專利名稱：一種蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載均衡方法、裝置和基站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，尤其涉及一種蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng) 絡(luò)中的負(fù)載均衡方法、裝置和基站。
背景技術(shù)：
未來的第四代無線通信系統(tǒng)的目標(biāo)是在更大的覆蓋范圍內(nèi)提供更高 的數(shù)據(jù)傳輸速率。協(xié)作中繼技術(shù)是實現(xiàn)這一目標(biāo)的一種有效的解決方 案。在協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中，基站和用戶終端之間布設(shè)有一個或多個中繼
站；在數(shù)據(jù)傳輸過程中，發(fā)端與收端之間的直跳鏈路以及中繼站與收端 之間的中繼鏈路在收端處形成分集，提高了接收信號質(zhì)量，從而擴(kuò)大了 系統(tǒng)容量。
盡管協(xié)作中繼技術(shù)能夠有效地擴(kuò)大系統(tǒng)容量，但由于未來蜂窩通信 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)具有更高的突發(fā)性和分布不均勻性，在某些熱點小區(qū)仍有可 能出現(xiàn)擁塞的情況，而同時，相鄰的小區(qū)可能仍處于空閑狀態(tài)。如果一 味地提高熱點小區(qū)的容量以降低阻塞率，則會造成頻譜利用率下降，并 帶來較大的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的 一個技術(shù)問題是提供一種蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù) 載均衡方法，能夠降低整個小區(qū)簇的阻塞率，有效提高系統(tǒng)的頻譜效 率。
本發(fā)明提供一種蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載均衡方法，包括選取 與熱點小區(qū)相鄰的非熱點小區(qū)組成小區(qū)簇；才艮據(jù)小區(qū)蔟內(nèi)各小區(qū)的負(fù)載 狀態(tài)確定熱點小區(qū)向每個非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量；確定熱點小區(qū)的轉(zhuǎn) 移業(yè)務(wù)用戶、所述業(yè)務(wù)用戶^f吏用的中繼站和傳輸信道。根據(jù)本發(fā)明的負(fù)載均衡方法的一個實施例，上述選取與熱點小區(qū)相
鄰的非熱點小區(qū)組成小區(qū)簇的步驟包括熱點小區(qū)向相鄰小區(qū)發(fā)起建簇 邀請，相鄰小區(qū)收到邀請后向熱點小區(qū)凈艮告本小區(qū)的當(dāng)前業(yè)務(wù)量；熱點 小區(qū)才艮據(jù)相鄰小區(qū)的當(dāng)前業(yè)務(wù)量的大小選取一個或者多個相鄰小區(qū)；熱 點小區(qū)向選取的相鄰小區(qū)發(fā)送建蔟請求，收到確認(rèn)后小區(qū)簇建立。
根據(jù)本發(fā)明的負(fù)載均衡方法的另一實施例，上述根據(jù)小區(qū)簇內(nèi)各小 區(qū)的負(fù)載狀態(tài)確定向非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量的步驟包括熱點小區(qū)向 小區(qū)蔟內(nèi)相鄰小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量與所述相鄰小區(qū)的負(fù)載成反比，使負(fù)載 轉(zhuǎn)移后小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的業(yè)務(wù)量基本相同。上述確定熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè) 務(wù)用戶、所述業(yè)務(wù)用戶使用的中繼站和傳輸信道的步驟包括對于熱點 小區(qū)的非實時用戶，在非熱點小區(qū)內(nèi)選擇離所述用戶距離最近的n中繼 站作為所述用戶在所述非熱點小區(qū)的候選接入點；分別計算熱點小區(qū)的 非實時用戶通過每條信道接入非熱點小區(qū)的每個候選接入點的轉(zhuǎn)移效 率；依次選取轉(zhuǎn)移效率最大的m個值，按照所述轉(zhuǎn)移效率值所對應(yīng)的 非實時用戶、傳輸信道、轉(zhuǎn)移小區(qū)和候選接入點進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)移；其中 n、 m為整數(shù)。
