一种超密集异构移动蜂窝网络负载均衡方法技术

本发明专利技术提供一种超密集异构移动蜂窝网络负载均衡方法，包括以下步骤：S1、将超密集异构移动蜂窝网络覆盖范围空间划分为大小相等的若干个棋盘格，并对每个棋盘格内的平均流量进行周期统计，以获得每个棋盘格内的负载量，并以其表征网络负载的时间波动性和空间差异性；S2、根据每个棋盘格内的负载量，以及超密集异构移动蜂窝网络中每个基站所配置的无线资源，对每个棋盘格对应覆盖服务的基站进行分配。针对4G及后4G移动通信网络中负载量的时变和空间分布不均匀的特点，实现有效的负载均衡，提高4G与后4G超密集异构移动蜂窝网络中无线资源(如，固定频谱带宽与基站固定的发射功率)利用效率与系统容量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及4G及后4G移动通信
，尤其涉及一种超密集异构蜂窝网络负载均衡方法。
技术介绍
超密集异构蜂窝网络(Ultradensenetwork，UDN)由于在提升系统容量和改善网络覆盖方面具有出众表现，被认为是第四代移动通信以及第五代移动通信网络组网方式演进趋势之一。其基本思想是在宏蜂窝覆盖范围内的热点地区密集部署大量低功率接入点(AccessNode，AN),如，微蜂窝基站(microcellbasestation,MicroBS)和微微蜂窝基站(picocellbasestation,PcioBS)等[HuaweiTechnologiesInc.,5G:Atechnologyvision,2013,Whitepaper]。然而，这给传统的蜂窝网络负载均衡带来了新的挑战，这主要是由于，1)重叠覆盖的蜂窝网络架构使得低功率基站不能够有效的吸纳移动用户，即造成大量用户依然附着于高功率宏蜂窝基站，而小功率基站只能吸纳其周边部分移动用户，卸载效果有限；2)移动网络负载分布受用户分布与移动用户不同时间数据访问量的影响，其本身具有时变特性与空间分布式不均匀的特性。因此，有效的负载均衡方法是充分发挥超密集异构蜂窝网络系统容量提升能力与热点覆盖能力的必要技术。基于小区呼吸(cellbreathing)的负载均衡技术是目前产业界与学术界主要关注的方法，其核心思想为：多个邻接小区通过调整所服务用户的数量，达到多个邻接基站间的负载>均衡。实现这一思想的方法可分为两类：以功率控制调整基站覆盖范围的直接方式，和以小区边缘或重叠覆盖区域移动用户低载基站重选择的间接方式。文献[Y.Bejerano,S.Han,CellBreathingTechniquesforLoadBalancinginWirelessLANs,IEEETransMobileComputing,2009,8(6),pp.735-749]提出通过动态改变WiFi接入点导频信号的发射功率进而控制WiFi接入点覆盖范围大小。为降低能耗，文献[L.Le,QoS-AwareBSSwitchingandCellZoomingDesignforOFDMAGreenCellularNetworks,inProc.IEEEGlobecom2012,pp.1544-1549]设计了基于非协作博弈的功率控制算法。文献[Z.Niu,et.Al,CellZoomingforCost-EfficientGreenCellularNetworks,IEEECommunicationsMagazine,2010,pp.74-79]提出了集中式和分布式的小区呼吸策略，以最优化其定义的两个效用函数。文献[Y.Xu,H.Li,Z.Feng,etal.,Energysustainabilitymodelingandliquidcellmanagementingreencellularnetworks,inProc.IEEEICC2013,pp.4414-4419]、[H.Wang,H.Li,etal.,LiquidCellManagementforReducingEnergyConsumptionExpensesinHybridEnergyPoweredCellularNetworks,inProc.IEEEWCNC2014,pp.1655-1660]研究了小区呼吸对绿色能源供能蜂窝网络能源利用率的影响。然而，已有方法仅考虑了移动网络负载量在时间上的波动性，而小区呼吸方法或是以小区或扇区为单位从小区边缘小区中心覆盖范围的调整，或是以小区边缘用户基站重选择。但是，负载量空间上显然具有差异性，而这种空间差异性以单位小区或扇区的圆环为单位是无法有效的体现这种差异性，这将降低这种负载均衡方法的有性能，例如，多个小区边缘负载皆非常低，显然直接方式与间接方式都无法达到负载均衡的效果。因此，通过小区呼吸技术提高系统资源利用率仍有很大空间，尤其对于超密集异构网络，大量不同类型基站的重叠部署使超密集异构网络的拓扑更加复杂，负载量的空间差异性更加复杂。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种新的超密集异构移动蜂窝网络负载均衡方法。