一种基于频谱感知的负载均衡方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于频谱感知的负载均衡方法及系统，属于无线通信技术领域。该方法和系统通过过载小区利用频谱感知技术感知相邻基站中的频谱空洞，生成可借用的频谱集合，而后计算可借用频谱的空闲率，根据自身的负载情况从可借用频谱中借用空闲率高的频谱，从而均衡网络的负载。本发明专利技术提供的方法和系统利用频谱感知技术，很好地实现了负载均衡，具有广阔的应用空间。

Load balancing method and system based on spectrum sensing

The invention relates to a load balancing method and system based on spectrum sensing, which belongs to the technical field of wireless communication. The method and system by using spectrum spectrum sensing technology overload area perception in the neighboring base station can use the spectrum holes, generating set, and then calculate the spectrum can borrow the idle rate, high rate of idle can borrow from the spectrum borrowing spectrum according to its own load, from load balancing network. The method and system provided by the invention can realize the load balance using spectrum sensing technology, and has broad application space.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，涉及一种基于频谱感知的负载均衡方法及系统。
技术介绍
在无线通信蜂窝网系统中，各小区所需要承载的接入用户数和业务数据量等是随机的、不均匀分布的，特别是热点小区引起的话务量突发，网络拥塞等问题，使得整个系统中的负载处于不平衡状态。这就导致有的小区中用户得不到满意服务，而有的小区无线资源未得到充分利用。负载均衡技术是将重负载区域的负载通过适当的方法转移到轻负载区域或将轻负载区域的资源借给重负载区域，从而实现资源的合理分配和有效利用。现有负载均衡技术分为三类：1)基于负载转移的负载均衡技术：首先，基站读取所连用户以及所连用户的资源使用信息并计算基站负载，判断负载值与预设阈值的大小，确定负载状态并广播负载状况，邻近基站接收广播消息并保存。然后，重负载基站根据自身需求向满足切换条件的轻负载基站发送切换请求信息。最后，轻负载小区接收切换请求，为欲切换用户预留资源，给重负载基站发送切换确认信息，接收切换用户，从而减轻重负载小区的业务负载。2)基于信道借用的负载均衡技术：首先，基站读取所连用户以及所连用户的资源使用信息并计算基站负载，判断负载值与预设阈值的大小，确定负载状况，并相互交换信息，保存邻居基站的负载状况以及邻居基站的信道使用情况。其次，重负载小区借用轻负载小区中满足干扰限制以及用户需求的信道。最后，轻负载小区发送信道借用确认信息，从而缓解重负载小区的资源缺少的问题。3)基于小区呼吸的负载均衡技术：首先，基站读取所连用户以及所连用户的资源使用信息，计算基站负载，并将负载信息发送给网络运营中心，运营中心在总功率一定的前提下，根据基站的负载分配基站的功率，调整基站的传输范围，改变基站和用户的连接关系，从而均衡网络负载。综上所述，现有技术通过调整网络参数实现负载均衡，而网络参数的调整需要基站间信息的频繁交互，从而大大地增加了网络信令开销和能量消耗。然而，频谱感知作为一种能自适应地感知周围环境的变化而调整网络参数的关键技术，能够用于解决此问题，而在相关的技术中，并没有一种将频谱感知技术应用于负载均衡的机制中。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于频谱感知的负载均衡方法及系统，通过过载小区利用频谱感知技术感知相邻基站中的频谱空洞，生成可借用的频谱集合，而后计算可借用频谱的空闲率，根据自身的负载情况从可借用频谱中借用空闲率高的频谱，从而均衡网络的负载。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于频谱感知的负载均衡系统，该系统包括负载检测模块，负载计算模块，负载判断模块，频谱感知模块，频谱借用模块以及频谱分配模块；所述负载检测模块用于获取网络中基站的资源使用情况，并生成资源使用列表，并将资源使用列表发送给负载计算模块；所述负载计算模块接收并处理负载检测模块发送的所述资源使用列表，根据资源使用列表中基站的资源使用情况计算基站的负载值，并将基站的负载值发送给所述的负载判断模块和所述的频谱借用模块；所述负载判断模块接收基站的负载值，并将基站的负载值与预设阈值进行比较，判断基站是否过载；所述频谱感知模块在频谱感知周期内检测并记录频谱的占用情况，根据频谱占用情况生成可借用频谱集合；所述频谱借用模块调用由负载计算模块得到的基站负载和由频谱感知模块得到可借用频谱集合确定要借用的频谱，并将可借用的频谱发送给频谱分配模块；所述频谱分配模块接收频谱借用模块发送的可借用的频谱，并将其分配给本基站的用户。进一步，所述的基站资源使用情况包括基站已使用的频谱数retotal以及总的频谱数RE。进一步，所述的负载计算模块根据公式中得到基站的负载，将所得基站的负载发送所述的负载判断模块和所述的频谱借用模块。进一步，所述的负载判断模块根据由所述的负载计算模块发送的基站的负载，将基站的负载与预设的阈值进行比较，如果基站负载大于预设的阈值，则基站过载，调用频谱借用模块；否则，等待下一负载均衡周期。进一步，所述的频谱感知模块在频谱感知周期内检测并记录频谱的占用情况；基站根据频谱的占用情况决定频谱空洞，生成可借用频谱集合。进一步，所述的频谱借用模块根据所述的负载计算模块发送的基站的负载值ρ，计算基站所需的频谱数f(ρ)，记为NB；根据所述的频谱感知模块发送的可借用频谱集合1以及可借用频谱集合1中的可借用频谱在感知周期T1的空闲分布得到可借用频谱的空闲率IR；根据可借用频谱集合1中的可借用频谱按空闲率将可借用频谱进行降序排列，得到排列后的可借用频谱集合2；借用排序后的可借用频谱集合2中的前NB个频谱。进一步，所述的频谱分配模块将所述可借用频谱集合2中的前NB个频谱分配给本基站的用户；在借用周期结束后释放所借频谱资源。本专利技术还提供了一种基于频谱感知的负载均衡方法，该方法主要包括以下步骤：1)负载均衡周期到来，基站读取资源使用列表，根据资源列表中基站已使用的频谱数retotal和频谱总数RE，带入公式中得到基站的负载值；2)基站根据得到的基站的负载值，判断基站的负载值ρ和预设的负载阈值ρth的大小：如果ρ小于ρth，则基站不需要借用频谱，等待下一负载均衡周期；如果ρ大于等于ρth，则基站需要借用频谱，进入步骤3)；3)首先，基站根据基站的负载值，计算基站所需的频谱数f(ρ)，记为NB；其次，基站并在感知周期T1周期内得到的可用频谱集合，并根据在感知周期T1记录的可借用频谱的空闲分布得出可借用频谱的空闲率IR；最后，将可用频谱集合中的频谱按照空闲率进行降序排列，得到排序后的可借用频谱集合；4)基站将进行降序排列后的可借用频谱集合中的前NB个频谱分配给本基站的用户，并在借用周期T2结束后释放资源，等待下一负载均衡周期。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的方法和系统利用频谱感知技术，很好地实现了负载均衡，具有广阔的应用空间。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为基于频谱感知的负载均衡机制流程图；图2为负载计算模块的流程图；图3为频谱感知模块流程图；图4为频谱借用模块流程图；图5为频谱分配模块流程图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。本专利技术提出的基于频谱感知的负载均衡系统包括以下模块，分别是负载检测模块，负载计算模块，负载判断模块，频谱感知模块，频谱借用模块以及频谱分配模块；其中，负载检测模块检测基站的资源使用情况；负载计算模块读取基站的资源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于频谱感知的负载均衡系统，其特征在于：该系统包括负载检测模块，负载计算模块，负载判断模块，频谱感知模块，频谱借用模块以及频谱分配模块；所述负载检测模块用于获取网络中基站的资源使用情况，并生成资源使用列表，并将资源使用列表发送给负载计算模块；所述负载计算模块接收并处理负载检测模块发送的所述资源使用列表，根据资源使用列表中基站的资源使用情况计算基站的负载值，并将基站的负载值发送给所述的负载判断模块和所述的频谱借用模块；所述负载判断模块接收基站的负载值，并将基站的负载值与预设阈值进行比较，判断基站是否过载；所述频谱感知模块在频谱感知周期内检测并记录频谱的占用情况，根据频谱占用情况生成可借用频谱集合；所述频谱借用模块调用由负载计算模块得到的基站负载和由频谱感知模块得到可借用频谱集合确定要借用的频谱，并将可借用的频谱发送给频谱分配模块；所述频谱分配模块接收频谱借用模块发送的可借用的频谱，并将其分配给本基站的用户。

