专利名称:基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法
技术领域：
本发明涉及一种无线网络的负载平衡方法，特别是涉及一种基于中继的多 跳无线网络的负载平衡方法。
背景技术：
近年来宽带无线通信技术和网络高速发展，由于频谱规划原因，新兴的无 线通信系统的载波频率都比较高。较高的频段虽然能够解决频率分配问题，但 是频段越高，电磁波的绕射能力越差，穿透能力也越差，这种状况对无线信号
覆盖范围提出了挑战。现在的无线接入网络架构主要是由基站(BS，Base Station) 与移动用户(MSS, Mobile Subscriber Station)组成的单跳(Single-hop)网络，每个
MSS均通过一条与基站相连的无线链路来访问网络。这种单跳网络很难满足高 频无线通信系统的要求，因为高频信号由于透射和绕射能力差，很容易受到地 形引起的阴影衰落(shadowfading)效应的影响，另外，频段越高，相同发射功率 条件下电磁波的衰减也越快，致使系统基站覆盖面积缩小。因此，无线通讯网 络提出了多跳无线网络的概念，多跳无线网络利用中继站(RS， Relay Station) 在BS和MSS间转发信号，从而形成了 BS-RS-MSS的路径。其中，RS可 以是一级，也可以是多级， 一个多跳无线网络的节点能够利用较小的发射功率 即可到达相邻节点，因此与单跳网络相比，使用相同的功率等级时中继网络的 小区覆盖面积大大增加。而且RS位置规划灵活，能够有效避免地形对网络布 局影响。
但是，基于中继的多跳无线网络中的数据需要在BS和MSS之间经过一次 或多次中继，从信号传输时间开销或频率占用角度，都会造成对系统资源的浪 费，由此就会减少系统容量。为此， 一些新的技术尝试利用地理因素或其它有效办法，进行资源的复用，这里所指的资源可以是时分多址通信系统中的时间， 也可以是频分多址通信系统中的频率带宽，还可以是码分多址通信系统中的伪 随机码，或者是这些资源的组合，从信息论的角度看不同类型资源的分配方法 是相通的。以时分多址通信系统为例， 一种有效的资源复用方法如图1所示， 该图是一个中继网络下行链路子帧的结构示意，其中基站与各中继站间的数据
传输链路称为中继链路，记做BS—RS1、 BS—RS2、 BS—RS3和BS—RS4;基
站、中继站与用户间的数据传输链路称为接入链路，将基站和与其直接通信的 所有用户之间的BS—MSS链路，看作一个整体，以BS为单位来调度，同理， 对于任一中继站和与其直接通信的所有用户之间的RS—MSS链路，也看作一 个整体，以RS为单位来调度，因此，图中BS为MSS服务的时间在时间帧上 标记为BS，而每个RS为其MSS服务的时间在时间帧上标记为该RS,例如RS1、 RS2、 RS3、 RS4等。本资源复用调度方法不限定下行链路子帧中中继链路和接 入链路的先后次序，上行链路子帧可同理获得。图1中(a)部分所示为没有釆 用资源复用的帧结构，而图1中(b)部分所示为釆用资源复用调度后的帧结构， 其核心思想是将不会产生干扰的RS划分进入同一分组，分组内所有的RS同时 调度，图中显示为属于同一分组内的RS在时间帧上为其覆盖范围内MSS服务 的时间起点相同；相互间会产生干扰的RS分属不同分组，不同分组需要分时 调度，在时间帧上显示为各分组调度时间错开。
图中每个RS在时间帧上占用的长度各不相同，这是由于其所覆盖范围内 的服务负载量不同所造成的。例如在某个时间段内，某个RS的覆盖范围内MSS 所要求的资源需求量大，也即该RS的负载量大，则此RS为其覆盖范围内MSS 服务的时间在时间帧上所占用的长度也就较长，反之则占用长度较短。
从图1中可以看出，该资源复用方法中，如果相同分组内各RS负载相差 越大，即各RS服务时间在时间帧上所占用的长度的差别越大，则资源利用率 越低；而如果相同分组内各RS负载平衡，则该方法资源利用率高，因此也越 能够有效地提高系统容量。各RS的负载由于MSS及其业务的差异常常无法达 到平衡，所以目前基于中继的多跳无线网络的资源复用调度方法也就难以取得
