一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法
【专利摘要】本发明公开了一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，属于移动通信【技术领域】。该方法包括一种在异构蜂窝网络中各个小区的负载均匀分配的方法、根据各个基站的负载情况为各个基站预留资源的方法以及优化资源分配方法。在本发明所述方法中，各个基站的负载差值将通过负载均衡技术保持在一定的范围内，从而实现各个基站的负载均匀分配，而且还考虑到各个基站相互交换负载报告的时的信令开销，引入SON技术，即基于当前的各个基站的负载情况预测未来各个基站为切换的用户预留的资源，以保证经过负载均衡操作的用户在切换之后能够得到较好的服务，不会因为资源不足而引起切换失败产生掉话，并结合预留资源，各个基站对可用资源进行优化分配，使得整个系统的性能得到较大提升。
【专利说明】一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法
【技术领域】
[0001]本发明属于移动通信【技术领域】，特别涉及一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，包括一种在异构蜂窝网络中各个小区的负载均匀分配的方法、根据各个基站的负载情况为各个基站预留资源的方法以及优化资源分配方法。
【背景技术】
[0002]随着无线通信技术的发展，网络的异构化与智能化已经成为必然，在LTE-A(LongTime Evolution-Advanced)系统中引入 SON (Self-organization Networking)以降低运营成本，实现网络的智能化，在异构蜂窝网络中，根据用户的需求引入低功率节点，进一步提升网络的系统容量，提高用户的平均数据率。随着网络规模不断增大，系统模式的不断增多，必然需要网络的自组织管理(自配置、自优化、自愈合)。有限的资源成为限制网络性能的主要因素，在传统网络中，将各个小区的资源都分配给属于该小区的用户使用，从小区的范围来说接入各个小区的用户实现了资源共享，但是从整个网络系统来说，并没有真正意义上充分利用整个系统资源，用户并没有货的最佳服务质量，特别是在各个小区的负载分配不均的情况下。
[0003]由于用户的到达和离开网络是随机的，而且不同用户的业务模式也是不一样的，因而造成了各个小区的负载情况也是不一样的，即在某个时刻有的小区接入用户的数目很多，造成该小区拥塞，而有的小区接入用户很少甚至处于空闲的状态，这些小区的资源在这个时刻就浪费掉了，这就造成整个系统的资源没有被充分利用，此时需要引进负载均衡技术。
[0004]现有技术在解决人们日益增长的数据率的问题上，引入了低功率节点，而且使用的是传统的负载均衡技术，即在得到各个小区的负载值的前提下，将超载小区的用户切换到负载较低的小区，来实现负载均衡。在用户选择切换的目标小区时，是从用户与基站的关联角度出发来选择目标基站，并没有将各个基站的资源利用情况考虑进来，因而可能造成超载基站的用户在切入到目标基站之后，由于目标基站的可用资源不多而导致用户不能及时得到很好的服务导致切换失败产生掉话。
[0005]现有的负载均衡方法一般只是考虑在小区超载的情况下使用该技术，并没有真正意义上的实现各个小区负载的均匀分布，而且在增强型MLB中，没有很好的考虑各个基站实际交换负载报告过程中的信令开销，也没有很好的将资源的利用有效的结合起来，而导致用户的切换失败导致呼叫中断。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，包括一种在异构蜂窝网络中各个小区的负载均匀分配的方法、根据各个基站的负载情况为各个基站预留资源的方法以及优化资源分配方法。
[0007]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:[0008]一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，包括以下步骤:1)获取各个基站当前的负载信息、资源利用情况、位置信息以及所属小区ID和自身ID等信息；2)根据所获得的当前基站的相关信息，将各个小区中的基站进行分组，其中主基站为各个小区的宏
基站
[0009](MBSs)，即覆盖整个小区的基站，从基站为各个小区的小基站，即为了提升小区的覆盖范围、容量等性能指标引入的低功率节点，这里都用家庭基站(HeNBs)表示；3)根据所述的各个小区基站的分组信息，在各个小区的MBSs下建立信息存储模块，称之为MBS_List ;4)根据所述的MBS_List，MBS将会利用RM-PDU流程和相邻小区的MBSs交换相关信息；5)根据所交互的各个基站的相关信息，利用各个小区的负载差将各个小区的负载均匀分配；6)根据获得的相对的最大负载差算法，获得目标基站的ID (包括小区ID和自身ID)，将高负载小区的用户切换到低负载小区进行服务；7)根据所述的用户进行切换之后，以及当前用户的到达率和离开率，预测各个基站所需要保留的资源，以防止用户在切换操作过程中因为所需资源不够而不能得到即时服务产生掉话；8)根据预测的各个基站的资源预留情况，在进行负载均衡操作之后对各个基站的资源进行最优分配，以使用户的平均速率达到最佳状态；9)根据所述的资源预留以及负载均衡操作，将各个MBSs下的MBS_List进行相应的更新。
