基于负载均衡的接入点自适应调整方法与流程

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种基于负载均衡的接入点自适应调整方法。

背景技术：

无线接入点是用户接入网络的一种十分重要技术手段，也是用户传递信息的必要设备。影响用户体验质量的因素很多，不仅与信息时延、频段间干扰以及与用户使用终端数量有关，同样与无线接入点的位置、发射功率的大小以及覆盖范围有关。因此，研究无线接入点的部署以及功率、覆盖范围调整以及无线接入点负载的设备数量对用户体验质量具有十分重要的意义。

目前常用的无线接入点部署以及后续功率与覆盖范围的调整方法有很多种，但大多都遵循两种功率设置及覆盖调整原则：1.保证覆盖范围的前提下，使无线接入点功率尽可能小；2.保证无线接入点功率的情况下，使覆盖范围尽可能大。但上述两种原则，在保证区域覆盖率方面尽管可以取得很好的效果，但很多情况下，由于用户较倾向于使用连接性能较好的无线接入点,因此会造成某个性能较好的无线接入点集中连接了大部分用户，而与其相邻的无线接入点连接少数用户。当前存在一种基于无线接入点开关控制调整功率与覆盖范围的技术通过关闭这部分服务用户数过少的无线接入点，并将用户分配到邻近无线接入点的方法达到来应对服务区域内无用户或用户过少的情况。但该方法同样存在局限性，只适用于用户过于稀少的情况，并不适用于用户数适中且用户负载不均匀的问题。

技术实现要素：

鉴于以上存在的技术问题，本发明用于提供一种基于负载均衡的接入点自适应调整方法，包括以下步骤：

s10，获取每个无线接入点的位置信息以及无线接入点中用户的位置和接收信号强度信息；

s20，统计各个无线接入点中的用户数，计算每个无线接入点的平均用户吞吐量；

s30，设定最低平均用户吞吐量阈值，根据阈值将无线接入点划分为不饱和无线接入点和饱和无线接入点；

s40，从饱和无线接入点中选择出分流无线接入点，从不饱和无线接入点选择出接收无线接入点；

s50，从分流无线接入点中选择一个用户卸载到接收无线接入点中。

优选地，获取每个无线接入点的位置信息以及无线接入点中用户的位置和接收信号强度信息及计算，包括以下步骤：

s11，获取用户终端的位置，并计算用户到无线接入点apk的距离，假设(xk,yk)是apk的位置坐标，(xm,ym)为uem的位置坐标，uem与apk的距离dmk可由下式得到：

s12，根据距离dmk计算用户的接收信号强度rss，由下式得到：

rssmk＝pt(k)-l(dmk)+gt(k)+gr(m)(2)

其中，pt(k)为apk的发射功率，gt(k)为apk的发射增益，gr(m)为uem的接收增益，rssmk为uem从apk得到的接收功率，l(dmk)为空间损耗；

s13，l(dmk)由下式得到：

l(dmk)＝32.45+20lgf+20lgdmk(3)

其中，f为apk所处频段频率。

优选地，所述统计各个无线接入点中的用户数，计算每个无线接入点的平均用户吞吐量包括以下步骤：

s21，计算每个无线接入点的总用户吞吐量，由下式得到：

其中，e[p]为平均包长度，tσ为空时隙的间隔，tc为由于碰撞而导致信道忙的时间，ts为由于成功传输而导致信道忙的时间，ptr为给定的时隙内至少有一个数据包传输的概率；

s22，ptr由下式得到：

ptr＝1-(1-τ)ⁿ(5)

其中，τ为每个用户的传输概率；

s23，ps为信道中未发生碰撞事件的概率，由下式得到：

ps＝nτ(1-τ)^n-1/ptr(6)

s24，将式(4)除以用户数得到每个无线接入点的平均用户吞吐量。

优选地，所述根据阈值将无线接入点划分为不饱和无线接入点和饱和无线接入点为，将小于该阈值的作为不饱和无线接入点，大于该阈值的作为饱和无线接入点。

优选地，所述从饱和无线接入点中选择出分流无线接入点为，从饱和无线接入点中选择吞吐量最小的无线接入点，作为分流无线接入点，记为api*。

优选地，所述从不饱和无线接入点选择出接收无线接入点包括以下步骤：

s41，找到api*的邻接无线接入点，以邻接关系矩阵a表示，并计算api*与邻接无线接入点的吞吐量之差δ，由下式得到：

其中，g为邻接无线接入点；ng为邻接无线接入点的用户数；r(ng)为该邻接无线接入点的总用户吞吐量；μ为无线接入点中每增加一个用户，平均用户吞吐量变化值；

s42，从δ中选出最大值对应的无线接入点，作为接收无线接入点，记为apj*。

优选地，所述从分流无线接入点中选择一个用户卸载到接收无线接入点中，包括以下步骤：

s51，找到处于api*与apj*覆盖重叠范围的公有用户，以及非重叠范围内的专有用户；

s52，若s51中存在公有用户，则优先从api*的公有用户中选择一个信号接收强度最低的用户卸载到apj*中；

s53，若不存在公有用户，则从api*的用户中选择一个距离apj*最近的用户，计算该用户到apj*的距离，将该用户切换到apj*中。

优选地，所述若不存在公有用户，则从api*的用户中选择一个距离apj*最近的用户，计算该用户到apj*的距离，先调整apj*的发射功率，使其覆盖范围包含该用户之后，再将该用户切换到apj*中。

采用本发明具有如下的有益效果：本发明所提供的基于负载均衡的用户接入方案，通过切换用户所连接的无线接入点达到负载均衡的目的，在实施过程中，本发明提出了区分用户的方法，根据用户所处区域，将用户划分为公有用户与专属用户。进一步的，针对公有用户所处两无线接入点重叠范围之间的这一特性，直接将公有用户切换，针对专属用户，本发明提出根据要切换用户所处的位置先调整无线接入点发射功率与覆盖范围，后切换用户，最终达到无线接入点与无线接入点之间负载均衡的效果。

