CN104113922A

CN104113922A - 一种无线网络分配方法

Info

Publication number: CN104113922A
Application number: CN201410366676.2A
Authority: CN
Inventors: 李慧; 吴明; 俞凯; 卜智勇
Original assignee: SHANGHAI JUSHRI TECHNOLOGIES Inc; Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: SHANGHAI JUSHRI TECHNOLOGIES Inc; Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2014-10-22

Abstract

本发明提供一种无线网络分配方法，包括：基站感知当前时段网络状况，判断所述当前时段网络是否处于闲时，若否则将N(Hz)带宽用于点对点通信；若是则将M(Hz)带宽用于推送公共内容，将N-M(Hz)带宽用于点对点通信；其中，M、N为自然数；判断当前时段为闲时时分配用于点对点通信的通信速率是否小于预设的门限速率，若是则减少用于点对点通信的带宽资源，若否则增加用于点对点通信的带宽资源；直至当前时段带宽资源的分配处于平衡状态，则进入下一时段网络状况的感知。

Description

一种无线网络分配方法

技术领域

本发明涉及无线移动通信网络中的无线传输技术领域，特别涉及一种无线网络分配方法。

背景技术

无线移动通信发展历程基本遵循每隔约10年就更新一代通信***的规律。第一代(1G)移动通信***，采用模拟式蜂窝网络，其中具有代表性的有北美的AMPS(Advanced Mobile Phone System)以及欧洲的TACS(Total AccessCommunication System)。第二代(2G)移动通信基于数字式无线通信***，具有代表性的有欧洲的GSM(Global System for Mobile Communication)以及北美的码分多址(CDMA)IS-95***。第三代(3G)***以支持多媒体业务为主要特点，包括三大***，欧洲及日本的WCDMA***、北美的CDMA2000***以及由中国自主提出的TD-SCDMA***。***(4G)通信***使用MIMO和OFDMA技术的LTE-Advanced***。

从2.5G(GPRS)开始，无线通信网络开始有了移动数据业务，用户可以使用手机浏览互联网上的信息。早期的移动数据业务的传输速率较低，GPRS的理论最高传输速率为171.2kbps，发展到4G时，理论最高下行速率可达100Mbps。从2.5G到4G，移动用户的数据业务主要是通过传统的“点对点”通信方式，虽然从3G开始引入了多媒体广播多播业务(MBMS)，但是运营商主要将MBMS用于手机电视业务。

国内外的4G通信***已经开始运营，5G研究也已经开始。5G被认为是面向用户的通信技术，它需要提供4G网络1000倍的容量，提供峰值达10Gbps的终端用户下载速率。为了达到5G的性能要求，学术界提出了很多提高无线网络性能的技术，主要可以归结为以下几点：

(1)减小蜂窝小区的大小，提高网络容量以及性能。从最开始的宏蜂窝(Macro)到微蜂窝(Micro)到皮蜂窝(Pico)，蜂窝小区的半径一直在减小。现在还提出了一种家庭基站(Femto)的概念，是为了能够以最大的数据速率提供住宅内部的移动通信能力。

(2)大规模MIMO技术。高信噪比情况下，通信收、发双方的多天线使得链路中能进行多流传输，大大提高数据速率。

(3)部署异构网络以及复合现有的无线基础设施，提高成本效率。无线移动通信已经经历了4代的发展，每一代都有新的技术提出。不可能每次新技术出来后就全部建新的基站，废弃原来的无线基础设施，这样的成本太高。此外，新一代无线网络商用后，仍有大量用户在使用旧的网络。为了满足不同用户的需求，只有对异构网络进行融合。

(4)灵活的频谱管理，提高资源利用率。为了达到容量以及速率需求，5G需要增大带宽。然而无线频谱资源是非常宝贵的，不可能无限度的增大带宽，因此需要提高频谱资源利用率。主要有频谱重整、认知无线电等技术。

(5)D2D(Device-to-Device)和M2M(Machine-to-Machine)通信。这是一种动态的网络结构，用户终端之间以及基站之间可以互相通信。不同终端以及基站产生的业务可以合理地分配给接入点不会造成拥塞问题。