更好的效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于中继的多跳无线网络的负载平
衡方法，该方法能够根据各RS的负载状况将各RS的负载进行进一步细分和重 组，以此实现各组内RS负载的平衡。
为了实现上述发明目的，本发明所釆用的技术方案为
一种基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法，该方法包括以下步骤确 定调整分组和调整中继站；将调整中继站的负载进行划分；划分后的负载，部 分留在调整中继站所在原分组，部分重组进入其它分组。
确定调整分组和调整中继站的步骤中，所述调整分组为负载不平衡度大于 预定平衡度阈值的原分组。所述调整中继站为重载中继站。
将调整中继站的负载进行划分的步骤中，所述划分为控制调整中继站的 功率，将中继站的负载划分为靠近中继站的移动用户所形成的负载和远离中继
本发明的基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法中，所述其它分组为新 的分组，或者为其它原分组。
本发明的基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法之后进一步包括，对所 述新的分组继续执行前述三个步骤。
其中，所述分组负载不平衡度由分组内各中继站负载的标准方差与均值的 商来衡量。
其中，所述重载中继站为负载超过该中继站所在分组的中继站的平均负载 预定阈值的中继站。
本发明的基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法还包括，以 一段指定时 间段为周期，重复执行前述三个步骤。
本发明所提供的基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法，根据各RS的 负载状况与分组情况动态对各RS的负载进行划分和重组，具有以下优点该负载平衡方法不需要预先知道网络拓扑或干扰情况，而是利用网络运行过程中
动态测量得到的BS、 RS间负载和干扰状况来决定负载平衡结果；该负载平衡 方法能够适用于复杂的基于中继的多跳无线网络系统，由此能够提高基于中继 的多跳无线网络的资源利用率，增加系统容量。
图1为现有技术中使用基于中继的多跳无线网络分组资源复用调度方法前 后的下行链路子帧结构示意图；
图2为本发明中基于中继的多跳无线网络负载平衡方法流程图；
图3 (a)为本发明中基于中继的多跳无线网络负载平衡方法所适用的一个
实施例的拓扑结构图；
图3 (b)为图3 (a)中所示无线网络分组资源复用调度后的下行链路子帧
结构图；
图4为本发明中基于中继的多跳无线网络负载平衡方法对调整中继站的负 载的一种划分结果示意图；
图5 (a)为本发明中基于中继的多跳无线网络负载平衡方法中通过功率调
整对调整中继站的负载进行划分的方法示意图；
图5 (b)釆用为图5 U)中所示方法后的负载划分结果示意图； 图6为本发明中实施例 一重新分组后的下行链路子帧结构图； 图7为本发明中实施例二重新分组后的下行链路子帧结构图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
本发明的核心思想是将负载不平衡度较大的分组中负载较重的中继站的
负载进行划分，划分后的负载，部分留在调整中继站所在原分组，部分重组进 入其它分组，以此消除分组内部的负载不平衡。
如图2所示，本发明的基于中继的多跳无线网络负载平衡方法包括以下步
骤
步骤101:确定调整分组和调整RS。
对一个BS覆盖范围内的各RS进行分组资源复用的方式如背景技术中所 述。如图3(a)所示，本发明的一个实施例中BS下包括6个RS，分别标识为 RS1-RS6,图中，时间帧上RS1-RS6时间段的长度分别代表各RS在为其所覆 盖MSS提供服务的时间长度，同时也能够反映各RS的负载大小。根据带宽需 求和干扰关系将BS以及RS1-RS6分为三个分组进行资源复用调度，三个分组 分别为{BS}、 (RS1、 RS3、 RS5》和(RS2、 RS4、 RS6}，其分组复用调度之后 的下行链路子帧如图3 (b)所示。为了和后续步骤中区分开，这三个分组称为 原分组。