本發(fā)明提供一種蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載均衡方法，通過選取 相鄰的非熱點小區(qū)組成小區(qū)簇，確定熱點小區(qū)向非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè) 務(wù)量并進(jìn)行相應(yīng)的資源調(diào)度，能夠降低整個小區(qū)簇的阻塞率，有效提 高系統(tǒng)的頻i普效率。
本發(fā)明要解決的另 一技術(shù)問題是提供一種蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù) 載均衡裝置，能夠降低整個小區(qū)簇的阻塞率，有效提高系統(tǒng)的頻i瞽效 率。
本發(fā)明提供一種蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載均衡裝置，包括小 區(qū)簇生成模塊，用于選取與熱點小區(qū)相鄰的非熱點小區(qū)，組成小區(qū) 簇；業(yè)務(wù)量確定模塊，用于根據(jù)所述小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的負(fù)載狀態(tài)確定 熱點小區(qū)向非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量；資源分配模塊，用于根據(jù)向非 熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量確定熱點小區(qū)的轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)用戶、所述業(yè)務(wù)用戶 使用的中繼站和傳輸信道。根據(jù)本發(fā)明的蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載均衡裝置的一個實施例，
上述小區(qū)簇生成模塊包括邀請發(fā)送單元，用于向相鄰小區(qū)發(fā)起建簇邀 請；小區(qū)選擇單元，用于接收來自相鄰小區(qū)的響應(yīng)，根據(jù)所述響應(yīng)中包 括的當(dāng)前業(yè)務(wù)量的大小依次選取一個或者多個相鄰小區(qū)；建簇確認(rèn)單 元，用于向選取的相鄰小區(qū)發(fā)送建蔟請求，接收來自所述相鄰小區(qū)的確 認(rèn)，建立小區(qū)簇。
根據(jù)本發(fā)明的蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載均衡裝置的另一個實施 例，上述資源分配模塊包括候選接入點確定單元，用于為熱點小區(qū) 的非實時用戶在非熱點小區(qū)內(nèi)選擇離所述用戶距離最近的n中繼站 作為所述用戶在所述非熱點小區(qū)的候選接入點；轉(zhuǎn)移效率確定單元， 用于分別計算熱點小區(qū)的非實時用戶通過每個信道接入非熱點小區(qū)的 每個候選接入點的轉(zhuǎn)移效率；資源分配調(diào)度單元，用于選取轉(zhuǎn)移效率 最大的m個值，按照所述轉(zhuǎn)移效率值所對應(yīng)的非實時用戶、傳輸信 道、轉(zhuǎn)移小區(qū)和候選接入點進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)移。
本發(fā)明提供的負(fù)載均衡裝置，通過小區(qū)簇生成模塊選取非熱點小區(qū) 組成小區(qū)簇，通過業(yè)務(wù)量確定模塊確定需要向各個非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的 業(yè)務(wù)量，并通過資源分配模塊實現(xiàn)資源調(diào)度，能夠降低整個小區(qū)簇的 阻塞率，有效提高系統(tǒng)的頻鐠效率。


圖l是本發(fā)明的負(fù)載均衡方法的一個實施例的流程圖； 圖2是本發(fā)明的負(fù)載均衡方法的另一實施例的流程圖； 圖3是本發(fā)明的負(fù)載均衡方法的一個實施例中進(jìn)行資源調(diào)度的流程
圖4是本發(fā)明的負(fù)載均衡裝置的一個實施例的框圖； 圖5是本發(fā)明的負(fù)載均衡裝置的另一實施例的框圖； 圖6是不同負(fù)載均衡方案的阻塞率的對比曲線圖； 圖7是不同負(fù)載均衡方案的頻譜效率的對比曲線圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述，其中說明本發(fā)明的示例 性實施例。
圖l是本發(fā)明的負(fù)載均衡方法的一個實施例的流程圖。
如圖1所示，在步驟102，熱點小區(qū)選取與熱點小區(qū)相鄰的非熱點 小區(qū)組成小區(qū)簇。熱點小區(qū)才艮據(jù)本小區(qū)的業(yè)務(wù)分布情況和相鄰小區(qū)的負(fù) 載情況，動態(tài)選^目鄰的非熱點小區(qū)組成小區(qū)簇。
