一種移動負載均衡方法、裝置及基站與流程
2024-03-06 03:22:15
本發明涉及移動通信技術領域，尤其涉及一種移動負載均衡方法、裝置及基站。
背景技術：
移動通信技術的持續快速發展，使得現代社會步入資訊時代，隨時隨地的無線接入能力已經成為一種新型的社會基礎設施。長期演進技術(Long Term Evolution-Advanced，LTE-A)作為事實上的第四代移動通信技術標準，已經得到廣泛網絡部署應用，為了減少配置和管理網絡的開銷，3GPP將自組織網絡(Self-Organizing Network，SON)引入LTE中，並認為SON是降低成本和複雜度的最有效手段，而移動負載均衡(Mobility Load Balancing，MLB)是SON功能中比較重要的一項技術，能夠解決負載均衡問題，優化小區重選、切換參數、均衡小區間的業務負荷，使小區間的負載維持在一個相對平衡的狀態，從而提高整個系統的容量，同時最小化網絡管理和優化任務中的人工幹預。
在現有的技術的一種負載均衡方法中，控制節點管轄範圍內的小區向該控制節點上報負載信息，當一小區觸發移動負載均衡時，向控制節點發送移動負載轉移請求，控制節點利用管轄範圍內的所有小區上報的負載信息為該小區確定最優轉移路徑並按照該路徑進行負載轉移。該方法通過用戶轉移使得小區之間的負載較為均衡，但並沒有從用戶角度出發，不能保證轉移後用戶的服務質量，用戶轉移後可能會出現服務質量下降，而且該方法在實施過程中可能會轉移(切換)較多用戶，進而影響用戶感知。在現有技術的另一種負載均衡方法中，當檢測當前小區過載時，選擇出滿足條件的終端以及可以切換到的鄰區，可以將當前小區負載切換掉同時又不會引起終端切換到的鄰小區超負載，然後將終端切 換到對應的鄰小區中，提高負載均衡處理效率。此方法不能保證切換後用戶得到滿意的服務質量，而且僅考慮一跳範圍內的鄰區作為目標鄰區進行負載均衡，並不一定能夠實現負載均衡。
由上可知，現有技術中的負載均衡方法更關注網絡整體性能，並不能保證負載均衡過程中用戶感知不受影響，這樣的技術方案無法滿足下一代以用戶為中心的蜂窩網絡的要求。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明要解決的一個技術問題是提供一種移動負載均衡方法、裝置及基站，以服務質量或負載差作為進行負載均衡的觸發條件，通過最少次數的用戶切換，使得所有用戶獲得滿意服務質量、小區間負載差小於預設差值閥值。
一種移動負載均衡方法，包括：監測第一小區與相鄰小區的負載狀態；判斷第一小區是否滿足進行負載均衡的觸發條件，如果是，則觸發負載均衡操作，生成負載均衡方案和切換門限參數，並將所述負載均衡方案和所述切換門限參數發送到目標小區；其中，所述觸發條件包括：第一小區與相鄰小區的負載差大於預設的差值閾值、第一小區不能保證用戶的服務質量Qos；所述目標小區進行用戶切換並調整切換門限參數。
根據本發明的一個實施例，進一步的，如果判斷第一小區滿足負載均衡觸發條件，將第一小區作為簇頭小區，收集並計算作用域內全部小區的負載均衡相關信息；其中，所述負載均衡相關信息包括：無線資源需求矩陣、RSRP矩陣以及鄰區關係。
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述生成負載均衡方案和切換門限參數、並將所述負載均衡方案和所述切換門限參數發送到目標小區包括：根據所述負載均衡相關信息構建負載均衡模型和約束條件；基於所述約束條件求解所述負載均衡模型，得出進行切換的用戶集合Xo和優化後的切換門限值簇頭小區將所述Xo和通過X2口發送給需要進行切換操作和參數調整的目標小區。
根據本發明的一個實施例，進一步的，以切換用戶數最少為目的構建所述負載均衡模型；所述負載均衡模型的目標為：
其中，X為進行負載均衡操作後蜂窩網絡的用戶分配矩陣，X0為負載均衡前蜂窩網絡的用戶分配矩陣；X是一個N×I維矩陣，其第n行第i列元素為xn,i，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I；xn,i是布爾變量，且