各原分组及其包含的RS确定之后，在各原分组中确定调整分组，确定调 整分组可以任选原分组作为调整分组，或选择所有的原分组作为调整分组，也 可以只选择符合特定要求的原分组作为调整分组，作为本发明的 一个优选实施 例，选择负载不平衡度大于预定阈值的原分组作为调整分组。首先由原分组内 RS获取各自的负载状况，所述负载为各RS覆盖范围内的资源需求，由RS覆 盖范围内MSS的各连接的服务质量要求所决定。然后获取各原分组内的负载不 平衡度，负载不平衡度可以通过多种方式来衡量，例如最大负载RS与最小负 载RS间的负载差值、原分组内各RS负载的标准方差等，本实施例中，选择原 分组内的各RS负载的标准方差与均值的商来标识各原分组内的负载不平衡度。 例如本实施例中原分组《RS1、 RS3、 RS5)和(RS2、 RS4、 RS6)的负载不平衡度 均大于预定的平衡度阈值BalanceDegreeth，则选出这两个原分组作为调整分组。
确定调整分组之后，需要进一步在其中确定调整RS,对于调整RS的选取 可以有多种方式，例如选择调整分组内负载最大的RS为调整RS，或选择负载 大于调整分组的负载平均值的RS作为调整RS等。本实施例中选择重载RS作 为调整RS。所述重载RS是指设定重载阈值为^0，设BW,，表示某调整 分组中各RS的负载的平均值，若该调整分组中某RS的负载BWS (l+a) BW面age则标记该RS为重载RS。例如本实施例中，选择分组(RS1、 RS3、 RS5}
内的RS1作为调整RS,和分组(RS2、 RS4、 RS6}中的RS4作为调整RS。 步骤102:将调整RS的负载进行划分。
将调整RS的负载进行进一步划分，以更加有效地实现负载平衡，划分的 策略有多种，如根据不同载频进行划分、根据不同信道质量划分属于同一 RS 下的负载等。
本发明的一个实施例中，如图4所示，按照步骤101的结果，对RS1和 RS4的负载进行进一步划分，分别划分为对应时间帧上时间段为RSl-l、RSl-2、 RS4-1和RS4-2的负载部分。划分的策略可以有多种，例如RSl-2和RS4-2所 对应的负载分别对应RS1和RS4的负载减去所在调整分组的平均负载，或 RS1-1和RSl-2以及RS4-1和RS4-2所对应的负载分别为RS1和RS4的负载的 1/2等。
本发明的第二个实施例中，选择距中继站地理位置的远近作为负载划分的 依据，此时应该控制调整RS的功率，将RS的负载划分为靠近RS的MSS所 形成的负载和远离RS的MSS所形成的负载。如图5(a)所示，所述调整RS1 和RS4的功率为，在一个时间段内减小RS1和RS4的功率，为对应图5(b) 所示占用时间帧上时间段为RS1-C和RS4-C的负载提供服务，在另 一个时间段 内恢复RS1和RS4的功率，为除去RS1-C和RS4-C以外的负载即对应图5(b) 所示时间帧上时间段为RS 1 -W和RS4-W的负载提供服务。
步骤103:划分后的负载，部分留在调整中继站所在原分组，部分重组进 入其它分组。
对步骤102中所划分的负载，为了保持原分组的一致性，对原分组方式不 作更改，因此，部分划分后的负载留在调整中继站所在原分组，和原分组其它 RS的负载一起接受服务，部分划分后的负载重组进入其它分组。
如图6所示，划分出的RS1-1和RS4-1仍然留在原分组内，分别和RS3、 RS5以及RS2、 RS6—起服务，而划分出的RS1-2和RS4-2组成一个新的分组， 如果RS1和RS4同时分别与各自的MSS通信时存在相互干扰，则不能归入同 一个新的分组，而应该和不存在干扰关系的划分出的负载形成新的分组。
如图7所示，对应本发明的第二实施例，当RS1为对应时间段为RS1-C的 负载提供服务时，由于此时RS1实际上是为距离其很近的MSS提供服务，不 会对临近的其它RS的服务产生严重干扰，所以可以将为对应时间段为RS1-C 的负载提供服务的时间归入到分组(RS2、 RS4、 RS6)中，与该分组一起提供服 务，此时RS4可以不减少功率，先为对应时间段为RS4-W的负载提供服务。 反过来，RS4为对应时间段为RS4-C的负载提供服务时，也可以归入分组{RS1 、 RS3、 RS5》中，与该分组一起提供服务，此时RS1可以不减少功率，为对应时 间段为RS1-W的负载提供服务。
