一种基于势能的移动网络无线资源调度算法的制作方法

本发明涉及一种无线通信技术领域的资源调度方法，具体地说，涉及一种基于势能的移动网络无线资源调度算法。

背景技术：

移动无线网络用户快速发展，而作为人们生活工作的主要场所的大城市内，基站部署越来越密，而在城市中不同尺度上都出现了移动无线网络接入的潮汐现象，如白天城市主要工作区域，无线移动网络用户密集，而生活区用户稀少等等。目前在无线移动网络中提出的无线资源调度算法更集中如何采用多种方法在单基站侧更充分利用其无线带宽资源等，如基于内容感知的资源分配策略，基于时间效用函数的多业务流资源分配算法等，但都没有针对移动无线网络中潮汐效应等提出解决方案。本发明针对无线移动网络中用户呈现在空间和时间上呈现的潮汐现象，提出了一种基于势能的移动无线网络资源调度算法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：本发明对无线移动网络中用户呈现在空间和时间上呈现的潮汐现象，提出一种基于势能的移动无线网络资源调度算法，该方法可有效改善移动无线网络中潮汐现象导致的网络资源利用不均衡。

本发明所采取的技术方案为：

一种基于势能的移动网络无线资源调度算法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：依据基站重叠情况和用户服务质量门限，构建网络拓扑模型，确定出基站的可调度部分和不可调度部分；所述的可调度部分为基站间重叠区中可接入任一基站的区域，不可调度部分为基站间重叠区中只能接入其中一个基站的区域；

步骤2：确定网络拓扑模型中每个基站可调度部分的势能和不可调度部分的势能；所述的势能根据接入的用户数定义；

步骤3：将移动网络中每个基站可调度部分的势能和不可调度部分的势能相加得到每个基站的总势能，判断当前移动网络中具有最高总势能的基站与具有最低总势能的基站之间的势能差是否超过阈值；若没有超过阈值，则结束本流程；否则转入步骤4；

步骤4：移动网络中具有最低总势能的基站吸收所有相邻基站的可调度部分的势能，或从最高总势能的相邻基站开始到最低总势能的相邻基站，依次向具有最低总势能的基站转移势能；所述的相邻基站为与具有最低总势能的基站的服务区域有重叠区域的基站；

步骤5：判断是否已无法进行基站间势能转移，若是，则结束本流程，否则，更新所有基站可调度部分的势能和不可调度部分的势能，转到步骤3；

完成基于势能的移动网络无线资源调度。

其中，步骤4具体包括以下步骤：

(401)找到移动网络中具有最低总势能的基站BS_i，计算移动网络中基站BS_i及其所有相邻基站的势能均值式中，p_i为基站BS_i的总势能，为基站BS_i所有相邻基站的总势能和，N为基站BS_i所有相邻基站的总数，i为正整数，表示第i个基站；

(402)若则基站BS_i将吸收所有相邻基站的可调度部分的势能，执行步骤5；若则执行步骤(403)；式中，p_i为基站BS_i的总势能，为基站BS_i所有相邻基站中可向BS_i进行调度部分的势能和；

(403)从最高总势能的相邻基站开始到最低总势能的相邻基站，依次向基站BS_i转移势能，直到转移到基站BS_i的势能总和达到

其中，步骤(403)具体包括以下步骤：

(4001)将基站BS_i所有相邻基站按总势能从高到低排序；

(4002)从当前最高总势能的相邻基站开始进行转移；

若则只转移势能到基站BS_i；若则转移势能到基站BS_i；式中，为当前最高总势能的相邻基站的总势能；为基站BS_i所有相邻基站的总势能和；为当前最高总势能的相邻基站可向基站BS_i进行调度部分的势能；

(4003)判断转移到基站BS_i的势能总和达是否达到若是，则停止转移；否则选取当前第二高总势能的相邻基站作为当前最高总势能的相邻基站，转入步骤(4002)。

本发明与现有技术相比，所取得的有益效果为：

本发明提出了一种基于势能的移动网络无线资源调度，在移动网络出现空间和时间上出现潮汐现象时，利用相邻基站间用户接入点切换，将负载密集的基站接入用户向较轻基站转移，在保障服务质量的同时，提升整网无线资源利用率，有效解决移动网络中的潮汐现象。

附图说明

图1为本发明相邻基站间重叠区域的划分示意图；

图2本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例中，在一个能够进行无缝切换的基站间，每个基站与其他基站存在重叠区域，且随着无线通信技术的发展，基站覆盖的区域越来越小，而基站间重叠区域所占比例越来越大。

