移動通信系統中的負載均衡和吞吐量優化方法
2023-10-04 19:11:14
專利名稱：移動通信系統中的負載均衡和吞吐量優化方法
技術領域：
本發明是一種應用於無線通信系統的負載均衡和吞吐量優化方法，屬於移動通信中的網絡技術領域。
背景技術：
在蜂窩移動通信系統中，各小區間的負載往往是不均衡的，有的小區可能負載比較高，有的小區負載比較低，從而導致在高負載小區出現無線資源緊張而不能滿足用戶的服務質量要求，而在低負載小區，出現了無線資源浪費的情況。為了提高無線資源的利用率，人們提出切換負載均衡算法，即通過將高負載小區的用戶切換到低負載小區中，從而實現小區負載的近似均衡。但現有的切換負載均衡算法在進行負載均衡時沒有考慮小區吞吐量的優化，從而不能實現系統無線資源的充分利用。本發明提出了一種兼顧負載均衡和系統吞吐量的方法。
發明內容
技術問題本發明的目的是提出一種移動通信系統中的負載均衡和吞吐量優化方法，從而在保證負載均衡的同時，提高了系統頻譜效率。
技術方案本發明的移動通信系統中的負載均衡和吞吐量優化方法包括如下步驟 第一步，對各基站與相鄰基站交換各自的負載信息，並對小區負載信息進行排序，得到最大負載的小區，並記為小區i； 第二步，如果小區i的負載大於一個給定的由運行商根據自己的要求設定的門限σ，轉入第三步，否則，轉入第五步； 第三步，在小區i中，對所有用戶和相鄰小區根據以下公式定義由於用戶k從小區i切換到小區j帶來的效用函數的增益
計算效用函數的增益，並對結果進行排序；對效用函數的增益大於0的用戶進行切換，以實現負載均衡，如果所有的效用函數增益都小於0，轉入第五步； 第四步，如果小區i的負載仍然大於門限σ，轉入第三步，否則，轉入第五步； 第五步，結束。
從小區i切換到小區j帶來的效用函數的增益
的方法為首先定義以下變量 定義負載均衡指示 其中N是系統中小區的數量，ρi(t)是t時隙小區i的負載，定義為小區被佔用的無線資源數量bi和總的無線資源數量b之比；
是t時隙系統的平均負載，即 顯然，當負載均衡指示為0時，系統達到完全的負載均衡； 在時隙t用戶k在小區i中的信道容量為 ri，k(t)＝Wi，klog2(1+SNRi，k(t))[3] 其中SNRi，k(t)為鏈路的瞬時信噪比，Wi，k為鏈路帶寬。由於鏈路一般採用了自適應編碼調製，因此，可以以公式[3]代表某用戶的吞吐量； 定義用戶k在小區i中的無線資源分配變量Ii，k(t)，其取值等於分配給該用戶的無線資源塊的個數；因此 其中K為小區i中的用戶數量； 定義網絡效用函數 U(α，β，t)＝αR(t)-βξ(t) [5] 其中 可見，R(t)實際上就是網絡的吞吐量；α≥0，β≥0為加權因子， 記系統的無線資源分配變量為I(t)＝(Ii，k(t)1≤i≤N，1≤k≤K) 因此負載均衡和吞吐量優化可以建模成以下約束優化問題 以上的優化問題的嚴格求解是非常困難的，因此，考慮對上述問題進行化簡，得到一種此最優的算法，因為
其中
可見，[9]實際上是小區i的效用函數 為簡潔起見，在以下的描述中，忽略t， 假設小區i中的用戶k因為負載均衡而切換到目標小區j，為了保證負載均衡和吞吐量的優化，應滿足以下條件 uj′+ui′＞uj+ui [10] 其中uj′和ui′是相應小區在用戶k切換後的效用函數， 因此
定義由於用戶k從小區i切換到小區j帶來的效用函數的增益
可以看出，條件[10]實際上就是 有益效果由於對用戶和小區進行了負載和效用函數增益的排序，在進行切換負載均衡時，將高負載小區的高效用函數增益的用戶優先進行切換，因此，同時考慮了負載均衡和系統吞吐量的優化，既能能降低切換次數，快速實現負載均衡，從而降低系統的信令開銷，又使得系統的吞吐量實現優化。
具體實施例方式 本發明提出了一種基於負載均衡和吞吐量優化的方法。
以LTE系統為例來給出一種實施例 首先定義以下變量 定義負載均衡指示 其中N是系統中小區的數量，ρi(t)是t時隙小區i的負載，定義為小區被佔用的無線資源數量bi和總的無線資源數量b之比。
是t時隙系統的平均負載，即 顯然，當負載均衡指示為0時，系統達到完全的負載均衡。
在時隙t用戶k在小區i中的信道容量為 ri，k(t)＝Wi，klog2(1+5NRi，k(t)) [3] 其中SNRi，k(t)為鏈路的瞬時信噪比，Wi，k為鏈路帶寬。由於鏈路一般採用了自適應編碼調製，因此，可以以公式[3]代表某用戶的吞吐量。
定義用戶k在小區i中的無線資源分配變量Ii，k(t)，其取值等於分配給該用戶的無線資源塊的個數。因此 其中K為小區i中的用戶數量。
定義網絡效用函數 U(α，β，t)＝αR(t)-βξ(t) [5] 其中 可見，R(t)實際上就是網絡的吞吐量。α≥0，β≥0為加權因子，它們反映了吞吐量和負載均衡程度的折衷，其取值可以根據網絡的歷史情況和運行商的考慮來選定。
從公式[5]可知，我們在效用函數中同時考慮了系統吞吐量和負載均衡，因此提供了負載均衡和吞吐量的優化同時實現的可能。