在步驟104，熱點小區(qū)根據(jù)小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的負(fù)載狀態(tài)確定熱點小 區(qū)向非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量。熱點小區(qū)確定向非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù) 量，使得小區(qū)簇的平均阻塞率降低。
在步驟106，確定熱點小區(qū)的轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)用戶、業(yè)務(wù)用戶使用的中繼 站和傳輸信道。熱點小區(qū)以小區(qū)簇的總轉(zhuǎn)移效率為目標(biāo)，對熱點小區(qū)內(nèi) 轉(zhuǎn)移的用戶進(jìn)行資源調(diào)度，確定轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)用戶，轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)用戶轉(zhuǎn)向 的非熱點小區(qū)中使用的中繼站以及傳輸信道。
在本發(fā)明的一些實施例中，不對實時業(yè)務(wù)用戶進(jìn)行轉(zhuǎn)移，只有非實
區(qū)，從而保證熱點小區(qū)內(nèi)實時業(yè)務(wù)的QoS。
圖2是本發(fā)明的負(fù)載均衡方法的另一實施例的流程圖。
如圖2所示，在步驟202，熱點小區(qū)向周圍的相鄰小區(qū)發(fā)起建蔟邀
請，相鄰小區(qū)收到邀請后向熱點小區(qū)寺艮告本小區(qū)的當(dāng)前業(yè)務(wù)量；
在步驟204,熱點小區(qū)根據(jù)相鄰小區(qū)的當(dāng)前業(yè)務(wù)量的大小選取一個
或者多個相鄰小區(qū)，以組建小區(qū)簇。熱點小區(qū)可以才艮據(jù)相鄰小區(qū)的當(dāng)前
業(yè)務(wù)量從小到大依次選取，直到小區(qū)簇的平均業(yè)務(wù)量小于門限值或者所
有可用相鄰小區(qū)都被選取為止。
在步驟206,熱點小區(qū)向選取的相鄰小區(qū)發(fā)送建簇請求，熱點小區(qū)
收到確認(rèn)后小區(qū)蔟建立。由熱點小區(qū)擔(dān)當(dāng)簇首。
在步驟208,小區(qū)簇建立之后，熱點小區(qū)根據(jù)小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的負(fù)
載情況確定向非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量，使得整個小區(qū)簇的平均阻塞率
最低，負(fù)載均衡后熱點小區(qū)的業(yè)務(wù)量低于門限值。在步驟210，在確定向各個非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量后，確定向各 個非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)用戶、轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)用戶所使用的中繼站以及傳 輸信道。
下面詳細(xì)介紹如何根據(jù)小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的負(fù)載情況確定向非熱點小 區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量。
假設(shè)小區(qū)簇內(nèi)非熱點小區(qū)的個數(shù)為C;熱點小區(qū)的當(dāng)前業(yè)務(wù)量為 T，阻塞率為B，非熱點小區(qū)的當(dāng)前業(yè)務(wù)量和阻塞率分別為Tc和Bc (c=l，2，...，C);熱點小區(qū)的業(yè)務(wù)量的預(yù)設(shè)門限值為Tf， Tf的大小可由系統(tǒng) 阻塞率要求而定；負(fù)載均衡過程中，熱點小區(qū)預(yù)轉(zhuǎn)移的總業(yè)務(wù)量為 AT，其中轉(zhuǎn)向每個非熱點小區(qū)的業(yè)務(wù)量所占的百分比為pc,轉(zhuǎn)向每個 非熱點小區(qū)的實際業(yè)務(wù)量為ATc。
對于每個非熱點小區(qū)，有
△rc 二Ar./v(1-4) (c = i,2"."c) d)
對于熱點小區(qū)，有
r-7> = |>7; = |>7^-(1_4) = ,|>.(1一4)
(2)
由此可得，熱點小區(qū)預(yù)轉(zhuǎn)移的總業(yè)務(wù)量大小為
IX1-W h、
熱點小區(qū)轉(zhuǎn)向每個非熱點小區(qū)的實際業(yè)務(wù)量大小為
△rc= c r-r/——&(c",2，…,c)
在上述(1)至(4)的公式中，各小區(qū)的業(yè)務(wù)量T (Tc)與阻塞率 B (Bc)均月良從ErlangB公式，即
5 = ^^A-^V (c = l,2,.."C)