基于势能的移动网络无线资源调度算法如下：

步骤1：依据基站重叠情况和用户服务质量门限，构建网络拓扑模型，确定出基站的可调度部分和不可调度部分；所述的可调度部分为基站间重叠区中可接入任一基站的区域，不可调度部分为基站间重叠区中只能接入其中一个基站的区域；

实施例中，由于本算法主要针对位于基站边缘区域的移动网络用户，在实际基站系统中，位于基站边缘的用户，其通信质量较距离基站较近的用户的通信质量较差，故通过服务门限设置，合理规划出，在两基站重叠区域内可以接入任一基站的区域，可调度部分为可接入基站间重叠区中任一基站的区域，不可调度部分为只能接入基站间重叠区中服务质量好的某一基站的区域；

如图1所示，区域A为可调度部分，而区域B和区域C属于不可调度区域。

步骤2：确定网络拓扑模型中每个基站可调度部分的势能和不可调度部分的势能；所述的势能根据接入的用户数定义；

实施例中，将在此步骤中完成对于基站势能的定义以及构建势能网络，基站的势能定义为两部分：不可调度部分和可调度部分；其中不可调度部分是指不在重叠区域的部分和位于重叠区域但由于服务质量门限的限制，不可切换的位置，如图1中区域B和区域C；可调度部分是指位于两基站重叠区域且可自由选择切换至任一基站的区域，如图1中区域A。表示基站i不可调度部分的势能，表示基站i可以调度部分的势能向量，其中表示基站i可以向基站j转移的势能。

步骤3：将移动网络中每个基站可调度部分的势能和不可调度部分的势能相加得到每个基站的总势能，判断当前移动网络中具有最高总势能的基站与具有最低总势能的基站之间的势能差是否超过阈值；若没有超过阈值，则结束本流程；否则转入步骤4；

实施例中，定义p_i为基站i的总势能，即N为与基站i的相邻的基站总数，再将依据网络情况判断是否需要对网络进行无线资源调整，阈值的设置是为了避免在无线资源使用地域区别不明显时出现频繁调整。

步骤4：移动网络中具有最低总势能的基站吸收所有相邻基站的可调度部分的势能，或从最高总势能的相邻基站开始到最低总势能的相邻基站，依次向具有最低总势能的基站转移势能；所述的相邻基站为与具有最低总势能的基站的服务区域有重叠区域的基站；具体为：

(401)实施例中，首先找到网络中具有最低势能的基站，令其为基站BS_i，i＝argmin_jp_j，其势能为其相邻基站分别为其势能分别为其中1≤j≤N。

开启势能调整，由于各基站间势能只是进行势能调整，整体上来说势能值总量保持不变，只是在各基站间进行势能调整，故其均值保持不变。记为以基站BS_i为中心及其众位相邻基站的势能均值，即

(402)实施例中，若则将基站BS_i将吸收所有相邻基站的可转移势能；若若执行(403)；

(403)从最高总势能的相邻基站开始到最低总势能的相邻基站，依次向基站BS_i转移势能，直到转移到基站BS_i的势能总和达到具体实施过程如下：

(4001)将基站BS_i所有相邻基站按总势能从高到低排序，不妨设最高，而最低；

(4002)从当前最高总势能的相邻基站开始进行转移；

若则只转移势能到基站BS_i；若则转移势能到基站BS_i；式中，为当前最高总势能的相邻基站的总势能；为基站BS_i所有相邻基站的总势能和；为当前最高总势能的基站向基站BS_i可调度部分的势能；

(4003)判断转移到基站BS_i的势能总和达是否达到若是，则停止转移，；否则选取当前第二高总势能的相邻基站作为当前最高总势能的相邻基站，转入步骤(4002)。

步骤5：判断是否已无法进行基站间势能转移，若是，则结束本流程，否则，更新所有基站可调度部分的势能和不可调度部分的势能，转到步骤3；

实施例中，可能会出现虽然整个系统中各基站间的最高和最低势能差还是超过阈值，但是节点间势能不能进行调整转移了，此时便终止势能转移，算法结束。完成了基于势能的移动网络无线资源调度算法。

此算法针对移动网络各基站间进行无线资源调度，从一定程度上可以缓解移动网络中出现的“潮汐现象”，提升整个网络的负载均衡程度。