【技术特征摘要】
1.一种基于频谱感知的负载均衡系统，其特征在于：该系统包括负载检测模块，负载
计算模块，负载判断模块，频谱感知模块，频谱借用模块以及频谱分配模块；
所述负载检测模块用于获取网络中基站的资源使用情况，并生成资源使用列表，并将资
源使用列表发送给负载计算模块；
所述负载计算模块接收并处理负载检测模块发送的所述资源使用列表，根据资源使用列
表中基站的资源使用情况计算基站的负载值，并将基站的负载值发送给所述的负载判断模块
和所述的频谱借用模块；
所述负载判断模块接收基站的负载值，并将基站的负载值与预设阈值进行比较，判断基
站是否过载；
所述频谱感知模块在频谱感知周期内检测并记录频谱的占用情况，根据频谱占用情况生
成可借用频谱集合；
所述频谱借用模块调用由负载计算模块得到的基站负载和由频谱感知模块得到可借用频
谱集合确定要借用的频谱，并将可借用的频谱发送给频谱分配模块；
所述频谱分配模块接收频谱借用模块发送的可借用的频谱，并将其分配给本基站的用户。
2.根据权利要求1所述的一种基于频谱感知的负载均衡系统，其特征在于：所述的基站
资源使用情况包括基站已使用的频谱数retotal以及总的频谱数RE。
3.根据权利要求2所述的一种基于频谱感知的负载均衡系统，其特征在于：所述的负载
计算模块根据公式中得到基站的负载，将所得基站的负载发送所述的负载判断模块和
所述的频谱借用模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于频谱感知的负载均衡系统，其特征在于：所述的负载
判断模块根据由所述的负载计算模块发送的基站的负载，将基站的负载与预设的阈值进行比
较，如果基站负载大于预设的阈值，则基站过载，调用频谱借用模块；否则，等待下一负载
均衡周期。
5.根据权利要求4所述的一种基于频谱感知的负载均衡系统，其特征在于：所述的频谱
感知模块在频谱感知周期内检测并记录...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘占军，彭霞，沈悦，于中华，李召义，丁凯，张祖凡，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50