臺W , 臺W (5)
上式(5)中，N表示各小區(qū)的信道數(shù)目。根據(jù)公式(5)，在已知 系統(tǒng)阻塞率的要求Bf (例如阻塞率低于2%，即Bf = 2% )的情況下，可推算出熱點小區(qū)業(yè)務(wù)量的門限值Tf。
根據(jù)理論證明推知，在小區(qū)簇總業(yè)務(wù)量不變的情況下，當(dāng)簇內(nèi)每個 小區(qū)的業(yè)務(wù)量相同(即總業(yè)務(wù)量在各小區(qū)平均分配)時，整個小區(qū)簇的 平均阻塞率最低。因此，為了保證負(fù)載均衡后整個小區(qū)簇的平均阻塞率 最低，在負(fù)載均衡過程中，在保證熱點小區(qū)的業(yè)務(wù)量低于門P艮值的前提 下，應(yīng)該盡量使得負(fù)載轉(zhuǎn)移后小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的業(yè)務(wù)量相同，這可以通 過合理設(shè)置參數(shù)Pe來實現(xiàn)。這里，令<formula>formula see original document page 10</formula>
-l (6) 從上式(6)可以看出，轉(zhuǎn)向各非熱點小區(qū)的業(yè)務(wù)量所占的百分比 與各非熱點小區(qū)的業(yè)務(wù)量的倒數(shù)成比例，即非熱點小區(qū)的業(yè)務(wù)量越大，
負(fù)載均衡過程中轉(zhuǎn)向該小區(qū)的業(yè)務(wù)量就越小。這種設(shè)置方式雖然不能保 證負(fù)載均衡之后各小區(qū)的業(yè)務(wù)量嚴(yán)格相同，但也極大地縮小了各小區(qū)之 間業(yè)務(wù)量的差距，有效降低了小區(qū)簇系統(tǒng)的平均阻塞率，并且實現(xiàn)簡 單。
在確定轉(zhuǎn)移到各個非熱點小區(qū)的業(yè)務(wù)量之后，可以對熱點小區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn) 移的非實時業(yè)務(wù)用戶進(jìn)行資源調(diào)度。資源調(diào)度的目標(biāo)是使整個小區(qū)簇的 總轉(zhuǎn)移效率最大。在下面的描述中，假設(shè)系統(tǒng)釆用OFDMA物理層技 術(shù)。首先，根據(jù)轉(zhuǎn)向各非熱點小區(qū)的業(yè)務(wù)量大小，為每個非熱點小區(qū)選 擇相應(yīng)數(shù)量的轉(zhuǎn)移用戶，然后為每個轉(zhuǎn)移用戶指定接入的中繼站，并分 配OFDMA子信道。
對于每一個轉(zhuǎn)移的非實時業(yè)務(wù)用戶，設(shè)定
轉(zhuǎn)移效率=負(fù)載轉(zhuǎn)移之后的頻i普效率—負(fù)載轉(zhuǎn)移前的頻鐠效率
協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)存在兩種傳輸鏈路直跳鏈路和中繼鏈路。在直跳鏈 路中，基站和移動臺之間像普通蜂窩網(wǎng)絡(luò)一樣進(jìn)行直接通信；在中繼鏈 路中，以下行為例，中繼站首先接收基站信號，然后再將信號轉(zhuǎn)發(fā)給移 動臺。特殊地，對于協(xié)作中繼來說，接收端同時接收直跳鏈路和中繼鏈 路的多路信號，形成分集，有效地提高了系統(tǒng)的頻譜效率。根據(jù)分集方式的不同，協(xié)作中繼的實現(xiàn)分為時分、頻分、空分等方 式。這里采用基于兩跳中繼的時分協(xié)作方式，即在第一個時隙中，發(fā)端
將信號同時發(fā)送給收端和中繼站；在第二個時隙中，由中繼站將接收信 號再次轉(zhuǎn)發(fā)給收端，這樣在收端就實現(xiàn)了時間分集。
考慮下行鏈路，假設(shè)基站發(fā)送的信號為Xbs，中繼站和移動臺接收
到的信號分別為yRs和yMS;基站和中繼站的發(fā)射功率分別為PBS和 PRS;基站到移動臺、基站到中繼站和中繼站到移動臺的信道增益分別 為hBM, hBR和hRM;高斯白噪聲為n，功率譜密度為N。W。并且，下 標(biāo)1和2分別表示第一和第二個時隙。
對于直跳鏈路，信道模型可以表示為
<formula>formula see original document page 11</formula>( 7 )
由仙農(nóng)公式，可得直跳鏈路的頻語效率為(bit/s/Hz)
<formula>formula see original document page 11</formula>， (8) 對于中繼鏈路，規(guī)定采用DF (解碼轉(zhuǎn)發(fā))轉(zhuǎn)發(fā)方式，即在第一個
時隙中，中繼站將接收到的信號xbs進(jìn)行解碼，如果解碼成功，則在第 二個時隙中以功率Prs將信號xbs發(fā)送給移動臺。信道模型可以表示
為
<formula>formula see original document page 11</formula> ( 9 )
同理，由仙農(nóng)公式可得到DF模式下中繼鏈路的頻i普效率為 (bit/s/Hz)