针对4G及后4G移动通信网络中负载量的时变和空间分布不均匀的特点，实现有效的负载均衡，提高4G与后4G超密集异构移动蜂窝网络中无线资源(如，固定频谱带宽与基站固定的发射功率)利用效率与系统容量。为达上述目的，本专利技术采取的具体技术方案是：一种超密集异构移动蜂窝网络负载均衡方法，包括以下步骤：S1、将超密集异构移动蜂窝网络覆盖范围空间划分为大小相等的若干个棋盘格，并对每个棋盘格内的平均流量进行周期统计，以获得每个棋盘格内的负载量，并以其表征网络负载的时间波动性和空间差异性；S2、根据每个棋盘格内的负载量，以及超密集异构移动蜂窝网络中每个基站所配置的无线资源，对每个棋盘格对应覆盖服务的基站进行分配。其中，步骤S1包括：将超密集异构网络覆盖区域划分为|L|个大小相等的棋盘格，其中，L为所有棋盘格构成的集合，|L|表示该集合内元素的数量。定义每个棋盘格为一负载格TL(Traffic-lattices，)，令X(k)＝[x1(k),x2(k),...,x|L|(k)]T表示全部负载格在第k，k∈N个周期内的累计负载量，其中，k为不同周期标识，N为正整数集合，x(k)表示某个棋盘格在第k个周期内的负载量，T表示矩阵转置符号。其中，棋盘格的尺寸根据负载空间分辨率需求选择。其中，所述周期的时长根据统计流量不同时刻相关性选取。一般一个统计周期的时长不少于30分钟。其中，所述无线资源包括带宽和功率，步骤S2包括：将带宽与功率等分，功率W等分后为ANn的单位发射功率PU(Powerunit)；带宽Hz等分后为单位带宽，n为不同接入点AN的标识，ANn的最大发射功率和全部带宽分别为P个PU和P个单位带宽。其中，P表示等分带宽和功率的数量，为整数；n为接入点AN的标示，例如，n＝1标示AN1；下角标n表示基站标示，0表示单位(无实际含义)；根据AN当前发射功率计算ANn功耗的的公式为：其中，Nn为ANn的收发器的个数，为最小发射功率输出时ANn的功率消耗，ζn为与ANn负载有关的功率消耗参数，根据不同基站型号确定。按照式计算TLi中所有用户接入到ANn时TLi内移动用户的平均传输速率Ri,n，其中，i表示不同TL的标识，N0为均值为0的白噪声的标准差；κ为路径损耗方程系数；m为路径损耗指数，根据基站周围环境在2到4之间取值；di,n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超密集异构移动蜂窝网络负载均衡方法，包括以下步骤：S1、将超密集异构移动蜂窝网络覆盖范围空间划分为大小相等的若干个棋盘格，并对每个棋盘格内的平均流量进行周期统计，以获得每个棋盘格内的负载量，并以其表征网络负载的时间波动性和空间差异性；S2、根据每个棋盘格内的负载量，以及超密集异构移动蜂窝网络中每个基站所配置的无线资源，对每个棋盘格对应覆盖服务的基站进行分配。

【技术特征摘要】
1.一种超密集异构移动蜂窝网络负载均衡方法，包括以下步骤：
S1、将超密集异构移动蜂窝网络覆盖范围空间划分为大小相等的若干个棋盘格，并对每
个棋盘格内的平均流量进行周期统计，以获得每个棋盘格内的负载量，并以其表征网络负载
的时间波动性和空间差异性；
S2、根据每个棋盘格内的负载量，以及超密集异构移动蜂窝网络中每个基站所配置的无
线资源，对每个棋盘格对应覆盖服务的基站进行分配。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1包括：将超密集异构网络覆盖区域划分
为|L|个大小相等的棋盘格，其中，L为所有棋盘格构成的集合，|L|表示该集合内元素的数
量；
定义每个棋盘格为一负载格TL，令X(k)＝[x1(k),x2(k),...,x|L|(k)]T表示全部负载格在
第k，k∈N个周期内的累计负载量，其中，k为不同周期标识，N为正整数集合，x(k)表
示某个棋盘格在第k个周期内的负载量，T表示矩阵转置符号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述棋盘格的尺寸根据负载空间分辨率需求选
择。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述周期的时长根据统计流量不同时刻相关性
选取。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线资源包括带宽和功率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S2包括：
将带宽与功率等分，功率等分后为ANn的单位发射功率PU...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏佳，王泽珏，
申请(专利权)人：中国科学院信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11