[0010]进一步，步骤3)具体包括:查询各个基站的小区ID号，将小区号相同的基站分为一组；根据所获得的组信息，得到组内基站的总数；根据各个小组基站的数目，分为两种分组情况:在组内成员数目不多的情况下，将小区内的MBS设置为主基站，其他的基站都设置为从基站，在组内成员数目较多的情况下，仍然将小区内的MBS设置为主基站，此时还需要在该组内设置若干个次主基站，剩下的基站就为从基站；根据所述两种分组信息，获取相关信息流程是不一样的:在组内基站数目较少的情况下，从基站将自己的相关信息直接发送给主基站，并存储在主基站的MBS_List里,在组内基站数目较多的情况下，从基站是将它们的相关信息先发送给次主基站，然后由次主基站收集完从基站的信息之后加上自己的信息一起发送给主基站，存储在MBS_List里。
[0011]进一步，步骤4)具体包括:获取各个小区主基站MBS的MBS_List表；通过RM-PDU流程将MBS_List发送给相邻小区的MBSs，同时也获取相邻小区的MBS_List表；将获取的相邻小区的相关信息都存储在MBS的信息收集模块中。
[0012]进一步，步骤5)具体包括:查询MBS的MBS_List列表，获取各个基站的负载信息；根据获得各个基站的负载信息，将各个基站的负载情况进行比较；根据获得的比较结果，将一个基站的负载值与另一个基站的负载值相减，并将该值与预先设置的触发切换机制的负载差值相比较，如果超过预先设置的负载差值，那么切换机制被激活，负载值较高的基站的用户被切换到负载值较低基站；将各个基站的负载情况进行动态调整，使得各个小区的负载差异保持在一定的值内，从而达到负载的均匀分配。
[0013]进一步，所述将各个基站的负载情况进行比较，具体包括:获取各小区MBS的MBS_List列表，查询本小区内各个基站的负载信息；根据LTE-A系统中引入的低功率节点的特性，小区内的各个层次的基站覆盖范围不一样，因而负载阈值也是不一样的，这使得小区的负载差值的差距比较大；根据预先设置的负载差值以及不同类型基站的发射功率大小，动态引入调整因子，对低功率节点的负载情况进行相应的调整，注意各小区的MBS的负载调整因子设置为I;将所述的各个基站经过调整因子调整之后的负载信息进行比较，首先比较组内各个基站的负载情况，如果其中有一个基站的负载值远远超过另一个基站的负载值或者远远超过其他多个组内成员的负载值，此时该小区的负载分配是不均匀的，需要出发负载均衡机制，如果组内各个基站的负载值差值都在预先设置的负载值差值之内，那么该小区的负载分配均匀的；根据所述的负载分配均匀的情况下，进一步经过负载报告信息获取的相邻小区的各个基站的负载情况；将本小区的基站的负载信息与相邻小区的负载信息进行比较，同理按照上述的方法进行调整；根据所述的比较方法以及负载均衡操作机制触发的条件，使得相邻小区的负载情况差值在控制的范围内。
[0014]进一步，步骤4)中所述RM-PDU流程包括:获取MBS收集的负载信息，根据RIM-PDU流程进行负载交换；各个基站都建立X2接口，从基站在获取本组内基站的负载信息时，直接向主基站发送负载请求消息，从基站需要获取相邻小区各个基站的负载信息时，需要由主基站向相邻小区的主基站发送负载请求消息，再经过X2接口发送给从基站；在进行负载交换的过程中，每次发送或接收负载报告都需要经过RNC-SGSN-MME-eNB路由。
[0015]进一步，在步骤6)中，根据获得的相对的最大负载差算法，包括:查询各个组的主基站MBS下的MBS_List列表，获取各个基站的负载信息；将获取的负载信息引入调整因子，对不同类型基站的负载值进行相应的调整；将调整后的各个基站的负载值两两相减，并将所减的值与预先设置的负载差值门限进行比较；根据比较的结果判断各组的高负载基站以及低负载基站，首先选择组内负载差值最大的两个基站进行负载切换，在切换过后再进行比较，按照负载差值最大的原则进行切换操作，直到负载分配均衡。
[0016]进一步，步骤7)具体包括:查询存储在MBS信息收集模块下的MBS_List列表，获取各个基站更新后的负载信息，计算各个基站的切换负载值；获取各个基站当前用户的到达率和离开率，根据各个基站的信息收集模块存储的历史切换负载值以及切换负载值，利用线性加权学习算法进行预测；将计算出来的函数值作为下一周期的各个基站为切换呼叫预留的资源，一般而言，各个基站的资源是固定的。