<formula>formula see original document page 11</formula>
在上式(10)中，1/2表示移動臺在兩個時隙中接收了同樣的信
命
至此，便得到了協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中頻鐠效率的的計算方法。假設(shè)熱點 小區(qū)內(nèi)待轉(zhuǎn)移的非實時業(yè)務(wù)用戶為m，轉(zhuǎn)移接入的非熱點小區(qū)的中繼站 為r，分配的OFDMA子信道為f，并且^^."表示熱點小區(qū)內(nèi)的用戶m在子信道f上通過中繼站r轉(zhuǎn)移到非熱點小區(qū)c的轉(zhuǎn)移效率，則有
(11)
其中，和分別表示負(fù)載轉(zhuǎn)移之前和之后的頻鐠效率。 為了保證負(fù)載均衡后小區(qū)簇的總轉(zhuǎn)移效率最大，熱點小區(qū)必須合理 選擇轉(zhuǎn)移的非實時業(yè)務(wù)用戶，并為每一個轉(zhuǎn)移的用戶分配最優(yōu)的轉(zhuǎn)移接
入點和OFDMA子信道。
假設(shè)熱點小區(qū)內(nèi)待轉(zhuǎn)移的非實時業(yè)務(wù)用戶數(shù)為M，每個小區(qū)內(nèi)中繼 站的數(shù)目為R，系統(tǒng)中OFDMA子信道的數(shù)目為N,并且，每個非實時 業(yè)務(wù)用戶m的業(yè)務(wù)量表示為T(m)。為了實現(xiàn)整個小區(qū)簇的最大轉(zhuǎn)移效 率，負(fù)載均衡過程中的資源調(diào)度問題可以表示為如下的最優(yōu)化模型
^ ZZZZH,
Max m=l""
A/尺 iV
m=l r=l =1 ( 11 )
上述^^莫型中，最優(yōu)化的目標(biāo)是^f吏整個小區(qū)簇的總轉(zhuǎn)移效率最大，其 中Anw"是o-l變量，并且要求每個OFDMA子信道最多只能分配一 次，轉(zhuǎn)向各個非熱點小區(qū)的非實時業(yè)務(wù)用戶的業(yè)務(wù)量之和應(yīng)等于步驟 (2)中計算所得的轉(zhuǎn)向各非熱點小區(qū)的業(yè)務(wù)量ATc。
理論證明可知，上述最優(yōu)化模型(11)是一個NP難解問題，尋找 最優(yōu)解的算法復(fù)雜度將隨著問題規(guī)模的擴(kuò)大呈指數(shù)增長。為了降低算法 復(fù)雜度，提高算法效率，下面圖3給出一種基于貪婪算法的尋找次優(yōu)解 的算法。
圖3是本發(fā)明的負(fù)載均衡方法的一個實施例中進(jìn)行資源調(diào)度的流程圖。
如圖3所示，在步驟302，對于熱點小區(qū)的每個用戶，指定每個非 熱點小區(qū)內(nèi)離該用戶距離最近的n個中繼站作為該用戶在該小區(qū)的候選 接入點，n為整數(shù)，例如2。在步驟304，計算熱點小區(qū)的每個用戶通過每條OFDMA子信道接 入每個非熱點小區(qū)的每個候選接入點的轉(zhuǎn)移效率。
在步驟306，依次選取m個最大的轉(zhuǎn)移效率值，并按照該值所對應(yīng) 的用戶、OFDMA子信道、轉(zhuǎn)移小區(qū)和候選接入點進(jìn)行資源調(diào)度和負(fù)栽 轉(zhuǎn)移，m為整數(shù)。其中，每個用戶只能轉(zhuǎn)移一次，每條OFDMA子信 道只能分配一次。當(dāng)轉(zhuǎn)向非熱點的小區(qū)c的總業(yè)務(wù)量大于等于ATc時， 該小區(qū)停止接受負(fù)載轉(zhuǎn)移。當(dāng)小區(qū)簇內(nèi)所有非熱點小區(qū)停止接受轉(zhuǎn)移 時，流程結(jié)束。
在本發(fā)明的另一些實施例中，步驟302至步驟306也可以限定為僅 針對熱點小區(qū)內(nèi)的非實時用戶進(jìn)行轉(zhuǎn)移。
在關(guān)于圖3的描述中，需要計算的轉(zhuǎn)移效率的次數(shù)是熱點小區(qū)內(nèi)的 用戶(或非實時用戶)數(shù)、非熱點小區(qū)數(shù)、n和信道數(shù)的乘積。本領(lǐng)域 的技術(shù)人員可以理解，可以對需要轉(zhuǎn)移的用戶、用戶可以轉(zhuǎn)移的非熱點 小區(qū)和候選接入點的個數(shù)n進(jìn)行限定，從而減少計算量。
圖4是本發(fā)明的負(fù)載均衡裝置的一個實施例的框圖。如圖4所示， 該負(fù)載均衡裝置包括小區(qū)簇生成模塊41、業(yè)務(wù)量確定模塊42和資源分 配模塊43。其中，小區(qū)簇生成模塊41用于選取與熱點小區(qū)相鄰的非熱 點小區(qū)，組成小區(qū)簇；業(yè)務(wù)量確定模塊42，用于根據(jù)小區(qū)簇生成模塊 41確定的小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的負(fù)載狀態(tài)確定該小區(qū)簇內(nèi)熱點小區(qū)向非熱點 小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量；資源分配模塊43，用于根據(jù)業(yè)務(wù)量確定模塊42確 定的向各個非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量確定熱點小區(qū)的轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)用戶、該 業(yè)務(wù)用戶使用的中繼站和傳輸信道。其中，可以只轉(zhuǎn)移非實時業(yè)務(wù)用 戶。
