专利名称：异构融合网络中基于协作的资源分配方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，特别涉及异构网络中资源分配方法，可用在异构网络吞吐量优化过程中。
背景技术：
无线通信技术近些年来得到了迅猛发展，层出不穷的无线通信系统为用户提供了异构的网络环境，包括无线个域网Bluetooth、无线局域网，如Wi-Fi、无线城域网WiMAX、公众移动通信网如2G、3G、卫星网络，以及Ad Hoc网络、无线传感器网络等。尽管这些无线网络为用户提供了多种多样的通信方式、接入手段和无处不在的接入服务，极大地方便了人们的生活。但是，多样化的网络对资源的合理调配及使用提出了更高的要求。目前，异构网络之间的融合还是有很多问题的。主要表现在异构网络融合不够充分，网络与网络之间联系较少，不同网络之间缺乏足够的信息交互和资源共享。这是因为目前异构网络之间的运行相对独立，很少有网络信息的交流，资源的共享就更加少见了。由于网络间的资源信息交互不及时或不充分必然会导致资源不能被合理利用的问题。例如，同一时间段内，同一片区域中，有些网络业务繁忙，资源紧张，一部分用户甚至得不到服务，而另一些网络却相对较为空闲，有大量的频谱资源尚未被利用。针对异构网络融合不充分的问题，近年来出现了很多相关的解决方法，解决异构网络中的资源利用问题，但这些方法都存在着一定的不足。比如近年来比较热门的认知网络和协同通信，虽然能在一定程度上解决异构网络中的资源利用问题，但也都存在着不同程度的缺憾。例如，在基于协同的认知网络中，一方面，授权用户会优先得到资源的使用权， 当网内资源有剩余时，认知用户就可以利用这些剩余资源来供自身通信使用，使资源得到充分利用，但是这种利用得不到足够的保障，一旦授权用户有需求，认知用户就必须释放这些资源，有时甚至会产生掉话；另一方面，当授权用户的信道状况恶化时，会寻求认知用户的协同传输，将自身资源使用权交给认知用户，该认知用户用得到的资源将授权用户的数据协同传送到目的端，由于加入了协同通信，在认知用户的帮助下，使得本无法进行通信的授权用户完成了通信任务，但是这对参与协同的认知用户很不友好，认知用户几乎得不到任何好处，不仅会增加自身设备和算法的复杂度，还会大量消耗功率。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提出一种异构融合网络中基于协作的资源分配方法，以通过网络之间的互相配合，合理分配有限的资源，实现网络吞吐量的最大化。本发明的技术方案是在一个基于协同的A、B两个异构网络融合的场景下，假设授权用户通过接入点a接入A网，认知用户通过接入点b接入B网，B网无法直接接入核心网，需要通过接入点b向接入点a申请资源来完成B网用户的通信。这样接入点b就可以作为A网中一个用户来和其他授权用户共享资源。当授权用户的信道条件恶化，需要协同的时候，首先将自身的数据发送给接入点b，接入点b会将该授权用户和B网用户的数据先进行融合，随后根据融合后的总数据量统一向接入点a申请资源。资源申请成功后，接入点 b会将融合的数据发送给接入点a，最后由a将b发来的数据和A网授权用户发来的数据进行融合，随后送入核心网，完成A、B两个网络用户的通信要求。实现本发明技术方案的具体步骤包括如下(I)设A、B两个网络组成的异构融合网络中，A网有直接接入核心网的资源，B网需向A网借用资源来接入核心网；(2)A网的授权用户和B网的接入点b，同时向A网的接入点a发送通信请求，并上报各自的业务需求，等候接入点a的应答；(3) A网的接入点a在收到A网的授权用户和B网的接入点b的请求后，先直接为 B网接入点b分配资源，并开始传输；然后根据A网授权用户的信道状况分配资源若A网的授权用户能获得满足A网授权用户自身业务需求的资源，则按照分配的资源直接开始传输，否则查看A网的授权用户的协同申请次数，若协同申请次数大于预先设定的最大协同申请次数，则将其阻塞掉；否则告知A网的授权用户进入协同申请流程，执行步骤(4)；(4)A网的授权用户向B网的接入点b发送协同申请，并上报自身的业务需求；(5)B网的接入点b在收到A网的授权用户发来的协同申请后，首先衡量如果接入 A网的授权用户，会不会超出B网自身网络的容量上限，如果会超出，则拒绝协同，否则接受 A网的授权用户的协同请求，并向其发送许可应答；(6)如果A网的授权用户收到B网的接入点b发来的协同许可应答，则将数据直接发给B网的接入点b，执行步骤(7);否则将A网的授权用户的协同申请次数+1，返回步骤 ⑵；(7)B网的接入点b将B网的认知用户和需要协同的A网的授权用户的数据进行融合，并根据融合后的数据量向A网的接入点a申请资源，返回步骤(2)。