附图说明

图1为本发明实施例的负载均衡实验模型图；

图2为本发明实施例的基于负载均衡的接入点自适应调整方法的步骤流程图；

图3为本发明实施例的基于负载均衡的接入点自适应调整方法s40步骤流程图；

图4为本发明实施例的基于负载均衡的接入点自适应调整方法中s50步骤流程图；

图5为本发明实施例的基于负载均衡的接入点自适应调整方法的无线接入点最大覆盖示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实验环境为6个无线接入点，用ap表示，每个ap中存在数量不同的用户，该网络支持ieee802.11协议且工作在5ghz频段上，并且频段中存在多个带宽为20mhz的信道，每个ap可以灵活选择一个干扰较小的可用信道进行传输。每个ap中的用户数存在差异，为更好的说明本发明的作用，假设同时存在ap中用户较多与用户较少的情况。

参见图2，本发明公开了一种基于负载均衡的接入点自适应调整方法，包括以下步骤：

s10，获取每个无线接入点的位置信息及无线接入点用户的位置信息；

s20，统计各个无线接入点中的用户数，计算每个无线接入点的平均用户吞吐量；

s30，设定最低平均用户吞吐量阈值，根据阈值将无线接入点划分为不饱和无线接入点和饱和无线接入点；

s40，从饱和无线接入点中选择出分流无线接入点，从不饱和无线接入点选择出接收无线接入点；

s50，从分流无线接入点中选择一个用户卸载到接收无线接入点中。

具体实施例中，s10，获取每个无线接入点的位置信息以及无线接入点中用户的位置和接收信号强度信息，包括以下步骤：

s11，获取用户终端的位置，并计算用户到无线接入点apk的距离，假设(xk,yk)是apk的位置坐标，(xm,ym)为uem的位置坐标，uem与apk的距离dmk可由下式得到：

s12，根据距离dmk计算用户的接收信号强度rss，由下式得到：

rssmk＝pt(k)-l(dmk)+gt(k)+gr(m)(2)

其中，pt(k)为apk的发射功率，gt(k)为apk的发射增益，gr(m)为uem的接收增益，rssmk为uem从apk得到的接收功率，l(dmk)为空间损耗；

s13，l(dmk)由下式得到：

l(dmk)＝32.45+20lgf+20lgdmk(3)

其中，f为apk所处频段频率。

s20，统计各个无线接入点中的用户数，计算每个无线接入点的平均用户吞吐量包括以下步骤：

s21，计算每个无线接入点的总用户吞吐量，由下式得到：

其中，e[p]为平均包长度，tσ为空时隙的间隔，tc为由于碰撞而导致信道忙的时间，ts为由于成功传输而导致信道忙的时间，ptr为给定的时隙内至少有一个数据包传输的概率；

s22，ptr由下式得到：

ptr＝1-(1-τ)ⁿ(5)

其中，τ为每个用户的传输概率；

s23，ps为信道中未发生碰撞事件的概率，由下式得到：

ps＝nτ(1-τ)^n-1/ptr(6)

s24，将式(4)除以用户数得到每个无线接入点的平均用户吞吐量。

s30，根据阈值将无线接入点划分为不饱和无线接入点和饱和无线接入点为，将小于该阈值的作为不饱和无线接入点，大于该阈值的作为饱和无线接入点。

s40，从饱和无线接入点中选择出分流无线接入点为，s401，从饱和无线接入点中选择吞吐量最小的无线接入点，作为分流无线接入点，记为api*；

s41，找到api*的邻接无线接入点，以邻接关系矩阵a表示，并计算api*与邻接无线接入点的吞吐量之差δ，由下式得到：

其中，g为邻接无线接入点；ng为邻接无线接入点的用户数；r(ng)为该邻接无线接入点的总用户吞吐量；μ为无线接入点中每增加一个用户，平均用户吞吐量变化值；

s42，从δ中选出最大值对应的无线接入点，作为接收无线接入点，记为apj*。

s50，从分流无线接入点中选择一个用户卸载到接收无线接入点中，包括以下步骤：

s51，找到处于api*与apj*覆盖重叠范围的公有用户，以及非重叠范围内的专有用户；

s52，若s51中存在公有用户，则优先从api*的公有用户中选择一个信号接收强度最低的用户卸载到apj*中；

s53，若不存在公有用户，则从api*的用户中选择一个距离apj*最近的用户，计算该用户到apj*的距离，将该用户切换到apj*中。

具体实施例中，s53中，若不存在公有用户，则从api*的用户中选择一个距离apj*最近的用户，计算该用户到apj*的距离，先调整apj*的发射功率，使其覆盖范围包含该用户之后，再将该用户切换到apj*中。

上述调整功率是有限制的，参见图5，ap2为需要调整覆盖范围的无线接入点，与其邻近ap1与ap3的距离分别为l1与l2，将二者之中最小的距离作为最大覆盖半径的临界值。

将上述模型引申到更多ap中即为：

r＝min{l1,l2,l3······lk}(8)

其中，lk为临近ap的半径。

令切换后的此时距离无线接入点最远的用户接收信号强度为ε，该用户到无线接入点的距离为覆盖半径，则调整后的发射功率计算公式为：

pt＝ε+l(r)-gt-gr,r≤r(9)

其中，r为调整后的覆盖半径，r为最大覆盖半径的临界值。

重复步骤s10-s50，直到所有无线接入点的平均用户吞吐量都达到步骤s30所设的阈值之上。

应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。