基于LTE系统的多媒体广播的实时网络调度方法与流程

本发明涉及一种多媒体广播多播服务时所需的配置网络方法，属于LTE蜂窝移动网络传输技术领域。

背景技术：

3GPP(第三代合作伙伴计划)LTE(长期演进)移动通信网络是国际电信联盟无线通信部门(ITU-R)确认可以满足IMT-Advanced需求的4G技术。该技术旨在为移动用户提供更快速的数据传输速率和更稳定可靠的网络性能。多媒体广播多播服务(MBMS)是包含在3GPP LTE协议中的重要组成部分，该服务主要针对蜂窝网络中的热点信息，采取从多个相邻的数据源(基站)利用相同的频谱资源同步向网络内的多个用户传输此热点信息的方法，使用户获得更快速的传输速率，同时实现了网络资源的共享，提高了网络资源的利用率。该服务在视频会议、电视广播、广告、场馆直播、互动游戏等场景中，利用了所需传输信息的数据量大、持续时间久、延时要求小的特点，既可以满足用户的多样需求，又为运营商带来了新的业务增长点。

MBMS在LTE协议中被进一步演进更新，增加了对信息热度计数的功能与服务连续性的扩展，简称为eMBMS。图1(MBSFNarea1、MBSFNarea2的区域用分别用不同方向的斜线加以表示)展示了eMBMS的网络架构，包含有MBMS网关(MBMS-GW)、多小区/多播协调功能实体(MCE)、移动管理实体(MME)、以及演进的NodeB(eNB)。其中，MCE是用于接入控制与资源分配的控制实体，对于单个MBMS业务，MCE主要用于业务的调度，即选择合适的资源(包括频率、时间等参数)，进行多媒体广播多播单频网(MBSFN)传输；对于多个MBMS业务，MCE需要协调其相应的多个MBSFN传输，包括MBSFN区域的大小，无线资源的使用等等，以便能够合理地、高效地使用资源。MBMS-GW主要负责将广播的内容信息传输至eNB。判断是否需要建立MBSFN广播信息，取决于此信息在网络内的热度，如果通过对信息热度计数判断信息需要被广播，则MCE会建立一个包含若干个蜂窝小区的MBSFN区域。在一个MBSFN区域内，多个eNB利用相同的网络资源广播相同的内容，而不同的MBSFN区域所广播的内容是不同的，但是MBSFN区域之间允许互相重叠，因此MBSFN区域之间如何合理分配网络资源事关整个网络的性能。如果用网络吞吐量来衡量eMBMS网络配置的效果，MBSFN内的用户是不会收到该区域内eNB发射的干扰信号，但是会接收到该MBSFN之外的eNB发射的干扰信号，因此MBSFN组网的选择也同时影响用户的信干噪比。

考虑到蜂窝移动网络中，用户的位置会发生变化，存在跨小区的可能性，用户对内容的兴趣度也会发生变化，导致各个多媒体内容在小区内的热度也随着时间发生变化，需要有一种能够结合用户对多媒体内容的实时兴趣度做出快速网络调度的方法。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于LTE系统的多媒体广播的实时网络模型建立方法，本调度方法计算量小，利用对于每个小区内用户所需下载的多媒体内容的热度计数的实时结果，快速协调小区建立MBSFN网络，并在MBSFN网络中配置所需广播内容。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于LTE系统的多媒体广播的实时网络调度方法，其特征是，包括如下步骤：

1)采集建立模型所需要的数据，包括小区，多媒体内容以及每个小区内用户所下载的多媒体内容的热度计数，形成数据集合：

整体网络模型所覆盖的区域记为C，所有MBSFN区域的集合记为A，LTE协议中限制了集合A内最大的元素数目为256，所有多媒体内容的集合记为S；

对于其中的一个小区c，一个MBSFN区域a，一个多媒体内容m，小区c的相邻小区与其本身构成了集合N^c；内容m在小区c内的热度记为(可理解为内容m在小区c内被多少用户点播)；在小区c内传输内容m最少需要的网络资源记为(单位为无线电资源块，RB)；小区c所属MBSFN区域的集合记为A^c，小区c中广播的多媒体内容的集合记为M^c；