当然，也可以选择RS1-W和RS4-W归入新的分组，不和原分组同时进行 调度。
当步骤101-103结東之后，如果产生了新的分组，则需要对新的分组的负 载进一步平衡，对新分组重复执行步骤101-103即可。
另外，由于网络负载状况随时变化，为了能够实现动态调整过程，本发明 的基于中继的多跳无线网络负载平衡方法还可以以 一 段指定时间段为周期，重 复执行上述步骤101至所述步骤103和其后的对新分组的负载平衡步骤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的保护范 围。本领域内技术人员应该能够联想到，以不同的无线通信网络作为本发明的 应用背景，选择不同原分组和中继站作为调整分组和调整中继站，以其它参数 表征原分组内的资源不平衡度，以不同的方式对于中继站的负载进行划分和重 组，都应该属于本发明的保护范围。
权利要求
1、一种基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:A、确定调整分组和调整中继站；B、将调整中继站的负载进行划分；C、划分后的负载，部分留在调整中继站所在原分组，部分重组进入其它分组。
2、 根据权利要求
1所述的基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法，其特 征在于，步骤A中，所述调整分组为负载不平衡度大于预定平衡度阈值的原分组。
3、 根据权利要求
1所述的基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法，其特 征在于，步骤A中，所述调整中继站为重载中继站。
4、 根据权利要求
1所述的基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法，其特 征在于，步骤B中，所述划分为控制调整中继站的功率，将中继站的负载划 分为靠近中继站的移动用户所形成的负载和远离中继站的移动用户所形成的负 载。
5、 根据权利要求
l所述的基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法，其特 征在于，步骤C中，所述其它分组为新的分组，或者为其它原分组。
6、 根据权利要求
5所述的基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法，其特 征在于，所述步骤C之后进一步包括，对所述新的分组继续执行步骤A至步骤 C。
7、 根据权利要求
2所述的基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法，其特 征在于，所述分组负载不平衡度由分组内各中继站负载的标准方差与均值的商 来衡量。
8、 根据权利要求
3所述的基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法，其特 征在于，所述重载中继站为负载超过该中继站所在分组的中继站的平均负载预 定阈值的中继站。
9、根据权利要求
1所述的基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法，其特 征在于，所述方法还包括，以一段指定时间段为周期，重复执行所述步骤A至 所述步骤C。
专利摘要
本发明公开了一种基于中继的多跳无线网络的负载平衡方法，包括步骤确定调整分组和调整中继站；将调整中继站的负载进行划分；划分后的负载，部分留在调整中继站所在原分组，部分重组进入其它分组。本发明的负载平衡方法，能够适用于复杂的基于中继的多跳无线网络，提高系统资源利用率，且能够随着网络负载的变化而动态调整负载平衡策略。
文档编号GKCN101378578SQ200710121146
公开日2009年3月4日 申请日期2007年8月30日
发明者欣 郭, 马文超 申请人:联想(北京)有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan