函数增量，即ΔU(σ)＝U(ρ‑σ)‑U(ρ)而当一个接入点接收到卸载自基站的总量为ε的流量时，接入点会承受一定的压力，定义为：ΔC(ε)＝β*ε其中β为该接入点的压力系数，它与和基站的距离d成正比；在流量卸载过程中，需要使基站效用增量和接入点压力之差最大，则基站向接入点的流量卸载问题可转化为一个凸优化问题，即minAPi∈MpΣΔC(ϵAPi)-ΔUp(σ),]]> s.t.σ＝∑εϵAPi≥0,APi∈Mp]]>其中p为基站序号，Mp为基站p覆盖范围内接入点的集合，为向第i个接入点卸载的流量。...

【技术特征摘要】
1.一种基于异构网络的负载均衡方法，其特征是，步骤如下：第一步是基站间的流量平衡，系统的基本关系式为θ·x=ωx+γΣj=1nsin(θy-θx),x=1,...,n]]>其中n为相位耦合振子数量，θx和θy为振子x和y的相位，ωx为振子x的频率，γ为耦合系数；设基站归一化后的负载水平为ρ∈(0,1]，则对于基站x，下一个时隙的负载水平应为ρx(t+1)＝ρx(t)+Δx(t)其中ρx(t)为t时刻基站x的负载水平，Δx为基站x所需要转移的负载量，定义为Δx=γ*Σy∈Nxsin(ρy-ρx)]]>其中Nx为与基站x相邻基站的集合，ρx与ρy分别为基站x与基站y的负载水平；第二步是基站向接入点的流量卸载：设U(ρ)为量化用户体验的效用函数，定...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪清，朱敏炯，赵爽，杨耀通，苏天宇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12