2)设置控制变量以及控制变量所需要满足的条件：

a)二进制变量表示小区c是否被分配在MBSFN区域a中，若是则为1，若否则为0；

b)离散变量μa表示在MBSFN区域a中被广播的多媒体内容；

c)整型变量xa表示给MBSFN区域a分配的RB数目；

基于上述模型和LTE协议，控制变量需要满足的条件有：

i)

ii)式中γ表示一个时间帧中最多的可以用做LTE广播的RB数目；

iii)式中c′表示小区c的相邻小区，求和是针对小区c的相邻小区以及小区c本身所归属的所有MBSFN区域而言；

3)根据步骤1-2)形成的数据计算用户满足度，用来刻画基于此网络模型的网络性能，用户满足度被定义为其中，R表示在一个时间帧内所能分配的RB总数，μ表示用于单播传输的内容，表示LTE广播所能满足的用户数，右半部分表示剩余RB资源被用于单播多媒体内容所能满足的平均用户数，β表示接收单播信号的用户群体的满足度与接收广播信号的用户群体满足度的系数比例；

4)基于固定的MBSFN区域设置，决定在各个区域中所需广播的多媒体内容，具体步骤如下：

步骤401)根据步骤1)所得到的整体网络模型所覆盖的区域C，所有MBSFN区域的集合A，以及二进制变量集合按各MBSFN区域内点播信息的用户数对A中的元素进行分类；

步骤402)按照集合A中分类好的元素顺序，从内容集合M中选择满足条件iii)的元素组成集合viable_content_set；

步骤403)对集合viable_content_set进行判定：

若viable_content_set为空集，则回到步骤402)，选择下一个集合A中的元素；

若viable_content_set不为空集，从viable_content_set中选择可以最大化V^c的元素μa作为在MBSFN区域中的广播内容；

5)决定如何配置MBSFN区域，具体步骤为：

步骤501)选择其中的每一个小区c，均令c构成了一个MBSFN区域a，根据步骤4)计算出最大化V^c的值V0^c；

步骤502)对任意MBSFN区域a1的任意相邻区域a2，计算如果合并a1和a2为同一个MBSFN区域后，经过步骤4)所计算出的V^c值。

步骤503)选取步骤502)中能获取的最大V^c值，若该值大于V0^c的值，则对应的相邻区域与MBSFN区域a1合并，并将V0^c的值更新为此最大值。

步骤504)遍历所有相邻MBSFN区域，对每个相邻区域，重复步骤502)，如果无法获得更大的V0^c值，或者所有MBSFN区域的数目小于256，结束此算法；

步骤505)根据算法结束时的MBSFN区域配置方式以及区域内广播内容的设置，得到一种实时的网络调度方案。

进一步地，本方法满足3GPP的eMBMS协议中的限制。

本发明所达到的有益效果：本方法在LTE的协议框架下，以较低的运算量，根据实时用户点播需求所产生的信息热度，快速配置多媒体广播多播服务网络，同时可以使得LTE系统多媒体广播多播服务在满足用户点播需求的同时快速优化网络性能。

附图说明

图1是本发明中eMBMS系统架构图；

图2是实施例中蜂窝网络结构图；

图3时实施例中通过所提出的实时算法生成的MBSFN网络配置图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的步骤1)-3)用于建立模型并设置相应的控制变量和目标函数。步骤4)-5)是在该模型的基础上实际进行算法的使用，快速协调小区建立MBSFN网络，并决定在MBSFN网络中配置所需广播内容。

本实施例中，在仿真测试环境中，测试一个由57个蜂窝小区组成的同步网络中的eMBMS网络配置。无线网络传输带宽设为10MHz，传输的中心频段为2.5GHz，此同步网络的面积为12.34km²，总共有3420个注册用户。

假设个小区内用户对各个多媒体内容感兴趣的比例为表1所示，其中m1,m2,m3分别表示三种被用户点播的多媒体内容，uni表示需要单播服务的内容。

表1是实施例中各小区中对广播或者单播信息感兴趣的用户个数列表

基于以上内容进行模型的建立，经过本发明的算法配置后所生成的实时LTE广播网络配置如图3所示，具体区域的分配对应于图中各个小区标号前的字母，相同的字母表示小区处于某个MBSFN区域内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。