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述約束條件包括：負載均衡後作用域內所有小區之間的負載差小於預設門限、負載均衡後每個小區的無線資源使用率小於等於1、負載均衡後每個用戶的服務小區與鄰區信號功率差小於切換門限。
根據本發明的一個實施例，進一步的，構建作用域內所有小區的無線資源需求矩陣L、RSRP矩陣P以及鄰區關係；基於凸優化的算法對所述負載均衡模型進行求解，得到所述Xo和
根據本發明的一個實施例，進一步的，構建所述無線資源需求矩陣L，L是一個N×I維矩陣：
其中，Ln,i表示若用戶i的服務小區為小區n，滿足用戶i的Qos所需要使用的無線資源數，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I，N為作用域內小區的數量，I為用戶的總數。
根據本發明的一個實施例，進一步的，構建N×I維矩陣An：
其中，矩陣An的第n行等於L的第n行，其餘所有元素均為0，則給定用戶分配矩陣X時，小區n1中為了滿足所有用戶Qos所需要的無線資源之和可以表示為
根據本發明的一個實施例，進一步的，構建N×I維的RSRP矩陣P：
其中，Pn,i是用戶i接收到的來自小區n的RSRP值，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I，則用戶i接收到的來自服務小區ni的RSRP值可表示為：
其中，Ii是一個N維列向量，其第i個元素為1，其餘元素為0。
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述的約束條件包括：
n1＝1,2,...,N,n2∈{n1鄰區}、Tr((An)ΤX)≤1 n＝1,2,...,N、n＝1,2,...,N,i＝1,2,...,I、Tr((Bi)ΤX)＝1、
和xn,i＝0or 1 n＝1,2,...,N,i＝1,2,...,I
其中，ΔL為負載差預設閥值，Hmax為切換門限的最大值，負載均衡後用戶i的服務小區ni與小區n之間的切換門限，Bi為N×I維矩陣Bi＝[0N×(i-1) 1N 0N×(I-i)]，1N為N維全1列向量。
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述監測第一小區與相鄰小區的負載狀態包括：相鄰小區間定期通過X2口交換各自的負載信息。
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述負載信息包括：無線資源使用率、硬體資源負載指示、傳輸資源負載指示、可供使用的無線資源數目。
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述負載均衡方案包括：需要切換的用戶、用戶的切換源小區和目標小區。
為實現上述目的，本發明提供一種移動負載均衡裝置，包括：負載狀態監測單元，用於監測第一小區與相鄰小區的負載狀態；均衡決策處理單元，用於判斷第一小區是否滿足進行負載均衡的觸發條件，如果是，則觸發負載均衡操作，生成負載均衡方案和切換門限參數；所述觸發條件包括：第一小區與相鄰小區的負載差大於預設的差值閾值、第一小區不能保證用戶的服務質量Qos；均衡信息發送單元，用於並將所述負載均衡方案和所述切換門限參數發送到目標小區；其中，所述目標小區基於所述負載均衡方案和所述切換門限參數進行用戶切換並調整切換門限參數。
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述均衡決策處理單元，還用於如果判斷第一小區滿足負載均衡觸發條件，將觸發負載均衡操作的第一小區作為簇頭小區，收集並計算作用域內全部小區的負載均衡相關信息；其中，所述負載均衡相關信息包括：無線資源需求矩陣、RSRP矩陣以及鄰區關係。