記系統的無線資源分配變量為I(t)＝(Ii，k(t)1≤i≤N，1≤k≤K)。
因此負載均衡和吞吐量優化可以建模成以下約束優化問題
以上的優化問題的嚴格求解是非常困難的，因此，我們考慮對上述問題進行化簡，得到一種此最優的算法。
因為
其中
可見，[9]實際上是小區i的效用函數 為簡潔起見，在以下的描述中，我們忽略t。
假設小區i中的用戶k因為負載均衡而切換到目標小區j，為了保證負載均衡和吞吐量的優化，應滿足以下條件 uj′+ui′＞uj+ui [10] 其中uj′和ui′是相應小區在用戶k切換後的效用函數。
因此
定義由於用戶k從小區i切換到小區j帶來的效用函數的增益
可以看出，條件[10]實際上就是 因此，可以看出，在進行負載均衡時，選擇以上增益越大的用戶進行切換，就能儘快實現負載均衡和吞吐量優化。
1、第一步，各eNB通過X2接口，交換各自小區的負載信息，各自對相鄰小區的負載信息進行排序，並進行存儲； 2、第二步，將小區的負載信息與給定的門限σ進行比較，判斷本小區是否應該主動發起負載均衡。若需要負載均衡，則轉入第三步，否則，轉入第五步； 3、第三步，在小區i中，對所有用戶和相鄰小區根據公式[12]計算效用函數的增益，並對結果進行排序。對效用函數的增益大於0的用戶進行切換，以實現負載均衡。如果所有的效用函數增益都小於0，轉入第五步； 第四步，如果小區i的負載仍然大於門限σ，轉入第三步，否則，轉入第五步； 第五步，結束。
權利要求
1.一種移動通信系統中的負載均衡和吞吐量優化方法，其特徵在於該方法包括如下步驟
第一步，對各基站與相鄰基站交換各自的負載信息，並對小區負載信息進行排序，得到最大負載的小區，並記為小區i；
第二步，如果小區i的負載大於一個給定的由運行商根據自己的要求設定的門限σ，轉入第三步，否則，轉入第五步；
第三步，在小區i中，對所有用戶和相鄰小區根據以下公式定義由於用戶k從小區i切換到小區j帶來的效用函數的增益
計算效用函數的增益，並對結果進行排序；對效用函數的增益大於0的用戶進行切換，以實現負載均衡，如果所有的效用函數增益都小於0，轉入第五步；
第四步，如果小區i的負載仍然大於門限σ，轉入第三步，否則，轉入第五步；
第五步，結束。
2.如權利要求1所述的移動通信系統中的負載均衡和吞吐量優化方法，其特徵在於從小區i切換到小區j帶來的效用函數的增益
的方法為首先定義以下變量
定義負載均衡指示
其中N是系統中小區的數量，ρi(t)是t時隙小區i的負載，定義為小區被佔用的無線資源數量bi和總的無線資源數量b之比；
是t時隙系統的平均負載，即
顯然，當負載均衡指示為0時，系統達到完全的負載均衡；
在時隙t用戶k在小區i中的信道容量為
ri，k(t)＝Wi，k log2(1+SNRi，k(t)) [3]
其中SNRi，k(t)為鏈路的瞬時信噪比，Wi，k為鏈路帶寬。由於鏈路一般採用了自適應編碼調製，因此，可以以公式[3]代表某用戶的吞吐量；
定義用戶k在小區i中的無線資源分配變量Ii，k(t)，其取值等於分配給該用戶的無線資源塊的個數；因此
其中K為小區i中的用戶數量；
定義網絡效用函數
U(α，β，t)＝αR(t)-βξ(t) [5]
其中
可見，R(t)實際上就是網絡的吞吐量；α≥0，β≥0為加權因子，
記系統的無線資源分配變量為I(t)＝(Ii，k(t)∶1≤i≤N，1≤k≤K)
因此負載均衡和吞吐量優化可以建模成以下約束優化問題
以上的優化問題的嚴格求解是非常困難的，因此，考慮對上述問題進行化簡，得到一種此最優的算法，因為
其中
可見，[9]實際上是小區i的效用函數
為簡潔起見，在以下的描述中，忽略t，
假設小區i中的用戶k因為負載均衡而切換到目標小區j，為了保證負載均衡和吞吐量的優化，應滿足以下條件
uj′+ui′＞uj+ui [10]
其中uj′和ui′是相應小區在用戶k切換後的效用函數，
因此
定義由於用戶k從小區i切換到小區j帶來的效用函數的增益
可以看出，條件[10]實際上就是
全文摘要
本發明是一種移動通信系統中的負載均衡和吞吐量優化方法，該方法包括如下步驟第一步，對各基站與相鄰基站交換各自的負載信息，並對小區負載信息進行排序，得到最大負載的小區，並記為小區i；第二步，如果小區i的負載大於一個給定的由運行商根據自己的要求設定的門限σ，轉入第三步，否則，轉入第五步；第三步，在小區i中，對所有用戶和相鄰小區根據以下公式定義由於用戶k從小區i切換到小區j帶來的效用函數的增益；第四步，如果小區i的負載仍然大於門限σ，轉入第三步，否則結束。本發明同時考慮了負載均衡和系統吞吐量的優化，既能能降低切換次數，快速實現負載均衡，從而降低系統的信令開銷，又使得系統的吞吐量實現優化。
文檔編號H04W36/00GK101784078SQ20101001714
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月8日 優先權日2010年1月8日
發明者尤肖虎, 王浩, 潘志文, 劉楠, 吳平, 丁良輝 申請人:東南大學, 瑞典烏普薩拉大學