圖5是本發(fā)明的負(fù)載均衡裝置的另一實施例的框圖。如圖5所示， 該負(fù)載均衡裝置包括小區(qū)簇生成模塊51、業(yè)務(wù)量確定模塊52和資源分 配模塊53。小區(qū)簇生成模塊51包括邀請發(fā)送單元511、小區(qū)選擇單元 512和建簇確認(rèn)單元513。其中，邀請發(fā)送單元511用于向相鄰小區(qū)發(fā) 起建簇邀請；小區(qū)選擇單元512，用于接收來自相鄰小區(qū)的響應(yīng)，根據(jù) 響應(yīng)中包括的當(dāng)前業(yè)務(wù)量的大小選取一個或者多個相鄰小區(qū)；建簇確認(rèn)單元513，用于向選取的相鄰小區(qū)發(fā)送建簇請求，接收來自相鄰小區(qū)的 確認(rèn)，建立小區(qū)簇。業(yè)務(wù)量確定模塊52確定的向非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè) 務(wù)量與非熱點小區(qū)的負(fù)載成反比，使負(fù)載轉(zhuǎn)移后小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的業(yè)務(wù) 量基本相同。資源分配模塊53包括候選接入點確定單元531、轉(zhuǎn)移效率 確定單元532和資源分配調(diào)度單元533。其中，候選接入點確定單元 531，用于為熱點小區(qū)的每個非實時用戶在每個非熱點小區(qū)內(nèi)選擇離所 述用戶距離最近的n中繼站作為所述用戶在所述非熱點小區(qū)的候選接入 點；轉(zhuǎn)移效率確定單元532,用于分別計算熱點小區(qū)的每個非實時用戶 通過每個信道接入每個非熱點小區(qū)的每個候選接入點的轉(zhuǎn)移效率；資源 分配調(diào)度單元533,用于選取轉(zhuǎn)移效率最大的m個值，按照所述轉(zhuǎn)移效 率值所對應(yīng)的非實時用戶、傳輸信道、轉(zhuǎn)移小區(qū)和候選接入點進(jìn)行負(fù)載 轉(zhuǎn)移。
本發(fā)明的上述負(fù)載均衡的裝置可以作為獨(dú)立的模塊或者作為基站的 部分應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)的基站中。
基于以上具體實施方式
的論述，對本發(fā)明的蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中基 于小區(qū)蔟的負(fù)載均衡方法進(jìn)行了計算機(jī)仿真，分別比較了協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò) 和非中繼網(wǎng)絡(luò)在基于小區(qū)簇和不基于小區(qū)簇的負(fù)載均衡條件下的阻塞率 性能和系統(tǒng)頻語效率性能。仿真結(jié)果對比曲線圖如圖6和圖7所示。其 中，圖6是不同負(fù)載均衡方案的阻塞率的對比曲線圖，圖7是不同負(fù)載 均衡方案的頻鐠效率的對比曲線圖。
由圖6和圖7可以看出，隨著用戶數(shù)量的增多，基于小區(qū)簇負(fù)載均 衡的協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出了最優(yōu)的阻塞率性能和頻鐠效率性能，并且用 戶數(shù)量越多，性能提升越明顯；而不基于小區(qū)簇負(fù)栽均衡的協(xié)作中繼網(wǎng) 絡(luò)由于不能保證均衡后各小區(qū)的公平性，因此性能有所降低；同時，非 中繼網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡由于可參與均衡的用戶數(shù)非常少(僅存在于小區(qū)交 疊處)，因此極大地縮小了負(fù)載均衡的有效范圍，導(dǎo)致負(fù)載均衡后的阻 塞率性能和頻語效率性能都相對較低。
本發(fā)明提供的負(fù)載均衡方法和裝置，通過小區(qū)簇的動態(tài)組建可以及 時地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的突發(fā)和不均勻分布，從而進(jìn)行有效的負(fù)載均衡；區(qū)分業(yè)務(wù)的負(fù)栽均衡既保證了熱點小區(qū)內(nèi)實時業(yè)務(wù)QoS，又最大程度地 降低了整個小區(qū)簇系統(tǒng)的阻塞率；而基于轉(zhuǎn)移效率的資源調(diào)度不僅滿足 了負(fù)載均衡的需要，還有效提高了小區(qū)簇系統(tǒng)的頻譜效率。