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述均衡決策處理單元包括：模型構建模塊，用於根據所述負載均衡相關信息構建負載均衡模型和約束條件；模型求解模塊，用於基於所述約束條件求解所述負載均衡模型，得出進行切換的用戶集合Xo和優化後的切換門限值所述均 衡信息發送單元，還用於控制簇頭小區將所述Xo和通過X2口發送給需要進行切換操作和參數調整的目標小區。
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述模型構建模塊，還用於以切換用戶數最少為目的構建所述負載均衡模型；所述負載均衡模型的目標為：
其中，X為進行負載均衡操作後蜂窩網絡的用戶分配矩陣，X0為負載均衡前蜂窩網絡的用戶分配矩陣；X是一個N×I維矩陣，其第n行第i列元素為xn,i，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I；xn,i是布爾變量，且
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述模型構建模塊，還用於生成所述約束條件，包括：負載均衡後作用域內所有小區之間的負載差小於預設門限、負載均衡後每個小區的無線資源使用率小於等於1、負載均衡後每個用戶的服務小區與鄰區信號功率差小於切換門限。
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述模型構建模塊，還用於構建作用域內所有小區的無線資源需求矩陣L、RSRP矩陣P以及鄰區關係；所述模型求解模塊，還用於基於凸優化的算法對所述負載均衡模型進行求解，得到所述Xo和
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述模型構建模塊，還用於構建所述無線資源需求矩陣L，L是一個N×I維矩陣：
其中，Ln,i表示若用戶i的服務小區為小區n，滿足用戶i的Qos所 需要使用的無線資源數，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I，N為作用域內小區的數量，I為用戶的總數。
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述模型構建模塊，還用於構建N×I維矩陣An：
其中，矩陣An的第n行等於L的第n行，其餘所有元素均為0，則給定用戶分配矩陣X時，小區n1中為了滿足所有用戶Qos所需要的無線資源之和可以表示為
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述模型構建模塊，還用於構建N×I維的RSRP矩陣P：
其中，Pn,i是用戶i接收到的來自小區n的RSRP值，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I，則用戶i接收到的來自服務小區ni的RSRP值可表示為：：
其中，Ii是一個N維列向量，其第i個元素為1，其餘元素為0。
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述的約束條件包括：
n1＝1,2,...,N,n2∈{n1鄰區}、Tr((An)ΤX)≤1 n＝1,2,...,N、n＝1,2,...,N,i＝1,2,...,I、Tr((Bi)ΤX)＝1和xn,i＝0or1 n＝1,2,...,N,i＝1,2,...,I
其中，ΔL為負載差預設閥值，Hmax為切換門限的最大值，負載均衡後用戶i的服務小區ni與小區n之間的切換門限，Bi為N×I維矩陣Bi＝[0N×(i-1) 1N 0N×(I-i)]，1N為N維全1列向量。
根據本發明的一個實施例，進一步的，所述負載狀態監測單元，還用於控制相鄰小區間定期通過X2口交換各自的負載信息；其中，所述負載信息包括：無線資源使用率、硬體資源負載指示、傳輸資源負載指示、可供使用的無線資源數目。
為實現上述目的，本發明提供一種基站，包括如上所述的移動負載均衡裝置。
本發明的移動負載均衡方法、裝置及基站，能夠保證每個用戶在負載均衡後都能夠獲得期望的服務質量，並且負載均衡而需要進行切換的用戶數目最少，使得對用戶的影響降到最低，並且減少了系統操作和信令。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為根據本發明的移動負載均衡方法的一個實施例的流程示意圖；
圖2為根據本發明的移動負載均衡方法的技術原理的系統模型圖；
圖3為根據本發明的移動負載均衡方法的另一個實施例的流程示意 圖；
圖4為根據本發明的移動負載均衡裝置的一個實施例的示意圖；
圖5為根據本發明的移動負載均衡裝置的一個實施例中的均衡決策處理單元的示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本發明進行更全面的描述，其中說明本發明的示例性實施例。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。下面結合各個圖和實施例對本發明的技術方案進行多方面的描述。
下文中的「第一」等為描述上相區別，並沒有其它特殊的含義。
圖1為根據本發明的移動負載均衡方法的一個實施例的流程示意圖，如圖1所示：
步驟101，監測第一小區與相鄰小區的負載狀態。
步驟102，判斷第一小區是否滿足進行負載均衡的觸發條件，如果是，則觸發負載均衡操作，生成負載均衡方案和切換門限參數。觸發條件包括：第一小區與相鄰小區的負載差大於預設的差值閾值、第一小區不能保證用戶的服務質量Qos。
步驟103，將負載均衡方案和切換門限參數發送到目標小區。
步驟104，目標小區進行用戶切換並調整切換門限參數。
上述實施例中的移動負載均衡方法，提出了一種蜂窩網絡中以用戶感知為中心的移動負載均衡方法，能夠通過最少次數的用戶切換，使得網絡中小區負載更加均衡、每個用戶的Qos需求都得到滿足、蜂窩網絡的吞吐量和無線資源利用率得到提高，並通過對切換相關參數的自優化避免桌球切換、減少人工網絡管理開銷。
在一個實施例中，如果判斷第一小區滿足負載均衡觸發條件，將第 一小區作為簇頭小區，收集並計算作用域內全部小區的負載均衡相關信息。負載均衡相關信息包括：無線資源需求矩陣、RSRP矩陣以及鄰區關係。
根據負載均衡相關信息構建負載均衡模型和約束條件，基於約束條件求解負載均衡模型，得出進行切換的用戶集合Xo和優化後的切換門限值簇頭小區將Xo和通過X2口發送給需要進行切換操作和參數調整的目標小區。
以切換用戶數最少為目的構建負載均衡模型；負載均衡模型的目標為：
其中，X為進行負載均衡操作後蜂窩網絡的用戶分配矩陣，X0為負載均衡前蜂窩網絡的用戶分配矩陣；X是一個N×I維矩陣，其第n行第i列元素為xn,i，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I；xn,i是布爾變量，且
約束條件包括：負載均衡後作用域內所有小區之間的負載差小於預設門限、負載均衡後每個小區的無線資源使用率小於等於1、負載均衡後每個用戶的服務小區與鄰區信號功率差小於切換門限。構建作用域內所有小區的無線資源需求矩陣L、RSRP(Reference Signal Receiving Power，參考信號接收功率)矩陣P以及鄰區關係。
基於凸優化的算法對負載均衡模型進行求解，得到Xo和基於凸優化的求解算法指的是將移動負載均衡模型中的布爾變量鬆弛為[0,1]區間的一個實數，並利用常規凸優化問題解法如內點法等進行求解的算法。
在一個實施例中，構建無線資源需求矩陣L，L是一個N×I維矩陣：
其中，Ln,i表示若用戶i的服務小區為小區n，滿足用戶i的Qos所需要使用的無線資源數，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I，N為作用域內小區的數量，I為用戶的總數。例如，在LTE系統中，Ln,i表示的是所需要的子載波數與全部子載波數之比。