本发明具有如下优点I)本发明提出的异构融合网络中，A网络会借给B网络资源来完成B网络认知用户的核心网接入，而B网络会帮助A网络授权用户协同传输，由于采用了两个网络的互相帮助，不仅解决了 B网络无法直接接入核心网的问题，也有效缓解了 A网络资源紧张的情况， 使得两个网络的资源利用率相对平衡，从而实现两个网络的优势互补。2)采用本发明的协同传输方案不仅能够在信道状况不理想的情况下满足授权用户的通信需求，还会对授权用户自身资源，如功率有大幅度的节省，因为授权用户只需将自身数据发送给B网的接入点b，接入点b会完成剩下的协同传输工作，这样授权用户在节省自身资源的同时也满足了通信的需求。3)本发明在协同传输中，由于接入点b会将自身网络数据和协同用户的数据融合在一起重新申请资源，因而可以实时地根据信道状况得到最佳的资源分配效果，相比之前技术中只在一个或几个资源块上进行分配要优化不少。4)本发明由于采用一个多模的接入点b来承担协同传输的任务，因而相比之前的技术，不仅降低了对B网用户终端设备复杂度和功率的要求，还降低了整个系统的复杂度， 使整个系统看上去更直观,也便于系统性能的分析。
图I是本发明所述协同申请过程的流程图；图2是本发明应用实例场景图。
具体实施例方式如图2，本发明使用的场景是以3G LTE和WLAN的异构融合网络为例，但不局限于此网，其中A网络为LTE网络，有直接接入核心网的资源，A网接入点a为LTE网的接入点BS，采用OFDMA方式接入；B网络为WLAN网络，B网的接入点为WLAN的接入点AP，采用 802. Ilg的通信协议。假定WLAN网无法直接接入核心网，需要向LTE网的接入点BS申请资源来接入核心网。不同的具体网络中所能分配的资源是不同的，本例所指的资源专指OFDMA 接入方式下的子载波。参照图1，本发明针对图2场景进行资源分配的步骤如下步骤1，根据当前LTE网和WLAN网组成的异构融合网络的资源利用率人为设定最大协同申请次数K :若当前异构融合网络的资源利用率大于80%，则设K = 7 ;若当前异构融合网络的资源利用率小于80%，则设K = 15。步骤2，WLAN网的接入点AP和LTE网的授权用户同时向LTE网的接入点BS发送通信请求，并上报各自业务的传输速率需求分别为X和Y，等候LTE网的接入点BS的应答。本例中所有用户对资源的需求均表现为对子载波能够提供的传输速率的需求。步骤3，LTE网的接入点BS在收到LTE网的授权用户和WLAN网的接入点AP的通信请求后，先直接为WLAN网的接入点AP分配满足其传输速率需求X的子载波,并开始传输； 然后根据LTE网的授权用户的信道状况为其分配子载波在LTE网的授权用户当前的信道状况下，若LTE网的接入点BS提供的子载波能够满足LTE网的授权用户的传输速率需求Y， 则利用满足需求的子载波直接开始传输，否则查看LTE网的授权用户的协同申请次数，若协同申请次数大于最大协同申请次数K，则将LTE网的授权用户阻塞掉；否则告知LTE网的授权用户进入协同申请流程，执行步骤4。本步骤设置的最大协同申请次数K，主要是考虑到如果LTE网的授权用户连续几次寻求协同均未成功，则说明当前LTE网络和WLAN网络都很繁忙，无法满足LTE网的授权用户的传输速率需求，这时只能被迫阻塞掉LTE网的授权用户。步骤4，LTE网的授权用户向WLAN网的接入点AP发送协同申请，上报自身业务的传输速率需求Y，等候WLAN网接入点AP的应答。步骤5，WLAN的接入点AP收到LTE网的授权用户发来的协同申请和传输速率需求 Y后，首先得到当前WLAN网络所有用户的总业务的传输速率需求N和WLAN网络的饱和吞吐量C ;若N+Y > C，则拒绝LTE网的授权用户的协同申请；否则接受LTE网的授权用户的协同申请，向其发送许可应答。本步骤所述的WLAN网的饱和吞吐量C，是为了避免WLAN网因过多接纳LTE网的授权用户而造成WLAN网自身通信环境恶化，通信质量下降的情况，对WLAN网络起到一个保护的作用。WLAN网的饱和吞吐量C随着WLAN网采用通信协议的不同而不同，在本例所述的 802. Ilg 的通信协议下，C = 54Mbps*0. 8 = 43. 2Mbps。步骤6，LTE网的授权用户根据是否收到WLAN网的接入点AP的协同许可应答来决
5定后续执行的步骤如果LTE网的授权用户收到了协同许可应答，则将自身数据直接发送给WLAN的接入点AP，执行步骤7 ;否则使协同申请次数+1，返回步骤I。步骤7，WLAN网的接入点AP将WLAN网内所有用户和需要协同的LTE网的授权用户发来的数据按照先后次序放入缓存，等申请到子载波后，统一放入子载波上进行传输，并根据缓存中所有数据的总业务的传输速率需求向LTE网的接入点BS申请子载波，返回步骤 I。术语解释3G 3rd Generation ;第三代移动通信技术；LTE Long Term Evolution ;长期演进；WLAN ffireless Local Area Network ;无线局域网络；BS Base Station ;基站；AP -.Access Point ;接入点；OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access ;正交频分多址。
权利要求
1.一种异构融合网络中基于协作的资源分配方法，包括如下步骤(1)设A、B两个网络组成的异构融合网络中，A网有直接接入核心网的资源，B网需向 A网借用资源来接入核心网；(2)A网的授权用户和B网的接入点b，同时向A网的接入点a发送通信请求，并上报各自的业务需求，等候接入点a的应答；(3)A网的接入点a在收到A网的授权用户和B网的接入点b的请求后，先直接为B网接入点b分配资源，并开始传输；然后根据A网授权用户的信道状况分配资源若A网的授权用户能获得满足A网授权用户自身业务需求的资源，则按照分配的资源直接开始传输， 否则查看A网的授权用户的协同申请次数，若协同申请次数大于预先设定的最大协同申请次数，则将其阻塞掉；否则告知A网的授权用户进入协同申请流程，执行步骤(4)；⑷A网的授权用户向B网的接入点b发送协同申请，并上报自身的业务需求，等候B网的接入点b的应答；(5)B网的接入点b在收到A网的授权用户发来的协同申请后，首先衡量如果接入A网的授权用户，会不会超出B网自身网络的容量上限，如果会超出，则拒绝协同，否则接受A网的授权用户的协同请求，并向其发送许可应答；(6)如果A网的授权用户收到B网的接入点b发来的协同许可应答，则将数据直接发给 B网的接入点b，执行步骤(7);否则将A网的授权用户的协同申请次数+1，返回步骤⑵；(7)B网的接入点b将B网的认知用户和需要协同的A网的授权用户的数据进行融合， 并根据融合后的数据量向A网的接入点a申请资源，返回步骤(2)。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述步骤(7)中B网的接入点b将B网的认知用户和需要协同的A网的授权用户的数据进行融合，是指接入点b将接收到的B网认知用户的数据和A网授权用户的数据放在同一个资源块上发送给A网的接入点a。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述步骤(3)中满足A网授权用户自身业务需求的资源，是指接入点a提供的资源能够满足A网授权用户通信时延、传输速率和时延抖动的要求。
4.根据权利要求I所述的方法，其中步骤(3)所述的最大协同申请次数，是人为根据当前A网和B网的网络状况而定若当前A、B网的资源利用率大于80%时，最大协同申请次数取5到10之间的数值，若当前A、B网络的资源利用率小于80%时，最大协同申请次数取 10到20之间的数值。
5.根据权利要求I所述的方法，其中所述步骤(5)中的B网自身网络的容量上限，是指 B网所能容纳的最大用户数或最大吞吐量，具体数值依具体采用的B网的特性而定。
全文摘要
本发明提出了一种异构融合网络中基于协作的资源分配方法，主要解决现有异构网络资源无法充分利用的问题。其实现步骤为(1)由A、B两个网络组成的异构融合网络，假定A网有直接接入核心网的资源，B网需要向A网申请资源接入核心网；(2)B网的接入点b和A网的授权用户向A网的接入点a发送通信请求，申请资源；(3)A网的接入点a为B网的接入点b分配资源并传输，A网的接入点a在无法满足A网授权用户的需求时，令A网授权用户寻求B网的协同传输；(4)寻求协同的A网授权用户将自身数据发送给B网的接入点b，接入点b将B网用户和A网授权用户的数据融合后，向A网的接入点a申请资源，完成传输。本发明可用于异构融合网络吞吐量优化。
文档编号H04W72/04GK102612147SQ201210099818
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月7日 优先权日2012年4月7日
发明者侯高鹏, 刘磊, 史琰, 席伟力, 张琰, 李建东, 杨旭, 杨稀丹, 王卫华, 盛敏, 郑瑞康, 郭重涛, 马骁 申请人:西安电子科技大学