本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的 或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技 術(shù)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(fā)明的原理 和實際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計適 于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
權(quán)利要求
1. 一種蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載均衡的方法，其特征在于，包括選取與熱點小區(qū)相鄰的非熱點小區(qū)組成小區(qū)簇；根據(jù)所述小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的負(fù)載狀態(tài)確定所述熱點小區(qū)向所述非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量；確定所述熱點小區(qū)的轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)用戶、所述業(yè)務(wù)用戶使用的中繼站和傳輸信道。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載均衡的方法，其特 征在于，所述選取與熱點小區(qū)相鄰的非熱點小區(qū)組成小區(qū)蔟的步驟包括根據(jù)所述熱點小區(qū)的業(yè)務(wù)量分布和相鄰小區(qū)的負(fù)載狀態(tài)來選取相鄰的非 熱點小區(qū)組成小區(qū)簇。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載均衡的方法， 其特征在于，所述選取與熱點小區(qū)相鄰的非熱點小區(qū)組成小區(qū)簇的步驟包 括熱點小區(qū)向相鄰小區(qū)發(fā)起建簇邀請，相鄰小區(qū)收到邀請后向熱點小區(qū)報 告本小區(qū)的當(dāng)前業(yè)務(wù)量；熱點小區(qū)根據(jù)相鄰小區(qū)的當(dāng)前業(yè)務(wù)量的大小選取一個或者多個相鄰 小區(qū)；熱點小區(qū)向選取的相鄰小區(qū)發(fā)送建簇請求，熱點小區(qū)收到確認(rèn)后小 區(qū)簇建立。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中負(fù) 載均衡的方法，其特征在于，所述根據(jù)小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的負(fù)載狀態(tài)確定 所述熱點小區(qū)向所述非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量的步驟包括確定向所述非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量，使得向所述非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移 的業(yè)務(wù)量與所述非熱點小區(qū)的負(fù)載成反比，以便負(fù)載轉(zhuǎn)移后小區(qū)簇內(nèi)各 小區(qū)的業(yè)務(wù)量基本相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中負(fù) 載均衡的方法，其特征在于，所述確定所述熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)用戶、所述業(yè)務(wù)用戶使用的中繼站和傳輸信道的步驟包括對于所述熱點小區(qū)的非實時用戶，在所述非熱點小區(qū)內(nèi)選擇離所述 非實時用戶距離最近的n中繼站作為所述非實時用戶在所述非熱點小區(qū) 的候選接入點；對于所述熱點小區(qū)的非實時用戶，分別計算所述非實時用戶通過每 個信道接入所述非熱點小區(qū)的候選接入點的轉(zhuǎn)移效率；選取轉(zhuǎn)移效率最大的m個值，按照所述轉(zhuǎn)移效率最大值所對應(yīng)的 非實時用戶、傳輸信道、轉(zhuǎn)移小區(qū)和候選接入點進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)移；其中n、 m為整數(shù)。
6. —種蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載均衡裝置，其特征在于，包括小區(qū)簇生成模塊，用于選取與熱點小區(qū)相鄰的非熱點小區(qū)，組成小 區(qū)簇；業(yè)務(wù)量確定模塊，用于根據(jù)所述小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的負(fù)載狀態(tài)確定所 述熱點小區(qū)向所述非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量；資源分配模塊，用于根據(jù)向所述非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量確定所述 熱點小區(qū)的轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)用戶、所述業(yè)務(wù)用戶使用的中繼站和傳輸信道。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載均衡裝置， 其特征在于，所述小區(qū)簇生成模塊包括邀請發(fā)送單元，用于向相鄰小區(qū)發(fā)起建蔟邀請；小區(qū)選擇單元，用于接收來自所述相鄰小區(qū)的響應(yīng)，根據(jù)所述響應(yīng) 中包括的當(dāng)前業(yè)務(wù)量的大小選取一個或者多個相鄰小區(qū)；建簇確認(rèn)單元，用于向選取的相鄰小區(qū)發(fā)送建簇請求，接收來自所 述相鄰小區(qū)的確認(rèn)，建立小區(qū)簇。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)栽均衡裝置， 其特征在于，所述業(yè)務(wù)量確定^t塊確定的向所述非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù) 量與所述非熱點小區(qū)的負(fù)栽成反比，以便負(fù)載轉(zhuǎn)移后小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的 業(yè)務(wù)量基本相同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載均衡裝置，其特征在于，所述資源分配模塊包括候選接入點確定單元，用于為所述熱點小區(qū)的非實時用戶在所述非 熱點小區(qū)內(nèi)選擇離所述非實時用戶距離最近的n中繼站作為所述非實時 用戶在所述非熱點小區(qū)的候選接入點；轉(zhuǎn)移效率確定單元，用于分別計算所述熱點小區(qū)的非實時用戶通過每個信道接入所述非熱點小區(qū)的每個候選接入點的轉(zhuǎn)移效率；資源分配調(diào)度單元，用于選取轉(zhuǎn)移效率最大的m個值，按照所述 轉(zhuǎn)移效率最大值所對應(yīng)的非實時用戶、傳輸信道、轉(zhuǎn)移小區(qū)和候選接入 點進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)移，其中n、 m為整數(shù)。
10. —種蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的基站，其特征在于，包括權(quán)利要求 6至9中任意一項所述的負(fù)載均衡裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開一種蜂窩協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載均衡方法、裝置和基站，其中，該方法包括選取與熱點小區(qū)相鄰的非熱點小區(qū)組成小區(qū)簇；根據(jù)所述小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)的負(fù)載狀態(tài)確定熱點小區(qū)向非熱點小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量；確定熱點小區(qū)的轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)用戶、所述業(yè)務(wù)用戶使用的中繼站和傳輸信道。本發(fā)明提供的負(fù)載均衡方法、裝置和基站，通過小區(qū)簇的動態(tài)組建可以及時地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的突發(fā)和不均勻分布，從而進(jìn)行有效的負(fù)載均衡；區(qū)分業(yè)務(wù)的負(fù)載均衡既保證了熱點小區(qū)內(nèi)實時業(yè)務(wù)QoS，又最大程度地降低了整個小區(qū)簇系統(tǒng)的阻塞率；而基于轉(zhuǎn)移效率的資源調(diào)度不僅滿足了負(fù)載均衡的需要，還有效提高了小區(qū)簇系統(tǒng)的頻譜效率。
文檔編號H04W52/42GK101415207SQ20081023891
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者平 張, 李泰日, 李相研, 帆 江, 洪玄基, 王稀君, 輝 田 申請人:北京郵電大學(xué);愛思開電訊投資(中國)有限公司