構建N×I維矩陣An：
其中，矩陣An的第n行等於L的第n行，其餘所有元素均為0，則給定用戶分配矩陣X時，小區n1中為了滿足所有用戶Qos所需要的無線資源之和可以表示為：
構建N×I維的RSRP矩陣P：
其中，Pn,i是用戶i接收到的來自小區n的RSRP值，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I，則用戶i接收到的來自服務小區ni的RSRP值可表示為：
其中，Ii是一個N維列向量，其第i個元素為1，其餘元素為0。
約束條件包括：
n1＝1,2,...,N,n2∈{n1鄰區}、Tr((An)ΤX)≤1 n＝1,2,...,N、n＝1,2,...,N,i＝1,2,...,I、Tr((Bi)ΤX)＝1、和xn,i＝0or1 n＝1,2,...,N,i＝1,2,...,I
其中，ΔL為負載差預設閥值，Hmax為切換門限的最大值，負載均衡後用戶i的服務小區ni與小區n之間的切換門限，Bi為N×I維矩陣Bi＝[0N×(i-1) 1N 0N×(I-i)]，1N為N維全1列向量。
在一個實施例中，相鄰小區間定期交換各自的負載信息。每個小區監測無線資源使用情況，無線資源使用情況是指小區的無線資源是否足夠滿足小區內所有用戶的無線資源需求。觸發負載均衡的小區作為簇頭小區收集作用域內所有小區的無線資源需求矩陣、RSRP矩陣以及鄰區關係。
無線資源需求矩陣是指包括了每個用戶在作用域內不同小區內所需要的無線資源數目的矩陣，作用域是指以簇頭小區為中心、參與負載均衡過程的多跳鄰區範圍，跳數由運營商設定。RSRP矩陣指的是包含了每個用戶接收到的來自作用域內不同小區的參考信號功率的矩陣。
簇頭小區構建負載均衡模型，並利用提出的基於凸優化的算法進行求解，得到負載均衡方案和優化後的切換門限值。簇頭小區將負載均衡方案和優化後切換門限值發送給需要進行切換操作和參數調整的目標小區。目標小區根據接收到的信息，進行用戶切換，並調整切換門限參數。
移動負載均衡模型是指一個以切換用戶數最少為目標，約束條件分 別為負載均衡後作用域內所有小區的負載差小於預設門限、負載均衡後每個小區的無線資源使用率小於等於1、負載均衡後每個用戶的服務小區與鄰區信號功率差小於切換門限的數學模型。
在一個實施例中，如圖2所示的蜂窩網絡，網絡中有I個用戶，i＝1,2,...,I，有N個小區，n＝1,2,...,N。
Ln,i表示用戶i的服務小區為n時，滿足用戶i的Qos需求所需要的歸一化的無線資源，我們採用吞吐量/數據速率Ti作為Qos指標。在LTE系統中，物理層採用OFDMA多址接入方式，系統頻帶被等分為若干子載波組(即資源塊，RB)，用戶在進行資源分配時是以RB為基本單位進行的即Ln,i表示的是所需要的RB數與全部RB數之比。
小區負載Ln,n＝1,2,...,N，Ln表示小區n中為了滿足所有用戶Qos所需要的無線資源之和，此時Ln可能大於1，即小區n無法滿足所有用戶的Qos需求，需要根據調度器的規則犧牲一部分用戶的Qos。
負載均衡前用戶i的服務小區記為ni，RSRP記為SINR記為
負載均衡後用戶i的服務小區記為RSRP記為SINR記為
負載均衡前，系統切換門限(A3事件RSRP差)記為表示主小區ni與鄰小區n的RSRP差的門限，若則用戶i將會從主小區ni切換到小區n。
負載均衡後，系統切換門限(A3事件RSRP差)記為表示主小區與鄰小區n的RSRP差的門限。
在實際的網絡中，負載均衡前用戶的服務小區ni、RSRP值SINR值以及吞吐量均是已知的。為了實現負載均衡，即確定負載均衡後用戶i的服務小區需要估計負載均衡後用戶i所需要的無線資源
記小區n的發射功率為Pn，小區n到用戶i的信道增益為hn,i，hn,i包含路徑損耗和陰影衰落，不考慮小尺度衰落。那麼用戶i接收到的來自小區n的RSRP值為：
Pn,i＝Pnhn,i。
假設網絡中所有用戶處於靜止狀態或者慢速移動狀態，則有即負載均衡前後，用戶i接收到的來自小區n的RSRP值保持不變。
記系統中的子載波數為M,m＝1,2,...,M。負載均衡後，用戶i在子載波m上的SINR值可以表示為：
在上式中，取值為0或1，表示小區與小區n均使用了子載波m。該式說明了負載均衡後用戶i的SINR以及所需要的無線資源取決於負載均衡的結果(即用戶與小區的附著關係)以及小區調度器的調度策略和算法。
在負載均衡中，為了提高均衡的魯棒性，避免出現桌球現象，需要考慮最壞的情況，即可能出現的最差SINR值，從而保證切換後的小區有足夠的資源接納切換用戶。用戶i在子載波m上的最差SINR值出現在所有小區都使用了子載波m進行數據傳輸的情況下，即對於任意小區n，都等於1，此時
基於該SINR值，根據香農容量公式或者link adaptive model，我們可以得到用戶i在負載均衡後所需要的無線資源。
至此，估計得到了負載均衡後用戶i所需要的無線資源。
接下來，對蜂窩異構網絡中的負載均衡問題進行建模。希望能夠通過調整用戶與小區的關聯關係，使得網絡能夠為用戶提供滿意的服務質量，並使全網的負載較為均衡，提高網絡設備的利用率。在進行負載均衡時，目標是最小化需要進行切換的用戶數，從而最大程度上減小對用 戶體驗的影響。
定義判斷函數：
即為了實現均衡負載，用戶i發生了切換，則判斷函數值為1；若用戶i沒有發生切換，則判斷函數值為0。
負載均衡問題可建模如下：
Ln≤1 n＝1,2,...,N (1-3)
式(1-1)是表示需要做切換的用戶數，即該負載均衡的目標是最小化均衡負載所需的切換次數；
式(1-2)是表示負載均衡後，相鄰小區間的負載差在預設合理範圍內，稱為負載均衡準則；表示可以根據具體的一對小區進行負載差門限值的設置，接下來的討論中，假設為常數，即
式(1-3)是表示負載均衡後，滿足所有用戶的吞吐量需求(Qos)時的無線資源之和小於1，也就是說所有用戶的Qos都能被滿足，稱為Qos準則。
式(1-4)是表示負載均衡後所有用戶都不會發生切換，式中切換門限為待優化的未知參數，通過優化該切換參數，防止用戶出現桌球切換，從而避免頻繁的負載均衡，稱為均衡魯棒性準則。
防止用戶出現桌球切換的基本思路是：(1)不需要切換的用戶不會觸發切換條件；(2)需要切換的用戶，切換後不能再次發生切換。式(1-4)是條件(1)和條件(2)的數學表達。
構建無線資源需求矩陣L，L是一個N×I維矩陣，其第n行第i列元素為Ln,i，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I，它表示若用戶i的服務小區為小區n，那麼滿足用戶i的Qos所需要使用的無線資源數。
構建用戶分配矩陣(用戶關聯矩陣)X，X是一個N×I維矩陣，其第n行第i列元素為xn,i，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I。xn,i是布爾變量，且
因此，矩陣X給出了網絡(簇)中所有用戶與基站的關聯關係。
記負載均衡前蜂窩網絡的用戶分配矩陣為X0，那麼有：
式中，||·||F表示Frobenius範數。
構建N×I維矩陣An
即矩陣An的第n行等於L的第n行，其餘所有元素均為0。則有
構建N×I維矩陣Bi：
Bi＝[0N×(i-1) 1N 0N×(I-i)]
式中，1N為N維全1列向量。則有:
Tr((Bi)ΤX)＝1
構建N×I維的RSRP矩陣P:
其第n行第i列元素為Pn,i，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I。Pn,i是用戶i接收到的來自小區n的RSRP值。則有:
Pn,i＝(Pi)ΤXIi:
式中，Ii是一個N維列向量，其第i個元素為1，其餘元素為0。
至此，負載均衡模型可重寫為:
n1＝1,2,...,N,n2∈{n1鄰區} (2-2)
Tr((An)ΤX)≤1 n＝1,2,...,N (2-3)