[0017]进一步，在步骤8)中，在进行负载均衡操作之后对各个基站的资源进行最优分配具体包括:根据所获得各个基站的预留资源的数目，计算得到各个基站的可用资源；获取各个基站需要服务的用户属性，将各个基站的资源进行优化分级分配；根据获得用户的属性的不同，属于本地基站的用户可以使用该基站的所有资源，而通过切换操作的用户只能使用各个基站预留的资源，这样可以使得本地用户获得较好的服务质量。
[0018]本发明的有益效果在于:各个基站的负载差值将通过负载均衡技术保持在一定的范围内，从而实现各个基站的负载均匀分配，而且还考虑到各个基站相互交换负载报告的时的信令开销，从运营的角度出发，引入SON技术，即基于当前的各个基站的负载情况预测未来各个基站为切换的用户预留的资源，以保证经过负载均衡操作的用户在切换之后能够得到较好的服务，不会因为资源不足而引起切换失败产生掉话，并结合预留资源各个基站对可用资源进行优化分配，使得整个系统的性能得到较大提升，也使用户得到较高的服务质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
[0020]图1为LTE-A异构蜂窝网络拓扑结构示意图；
[0021]图2为经由RIM信令交换负载信息示意图，其中图a为原始的基站之间交换负载报告示意图，图b为减少信令开销的增强型负载报告示意图；
[0022]图3为基站交换负载报告信令流程图；
[0023]图4为减少信令开销的增强型负载报告信令流程图；
[0024]图5为小区内均匀分配各个基站的流程图；
[0025]图6为宏小区间均匀分配各个基站的流程图；
[0026]图7为负载均衡机制流程图；
[0027]图8为负载均衡操作过程中接入模式改变流程图；
[0028]图9为进行切换操作的信令流程示意图；
[0029]图10为SON技术的系统框图；
[0030]图11为基于负载变化对各个基站预留资源的流程图；
[0031]图12为预测各个基站的预留资源算法流程图；
[0032]图13为根据各个基站预留资源的优化资源分配流程图；
[0033]图14为整个系统的流程图。
【具体实施方式】
[0034]本发明提供了一种异构蜂窝网络中结合分级动态分配资源的增强型移动负载均衡(MLB)的方法及装置，其中增强型主要体现在减少各个节点在交换负载报告过程中的信令开销，并引入SON技术中的智能算法为各个基站预留资源，以降低用户切换过程中的掉话率，是一种优化全网性能的方法，图14为整个系统的流程图。为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的实施例进行详细地描述。
[0035]为了实施本发明，首先需要为整个过程设计一个完整的网络拓扑结构，作为该方法及装置实施的场景，参见图1，图1为LTE-A异构蜂窝网络拓扑结构示意图，在本发明实施例中，引入的低功率节点主要有picocell (微蜂窝)、femtocell (微微蜂窝)、relay (中继节点)以及热点wifi，而且这些低功率节点都位于MBS (宏基站)的覆盖范围内，其他相邻小区的部署情况与图1基本相同，除了 femtocell可以根据用户的需求由用户自己部署，具有相对的随机性，其他的节点都是由运营商部署。其次需要在每个小区的MBS中添加节点状态信息收集模块，收集本小区的所有节点以及相邻小区的负载以及资源利用信息；还需要在各个节点添加UE状态信息收集模块，收集与各个节点初始接入用户的位置信息、运动情况、业务模型；在183中，还需要添加目标基站筛选模块，即根据各个小区的负载差值维持在一定的范围的原则进行相应的筛选。
[0036]参见图2，图2为经由RM信令交换负载信息示意图，其中图a为原始的基站之间交换负载报告示意图，图b为减少信令开销的增强型负载报告示意图。在当前机制下，都是通过RM-PDU流程进行负载交换，如a中所示，每一个负载信息都需要经过RNC-SGSN-MME-eNB路由，会花费大量的Iu/Sl信令开销，因而本发明提出了如图b所示的负载信息交换过程。其中MME (管理运营维护实体)与SGSN (Serving GPRSSupport Node)构成CN (Core Network,核心网)，RNC (无线网络控制器)连接小区以外节点,这里主要是连接相邻小区的MBSs。
[0037]参见图3，图3为基站交换负载报告信令流程图。
[0038]步骤301:小区中的各个基站请求获取其他基站的负载信息，包括本小区的所有基站以及相邻宏小区的各个基站的负载信息，根据图2a中的RIM示意图初始化RIM过程。
[0039]步骤302:各个基站直接向本小区的MME发送状态请求消息，该消息中包括源基站ID，源基站的所属小区ID，目标基站的ID，目标所属小区ID以及报告级别等信息。
[0040]步骤303:CN需要对各个基站发送的状态请求消息进行处理，解读状态请求消息内容，主要是获取路由信息以及请求获取目标基站的负载信息和资源利用情况，这就会带来一定信息时延。
[0041 ] 步骤304 =SGSN将解读的信息直接转发给RNC。
[0042]步骤305:RNC根据解读的状态请求消息，获取目标基站的ID以及目标基站的所属小区ID，根据获得的路由信息找到目的基站，将目标基站的负载信息以及资源利用情况存放在状态报告信息中，并将状态报告消息发送给SGSN。
[0043]步骤306:CN需要对获取的状态报告消息进行数据包分组处理，对其中的地址信息进行相应的解读，此时也会造成一定的信息时延。
[0044]步骤307: MME将获取的状态报告消息直接转发源基站。
[0045]步骤308:各个基站将获取的其他基站的负载信息和资源利用情况存储在各自的信息收集模块中。
[0046]从图3描述的基站交换负载信息的一般信令流程图可知，如果小区中的基站数目较多，特别是在5G系统中的高密度小蜂窝部署场景的情形下，会带来大量的信令开销，而且从图3中不难看出不断在MME-SGSN之间传输相同的信令，即当某个小区的基站向其他宏小区的一个基站请求负载报告时，除了源基站的地址信息不同之外，其他的信息都是相同的，因此，为了减少RIM-PDU的传输次数，即减少相应的信令开销，采用分组法进行改进，具体改进的信令流程参见图4。
[0047]图4为减少信令开销的增强型负载报告信令流程图。
[0048]步骤401:初始化RM流程，此时将每个小区的各个基站设置为一个组，其中MBS为每个组的主基站，其他的基站为从基站，由主基站请求获取相邻宏小区的负载信息。
[0049]步骤402:主基站MBS向CN发送相邻宏小区各个基站的状态请求消息，其中包括相邻小区ID，负载报告请求，资源使用情况信息，以及目标基站的地址信息。其中CN包括图3中的MME以及SGSN。
[0050]步骤403:在CN接收到源MBS发送的状态请求信息时，对该消息进行相应的解读，
获取路由信息。
[0051]步骤404:在CN解读完状态请求信息后，根据获取的路由信息通过RNC寻找到目标小区，获取其覆盖范围下各个基站的负载信息，资源利用情况等信息，并将这些信息通过状态报告消息发送给CN。
[0052]步骤405:当CN接收到状态报告消息之后，进行相应的解读，即对数据包进行分组处理，再次根据数据包的头部信息获取相关路由信息，最后将处理完的状态报告消息进行转发。
[0053]步骤406:在主基站MBS获取相邻宏小区的各个基站的负载信息之后，他需要获取本小区的从基站的负载信息，此时将不再需要经过核心网络，直接向其从基站发送状态请求消息。
[0054]步骤407:从基站在接收到主基站发送的状态请求消息之后，将其进行解读。
[0055]步骤408:从基站根据其解读的状态请求消息的内容，向主基站发送相关的状态报告消息。
[0056]步骤409:主基站MBS通过CN与RAN获取的相邻宏小区的各个基站的负载信息以及资源利用情况信息以及获取的组内从基站的负载信息和资源利用情况信息存储到信息收集模块中，并根据这些信息建立MBS_List列表。
[0057]步骤410:当主基站MBS将所有相关的/[目息收集完成之后,此时需要考虑从基站获取相邻宏小区各个基站的相关信息以及获取本小区其他基站的相关信息，为了避免重复传输相同的负载报告，即多次使用RIM-PDU流程，通过分组操作从基站直接向主基站发送状态请求息。
[0058]步骤411:需要获取其他基站信息的从基站向主基站发送状态请求消息。
[0059]步骤412:主基站在接收状态请求消息之后，首先判断该基站请求获取相关信息的目标基站是否属于自己MBS_List列表内的基站，如果是，则直接查询MBS_List列表，将状态请求消息发送给发送请求的从基站，如果不是，则重复步骤401?步骤405获取目标基站的相关信息。
[0060]步骤413:主基站根据从基站发送的状态请求消息，获取从基站所需的相关信息之后，将相应的信息通过状态报告消息的形式发送给从基站。
[0061]步骤414:由于用户是随时进入或者离开网络的，而且用户的业务模式也是随时变化的，这就使得整个系统中的各个基站的负载信息以及资源利用情况都是实时变化的，此时就需要考虑基站相关信息变化的情况，RAN模块需要对负载信息以及资源利用情况发生变化的相邻宏小区的基站进行统计收集。
[0062]步骤415 =RAN模块将生变化的各个基站的相关信息发送给CN。
[0063]步骤416:CN在接收到RAN发送的发生变化的基站的状态信息之后，将这些信息进行解读，然后根据MBS的地址信息确认相关路由，转发更新的状态报告消息，当MBS接收到更新的状态报告消息时，对其MBS_List列表中存储的信息进行相应的更新。
[0064]注意，当分组时从基站的数目越多，节省的信令开销将越大，由于在异构网络中从基站是动态变化的，假设某个组的从基站的数目为Nmb,那么所需要的RIM-PDU的次数将减少到1N_。
[0065]参见图5，图5为小区内均匀分配各个基站的流程图。
[0066]步骤501:根据图4可知，为了减少各个基站在交换负载报告过程中的信令开销，对各个小区的基站进行分组处理，即将各个小区的MBS设置为每个组的主基站，其他基站为从基站。
[0067]其中各个小区的MBS将其获取的相关信息都存储在其MBS_List列表中，MBSs通过查询其MBS_List列表，获取与之具有相同小区ID号的基站信息，即获取各个小区的MBS从基站的相关信息。
[0068]步骤502:根据图1可知，每个宏小区中只有一个MBS，其余的都是不同类型的低功率节点，因此各个节点的覆盖范围不一样，导致各个节点的负载阈值差别很大，即低功率节点可能在负载值较少的情况下已经达到饱和，而宏节点的负载值尽管比较大，但是还没有达到饱和状态，因此需要引入调整因子，对不同类型的基站的负载信息进行相应调整。
[0069]步骤503:将与MBS同组的其他基站的负载值进行调整之后，两两相减。
[0070]步骤504:将步骤503获得结果与预先设置的负载差值门限Λ P进行比较，其中i表不小区ID，j和k表不小区内基站ID。
[0071]步骤505:根据步骤504的比较结果进行判断，如果本小区内有有一个基站的负载值远远大于或小于一个或多个基站的负载值，那么该小区内的负载分配是不均匀的，则需要进行小区内负载均衡机制，即将高负载基站的用户切换到低负载基站进行服务；如果各个基站的负载差值都维持在一定的范围内，那么说明该小区内的负载分配均匀，不需要进行小区内负载均衡操作，但是不能排除某个小区的所有基站都处于较高负载情况，此时该小区的各个基站的负载差值同样能维持在预先设定的范围内，但是由于整个小区的负载值较高，使得小区内用户的可用资源不够，最终导致该小区的QoS值不高，因此还需要进一步分析，可参考图6。
[0072]图6为宏小区间均匀分配各个基站的流程图。
[0073]步骤601:基本思路同步骤501，只不过筛选的基站不再是与MBS同组的从基站，而是除从基站之外的其他基站的相关信息。
[0074]步骤602:同样是根据基站类型的不同引入调整因子，对存储在MBS_List列表下基站的负载息进行相应的调整。
[0075]步骤603:经过图5所示的步骤之后，在已经判断本小区各个基站的负载差值维持在控制范围内，即已实现负载的均匀分配，此时将MBS的负载信息作为参照，将MBS的负载值与其他小区的各个基站作比较，注意，此时应该以小组的形式一组一组的进行比较。
[0076]步骤604:将步骤603获得的结果与预先设置好的门限值进行比较，其中1、j表示小区ID，0表示MBS的ID，k表示其他基站的ID，因为是判断小区间的负载是否分配均匀，因此需要i古j。
[0077]步骤605:即根据步骤604的结果进行判断，如果已经达到宏小区内负载分配均匀的宏小区，其主基站的负载值远远大于或者小于其他组一个或者多个基站的负载值，那么则判断各个宏小区的负载分配不均，需要触发宏小区间的负载均衡机制；如果其比较值仍然在设置的预定范围之内，则说明各个宏小区之间的负载已经均匀分配，即不需要用户进行小区间切换的负载均衡操作。下面介绍负载均衡机制流程，参见图7。
[0078]图7为负载均衡机制流程图。
[0079]步骤701:各个组的基站周期性的向该组的主基站MBS发送状态报告消息，主基站MBS将根据状态报告信息的内容相应更新其MBS_List列表，以便各个基站交换相关信息，获取其他基站的负载信息。
[0080]步骤702:主基站MBS根据存储在其信息收集模块的MBS_List列表的内容，按照图5所示的流程，首先判断主基站MBS所在宏小区内的各个基站的负载分配是否均匀，如果是，则进入步骤703，如果否，则进入步骤704。
[0081]步骤703:在判断组内的各个基站的负载分配均匀的前提下，根据图6所示的流程进一步判断是否各个组之间的基站的负载分配均匀，如果是，即各个组的基站的负载差值都在预先设置的范围之内，那么各个基站的用户将不进行负载信息的任何基于切换操作，各个用户都是由最初所属的基站服务；如果否，则进一步比较本组基站的负载与其他组基站的负载，如果本组的MBS的负载值远远超过相邻小区MBS的负载值，则需要将本组各个基站的用户业务按照调整因子进行缩放以后切换到其他组的各个基站下服务，否则，则将其他组的用户业务切换到本组的各个基站下进行服务，从而实现各个宏小区的负载均匀分配。
[0082]步骤704:在判断组内的各个基站的负载分配不均的前提下，即组内成员的负载差值远远超过预先设定的门限值，有的基站处于超负载而有的基站处于低负载甚至是空闲状态，此时需要计算各个基站的负载差值，筛选出负载差值最大的一对基站进行切换操作，在完成切换操作之后对基站的负载值进行更新，再次计算各个基站的负载差值，直到实现各个基站的负载分配均匀。
[0083]在异构网络中，部署的基站的类型是不一样的，而且也考虑到用户在不同系统之间进行切换，那么此时需要考虑源基站与目标基站或者源系统(E-UTRAN或者UTRAN)与目标系统(E-UTRAN或者UTRAN)之间的接入模式问题，而在负载均衡机制中接入模式的改变流程参见图8。
[0084]图8为负载均衡操作过程中接入模式改变流程图。
[0085]步骤801:查询各个宏小区主基站MBS信息收集模块中的MBS_List列表，获取各个基站的当前的负载信息。
[0086]步骤802:根据获取的各个基站当前的负载值，计算各个基站之间的负载差值，存储在负载差值容器内。
[0087]步骤803:从负载容器差值容器筛选出与MBS同组的其他从基站的负载差值，根据图5所示的流程图判断是否需要采取组内切换操作，再根据图6所示的流程图判断是否需要采取组间切换操作，即判断以该MBS为主基站的小组内用户，是否需要进行负载均衡操作。如果是(不管是需要小组内切换操作还是小组间切换操作)，用户都需要从源基站切换到目标基站，此时进行切换操作的接入模式将改为混合式接入模式，因为不同类型的基站的接入模式是不一样的，以此来区分用户最初从属的基站；如果否，那么各个基站的用户仍然有源基站进行服务，此时各个基站的接入模式为自己特有的接入模式，不进行任何变化。
[0088]当高负载基站的用户切换到低负载基站时，具体的信令流程参见图9。
[0089]图9为进行切换操作的信令流程示意图。
[0090]步骤901:根据计算的负载差值，确认高负载基站，并根据为每个搞负载基站选择与其负载差值最大的低负载基站作为其所属用户切换的目标基站，并向目标基站发送切换请求消息。
[0091]步骤902:目标基站接收到切换请求消息后，向源基站发送允许切换请求消息。
[0092]步骤903:源基站确认目标基站发送的确认彳目息，即源基站知道目标基站允许其覆盖用户切换。
[0093]步骤904:源基站根据计算的与目标基站负载差值，采用折中算法，计算出需要切换的用户数目，并选好需要进行切换操作的用户，向他们发送切换命令。
[0094]步骤905:用户在接收到切换命令之后对其进行解读，从消息中获取目标基站所属小区ID以及自身ID。
[0095]步骤906:用户根据解读的目标基站的地址信息，向目标基站发送请求接入消息。[0096]步骤907:目标基站接收用户的请求接入命令之后，打开接入模式，此时从单独的接入模式更改为混合接入模式，从而允许用户接入。
[0097]在本发明中，引入了 SON技术预测各个基站的预留资源，具体框架结构参见图10。
[0098]图10为SON技术的系统框图。
[0099]步骤1001:自组织网络的管理实体主要在0&M (Operation and Maintenance)功能模块中，首先需要感知各个用户的QoS参数以及各个基站的负载值，QoS参数值反应了用户的服务质量，即包括用户的数据传输的速率以及服务基站为用户提供的可用资源；负载参数主要涉及用户传输的业务模型，因为不同的业务所需要的资源是不一样的，而且超负载的基站会因为资源利用状态已达饱和而处于拥塞甚至瘫痪状态。
[0100]步骤1002:对感知的参数进行推理学习，该步骤主要是一些智能的学习算法以及精确的评估算法。
[0101]步骤1003:通过对网络环境的推理学习，利用评估算法对所感知的QoS参数进行评估。
[0102]步骤1004:将评估的结果与预先设置的QoS门限gamma O作比较，如果感知的参数低于门限值，那么网络性能变差，进入步骤805;如果感知的参数值高于门限值，那么维持原来的配置参数，进入步骤801。
[0103]步骤1005:在判断网络性能变差的前提下，需要根据存储在信息收集模块的历史信息预测下一周期的QoS参数值以及各个基站所需要切换的负载值。
[0104]步骤1006:根据预测的结果对相应的参数进行调整，为下一周期各个基站需要切换的用户提供预留的资源。
[0105]参见图11，图11为基于负载变化对各个基站预留资源的流程图。
[0106]步骤1101:根据所述的交换负载报告流程图可知，从基站向本组的主基站MBS请求负载交换信息，获取其他基站的负载信息。
[0107]步骤1102:各个从基站根据交换获得的负载信息，按照负载均衡机制的流程进行相应的判断，并对高负载以及低负载的基站进行统计，计算它们需要切出或者切入的负载值。
[0108]步骤1103:在未进行负载均衡操作之前，各个基站收集本基站下面的用户信息，包括用户的到达率、离开率、业务模式、运动状态、地理位置等信息。
[0109]步骤1104:根据收集的用户信息，需要进行切换操作的基站(源基站和目标基站)根据步骤1102获取的切换负载值选择需要切换的用户。
[0110]步骤1105:承接步骤1102获取的当前各个基站的切换负载值(如果没有进行切换操作，切换的负载值为O ;如果是高负载基站，切换的负载值为正；如果是低负载基站，切换的负载值为负)，并存储在各个基站的信息收集模块中。
[0111]步骤1106:根据各个基站信息收集模块存储的当前切换负载值以及历史负载值，预测各个基站的预留资源。
[0112]参见图12，图12为预测各个基站的预留资源算法流程图。
[0113]步骤1201:由于各个基站的信息收集模块的存储空间有限，因此不能存储所有的切换负载值的历史信息，此时设置一个时间窗口 W，获取时间窗口内的历史切换负载值。
[0114]步骤1202:根据图10所示的框图，在推理学习模块中涉及相关的推理学习算法，因此需要设置学习因子的值，由马尔科夫链得知，时间上越接近的相关性越大，如果相隔的时间较长可以认为无相关性，因而根据时间的远近，对当前的切换负载值与历史切换负载值设置不同的加权因子。
[0115]步骤1203:获取各个基站的用户到达率以及离开率。
[0116]步骤1204:将获取的历史切换负载值以及当前用户的到达率和离开率作为输入因子，利用线性加权学习算法预测下一周期的各个基站的切换负载值。
[0117]步骤1205:根据切换负载值与需求资源的映射表，获取所需求的资源数。
[0118]步骤1206:将获取的预测资源数作为预测呼叫切换的所需的各个基站的保留资源。
[0119]参见图13，图13为根据各个基站预留资源的优化资源分配流程图。
[0120]步骤1301:根据图10所示的SON技术引入框图，通过图12的流程，将历史切换负载值以及各个基站当前用户的到达率和离开率输入推理学习模块，计算获得各个基站为切换呼叫的预留资源数。
[0121]步骤1302:由于各个基站的总的资源数是一定的，即各个基站所占用的频谱带宽是一样的，因而可以通过预测的保留资源数获得剩下的资源数。
[0122]步骤1303:统计各个基站的实际切换呼叫信息，即实际切换的负载信息，因为为切换呼叫预留的资源是上一个周期预测获得的。
[0123]步骤1304:各个基站在进行负载均衡操作之后需要对接入的用户的信息进行分类，如果基站的用户没有进行相关的切换操作或者基站处于高负载情况将自己的用户切换出去时，此时基站服务的用户只有一类，即属于本地基站的用户；如果基站处于低负载甚至是空闲状态时，即有别的基站的用户接入，此时需要将接入该基站的用户分为两类:一类是本地用户，一类是切换用户，根据用户所属的源基站信息对基站的资源进行分级分配。
[0124]步骤1305:根据步骤1304对基站的接入用户进行分类之后，为切换用户分配资源，即将上一周期预测的为切换呼叫准备的资源分配给切换用户使用。
[0125]步骤1306:为本地基站的用户分配资源，此时将除了预留资源以外的资源优先分配给本地基站的用户使用，当然，在可用资源不足的情况下，本地基站的用户也能次优选择预留资源使用，这就是充分保护本地基站的用户得到较好的服务质量。
[0126]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【权利要求】
1.一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)获取各个基站当前的负载信息、资源利用情况、位置信息以及所属小区ID和自身ID等信息； 2)根据所获得的当前基站的相关信息，将各个小区中的基站进行分组，其中主基站为各个小区的宏基站，即覆盖整个小区的基站，从基站为各个小区的小基站，即为了提升小区的覆盖范围、容量等性能指标引入的低功率节点，这里都用家庭基站表示； 3)根据所述的各个小区基站的分组信息，在各个小区的MBSs下建立信息存储模块，称之为 MBS_List ； 4)根据所述的MBS_List，MBS将会利用RM-PDU流程和相邻小区的MBSs交换相关信息； 5)根据所交互的各个基站的相关信息，利用各个小区的负载差将各个小区的负载均匀分配； 6)根据获得的相对的最大负载差算法，获得目标基站的ID，将高负载小区的用户切换到低负载小区进行服务； 7)根据所述的用户进行切换之后，以及当前用户的到达率和离开率，预测各个基站所需要保留的资源，以防止用户在切换操作过程中因为所需资源不够而不能得到即时服务产生掉话；` 8)根据预测的各个基站的资源预留情况，在进行负载均衡操作之后对各个基站的资源进行最优分配，以使用户的平均速率达到最佳状态； 9)根据所述的资源预留以及负载均衡操作，将各个MBSs下的MBS_List进行相应的更新。
2.根据权利要求1所述的一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，其特征在于: 步骤3)具体包括: 查询各个基站的小区ID号，将小区号相同的基站分为一组； 根据所获得的组信息，得到组内基站的总数； 根据各个小组基站的数目，分为两种分组情况:在组内成员数目不多的情况下，将小区内的MBS设置为主基站，其他的基站都设置为从基站，在组内成员数目较多的情况下，仍然将小区内的MBS设置为主基站，此时还需要在该组内设置若干个次主基站，剩下的基站就为从基站； 根据所述两种分组信息，获取相关信息流程是不一样的:在组内基站数目较少的情况下，从基站将自己的相关?目息直接发送给主基站，并存储在主基站的MBS_List里,在组内基站数目较多的情况下，从基站是将它们的相关信息先发送给次主基站，然后由次主基站收集完从基站的信息之后加上自己的信息一起发送给主基站，存储在MBS_List里。
3.根据权利要求1所述的一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，其特征在于: 步骤4)具体包括: 获取各个小区主基站MBS的MBS_List表； 通过RM-PDU流程将MBS_List发送给相邻小区的MBSs，同时也获取相邻小区的MBS_List 表； 将获取的相邻小区的相关信息都存储在MBS的信息收集模块中。
4.根据权利要求1所述的一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，其特征在于: 步骤5)具体包括: 查询MBS的MBS_List列表，获取各个基站的负载信息； 根据获得各个基站的负载信息，将各个基站的负载情况进行比较； 根据获得的比较结果，将一个基站的负载值与另一个基站的负载值相减，并将该值与预先设置的触发切换机制的负载差值相比较，如果超过预先设置的负载差值，那么切换机制被激活，负载值较高的基站的用户被切换到负载值较低基站； 将各个基站的负载情况进行动态调整，使得各个小区的负载差异保持在一定的值内，从而达到负载的均匀分配。
5.根据权利要求4所述的一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，其特征在于: 所述将各个基站的负载情况进行比较，具体包括: 获取各小区MBS的MBS_List列表，查询本小区内各个基站的负载信息； 根据LTE-A系统中引入的低功率节点的特性，小区内的各个层次的基站覆盖范围不一样，因而负载阈值也是不一样的，这使得小区的负载差值的差距比较大； 根据预先设置的负载差值以及不同类型基站的发射功率大小，动态引入调整因子，对低功率节点的负载情况进行相应的调整，注意各小区的MBS的负载调整因子设置为I ; 将所述的各个基站经过调整因子调整之后的负载信息进行比较，首先比较组内各个基站的负载情况，如果其中有一个基站的负载值远远超过另一个基站的负载值或者远远超过其他多个组内成员的负载值，此时该小区的负载分配是不均匀的，需要出发负载均衡机制，如果组内各个基站的负载值差值都在预先设置的负载值差值之内，那么该小区的负载分配均匀的； 根据所述的负载分配均匀的情况下，进一步经过负载报告信息获取的相邻小区的各个基站的负载情况； 将本小区的基站的负载信息与相邻小区的负载信息进行比较，同理按照上述的方法进行调整； 根据所述的比较方法以及负载均衡操作机制触发的条件，使得相邻小区的负载情况差值在控制的范围内。
6.根据权利要求1所述的一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，其特征在于: 步骤4)中所述RM-PDU流程包括: 获取MBS收集的负载信息，根据RIM-PDU流程进行负载交换； 各个基站都建立X2接口，从基站在获取本组内基站的负载信息时，直接向主基站发送负载请求消息，从基站需要获取相邻小区各个基站的负载信息时，需要由主基站向相邻小区的主基站发送负载请求消息，再经过X2接口发送给从基站； 在进行负载交换的过程中，每次发送或接收负载报告都需要经过RNC-SGSN-MME-eNB路由。
7.根据权利要求1所述的一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，其特征在于: 在步骤6)中，根据获得的相对的最大负载差算法，包括: 查询各个组的主基站MBS下的MBS_List列表，获取各个基站的负载信息； 将获取的负载信息引入调整因子，对不同类型基站的负载值进行相应的调整； 将调整后的各个基站的负载值两两相减，并将所减的值与预先设置的负载差值门限进行比较； 根据比较的结果判断各组的高负载基站以及低负载基站，首先选择组内负载差值最大的两个基站进行负载切换，在切换过后再进行比较，按照负载差值最大的原则进行切换操作，直到负载分配均衡。
8.根据权利要求1所述的一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，其特征在于: 步骤7)具体包括: 查询存储在MBS信息收集模块下的MBS_List列表，获取各个基站更新后的负载信息，计算各个基站的切换负载值； 获取各个基站当前用户的到达率和离开率，根据各个基站的信息收集模块存储的历史切换负载值以及切换负载值，利用线性加权学习算法进行预测； 将计算出来的函数值作为下一周期的各个基站为切换呼叫预留的资源，一般而言，各个基站的资源是固定的。
9.根据权利要求1所述的一种结合分级动态分配资源的移动负载均衡方法，其特征在于: 在步骤8)中，在进行负载均衡操作之后对各个基站的资源进行最优分配具体包括: 根据所获得各个基站的预留资源的数目，计算得到各个基站的可用资源； 获取各个基站需要服务的用户属性，将各个基站的资源进行优化分级分配； 根据获得用户的属性的不同，属于本地基站的用户可以使用该基站的所有资源，而通过切换操作的用户只能使用各个基站预留的资源。
【文档编号】H04W28/16GK103781120SQ201410064524
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】陈前斌, 许娟雄, 唐伦 申请人:重庆邮电大学