Tr((Bi)ΤX)＝1 (2-6)
xn,i＝0or 1 n＝1,2,...,N,i＝1,2,...,I (2-7)
式(2-5)表示切換(A3事件)門限的取值範圍，通常是由設備商設置的。(2-6)表示X是布爾量矩陣，因此，該優化問題是個典型的0-1離散規劃問題，也是個NP難問題。
接下來討論求解前述負載均衡模型的算法原理和步驟:
根據凸優化理論，式(2)給出的負載均衡模型中，目標函數為凸函數，約束條件(2-2)、(2-3)、(2-4)、(2-5)和(2-6)均為線性約束，而只有約束條件(2-7)是非凸約束。因此，我們可以通過對約束條件(2-7)進行適當的鬆弛，將式(2)負載均衡模型轉 化為一個如下的凸優化問題:
n1＝1,2,...,N,n2∈{n1鄰區} (3-2)
Tr((An)ΤX)≤1 n＝1,2,...,N (3-3)
Tr((Bi)ΤX)＝1 (3-6)
0≤xn,i≤1 n＝1,2,...,N,i＝1,2,...,I (3-7)
式(3)所示的模型是經典的線性約束二次規劃問題，可以使用常用算法進行求解。
基於上述分析，給出基於鬆弛的凸優化算法步驟：
1.將模型(2)鬆弛為模型(3)；
2.求解模型(3)，得到最優解和
3.對模型(3)最優解中的所有元素進行四捨五入操作，得到模型(2)的次優解Xo，並確定
圖3為根據本發明的移動負載均衡方法的另一個實施例的流程示意圖，如圖3所示：
步驟201：負載狀態檢測。檢測對象分為兩類，一類是相鄰小區間定期通過X2口交換各自的負載信息，判斷小區間負載差是否超過運營商預設的門限ΔL；二是每個小區監測是否能夠給小區內所有用戶提供滿意的服務質量Qos。
步驟202：負載均衡觸發。觸發事件有兩類，一類是當某個小區發現自己與某個鄰區間的負載差過大，超過運營商預設的門限ΔL時，系統觸發負載均衡操作。二是當某個小區發現自己無法為當前所有用戶提供滿意的服務質量Qos時，則系統觸發負載均衡。
步驟203：負載均衡源信息收集。觸發負載均衡的小區作為簇頭小區，簇頭小區通過X2口，收集作用域內所有小區的負載均衡相關信 息，例如，作用域內的無線資源需求矩陣L、包含所有用戶RSRP信息的RSRP矩陣P以及作用域內所有鄰區關係。
步驟204：負載均衡策略計算與生成。簇頭小區根據收集得到的信息構建負載均衡模型，並利用前述提出的算法進行求解，得到需要進行切換的用戶集合Xo和優化後的切換門限值
步驟205：負載均衡策略分發。簇頭小區將Xo和通過X2口發送給需要進行切換操作和參數調整的目標小區。
步驟206：負載均衡策略執行。目標小區根據接收到的信息，進行用戶切換，並調整切換門限參數。
本發明提供一種移動負載均衡裝置，如圖4、5所示。負載狀態監測單元41監測第一小區與相鄰小區的負載狀態。均衡決策處理單元42判斷第一小區是否滿足進行負載均衡的觸發條件，如果是，則觸發負載均衡操作，生成負載均衡方案和切換門限參數；觸發條件包括：第一小區與相鄰小區的負載差大於預設的差值閾值、第一小區不能保證用戶的服務質量Qos。
均衡信息發送單元43將負載均衡方案和切換門限參數發送到目標小區。目標小區基於負載均衡方案和切換門限參數進行用戶切換並調整切換門限參數。
均衡決策處理單元42如果判斷第一小區滿足負載均衡觸發條件，將觸發負載均衡操作的第一小區作為簇頭小區，均衡決策處理單元42收集並計算作用域內全部小區的負載均衡相關信息。負載均衡相關信息包括：無線資源需求矩陣、RSRP矩陣以及鄰區關係等。
均衡決策處理單元42包括：模型構建模塊421和模型求解模塊422。模型構建模塊421根據負載均衡相關信息構建負載均衡模型和約束條件。模型求解模塊422基於約束條件求解負載均衡模型，得出進行切換的用戶集合Xo和優化後的切換門限值均衡信息發送單元43控制簇頭小區將Xo和通過X2口發送給需要進行切換操作和參數調整的目標小區。
模型構建模塊421以切換用戶數最少為目的構建負載均衡模型。負 載均衡模型的目標為：
其中，X為進行負載均衡操作後蜂窩網絡的用戶分配矩陣，X0為負載均衡前蜂窩網絡的用戶分配矩陣；X是一個N×I維矩陣，其第n行第i列元素為xn,i，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I；xn,i是布爾變量，且
模型構建模塊421生成約束條件，約束條件包括：負載均衡後作用域內所有小區之間的負載差小於預設門限、負載均衡後每個小區的無線資源使用率小於等於1、負載均衡後每個用戶的服務小區與鄰區信號功率差小於切換門限。
模型構建模塊421構建作用域內所有小區的無線資源需求矩陣L、RSRP矩陣P以及鄰區關係。模型求解模塊422基於凸優化的算法對負載均衡模型進行求解，得到Xo和
模型構建模塊421構建無線資源需求矩陣L，L是一個N×I維矩陣：
其中，Ln,i表示若用戶i的服務小區為小區n，滿足用戶i的Qos所需要使用的無線資源數，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I，N為作用域內小區的數量，I為用戶的總數。
模型構建模塊421構建N×I維矩陣An：
其中，矩陣An的第n行等於L的第n行，其餘所有元素均為0，則給定用戶分配矩陣X時，小區n1中為了滿足所有用戶Qos所需要的無線資源之和可以表示為：
模型構建模塊421構建N×I維的RSRP矩陣P：
其中，Pn,i是用戶i接收到的來自小區n的RSRP值，n＝1,2,...,N，i＝1,2,...,I，則用戶i接收到的來自服務小區ni的RSRP值可表示為：
其中，Ii是一個N維列向量，其第i個元素為1，其餘元素為0。
約束條件包括：
n1＝1,2,...,N,n2∈{n1鄰區}、Tr((An)ΤX)≤1 n＝1,2,...，N、n＝1,2,...,N,i＝1,2,...,I、Tr((Bi)ΤX)＝1、和xn,i＝0or1 n＝1,2,...,N,i＝1,2,...,I
其中，ΔL為負載差預設閥值，Hmax為切換門限的最大值，負 載均衡後用戶i的服務小區ni與小區n之間的切換門限，Bi為N×I維矩陣Bi＝[0N×(i-1) 1N 0N×(I-i)]，1N為N維全1列向量。
負載狀態監測單元421控制相鄰小區間定期通過X2口交換各自的負載信息。負載信息包括：無線資源使用率、硬體資源負載指示、傳輸資源負載指示、可供使用的無線資源數目等。
在一個實施例中，本發明提供一種基站，包括如上的移動負載均衡裝置。
上述實施例提供的移動負載均衡方法、裝置及基站，以用戶感知為中心，能夠保證每一個用戶在負載均衡後都能夠獲得期望的服務質量，並且負載均衡而需要進行切換的用戶數目最少，使得對用戶的影響降到最低，並且減少了系統操作和信令。構建了以用戶感知為中心的移動負載均衡模型，並給出了基於凸優化的求解算法，不需要進行大量的窮舉，計算複雜度低，這種優勢在多跳鄰區場景下更為明顯。優化負載均衡後小區間的切換參數，確保用戶不出現桌球切換，魯棒性強。支持多跳鄰區的負載均衡，適用範圍廣。
可能以許多方式來實現本發明的方法和系統。例如，可通過軟體、硬體、固件或者軟體、硬體、固件的任何組合來實現本發明的方法和系統。用於方法的步驟的上述順序僅是為了進行說明，本發明的方法的步驟不限於以上具體描述的順序，除非以其它方式特別說明。此外，在一些實施例中，還可將本發明實施為記錄在記錄介質中的程序，這些程序包括用於實現根據本發明的方法的機器可讀指令。因而，本發明還覆蓋存儲用於執行根據本發明的方法的程序的記錄介質。
本發明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而並不是無遺漏的或者將本發明限於所公開的形式。很多修改和變化對於本領域的普通技術人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，並且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適於特定用途的帶有各種修改的各種實施例。