传统的“点对点”通信会导致大量相同的内容在网络中冗余投递，浪费带宽资源。对于5G如此高的容量需求，仅使用“点对点”通信是难以满足的，还会浪费更多的带宽资源。学术界针对5G性能要求提出的无线网络技术，能在一定程度上提高网络性能，但是它们各自也存在不足：(1)减小蜂窝小区的大小可以提高频谱的复用，增大网络的容量。但是蜂窝小区的减小会使相邻小区之间的同频干扰增大，影响移动用户以及基站的信号接收。(2)MIMO技术需要用户的信道条件较好，低信噪比条件下多天线传输的误码率会很高。此外，通信收、发双方的天线越多，***设计就越复杂。(3)用户终端之间的D2D通信可以在用户之间分享信息，减少用户向基站请求的次数。但是当信息量较大时，终端之间的通信也会较慢。不仅如此，上述技术也都忽略了大量公共内容在网络重复发送到现象，而且据统计，80％的用户共同关注20％的公共内容。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种无线网络分配方法，包括：

基站感知当前时段网络状况，判断所述当前时段网络是否处于闲时，若否则将N(Hz)带宽用于点对点通信；若是则将M(Hz)带宽用于推送公共内容，将N-M(Hz)带宽用于点对点通信；其中，M、N为自然数；

判断当前时段为闲时时分配用于点对点通信的通信速率是否小于预设的门限速率，若是则减少用于点对点通信的带宽资源，若否则增加用于点对点通信的带宽资源；直至当前时段带宽资源的分配处于平衡状态，则进入下一时段网络状况的感知。

进一步，在所述的无线网络分配方法中，通过评估一频谱效率来判断当前时段带宽资源的分配是否处于平衡状态。

进一步，在所述的无线网络分配方法中，通过评估所述基站传输速率和用户时延来判断当前时段带宽资源的分配是否处于平衡状态。

进一步，在所述的无线网络分配方法中，所述点对点通信采用比例公平调度的方法来分配带宽。

本发明提供的无线网络分配方法，具有以下有益效果：本发明引入“一点对极多点”的推送机制可以节省带宽资源，同时进行推送的时间在网络闲时，能在不明显影响网络闲时的用户性能的前提下，大幅提高网络忙时的用户性能。

附图说明

图1是本发明无线网络分配方法的流程图；

图2是本发明实施例1的用户的流量到达比例在各时段分布图；

图3是本发明实施例1的活跃用户数在各时段分布图；

图4是本发明实施例1的一天各时段用户体验到的平均数据速率示意图；

图5是本发明实施例1的基站传输完各个时段数据所需的平均时延示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的无线网络分配方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，其是本发明无线网络分配方法的流程图。如图1所示，本发明提供一种无线网络分配方法，包括：

具体来说，根据流量到达在一天中各时段的分布，将流量到达较少的时段称为网络闲时，流量到达较多的时段称为网络忙时。网络闲时，用户所有的数据需求都通过“点对点”通信向基站获取；网络忙时，用户的数据需求一部分通过“点对点”通信向基站获取，另一部分为网络闲时推送并且已经被用户存储在手机内存中的内容。基于一定的用户行为分析，假设基站推送的为用户的公共内容。基站在网络闲时给推送和“点对点”通信分配资源为自适应过程。

在判断当前时段网络是否处于闲时后，采用不同的机制进行了带宽的分配。以下通过两个参数来判断当前网络的带宽资源的分配是否处于一个平衡状态。第一个是频谱效率，传统的“点对点”通信的频谱效率计算方法为：频谱效率＝信息速率/带宽。其中，信息速率主要是指基站传输信息的速率。推送机制的频谱效率计算方法也可以使用：频谱效率＝信息速率/带宽。但是由于推送的“一点对多点”的传输方式，信息速率不再是指基站传输信息的速率。推送过程中，基站传输的公共内容可能被多个用户接收，其信息速率存在一个增益因子，该增益因子和公共内容的平均重叠率有关。本发明定义公共内容平均重叠率来表示公共内容的重叠程度，公共内容平均重叠率越高，用户接收到的总内容相同的情况下，基站需要推送的内容就越少，信息速率的增益因子就越高。推送过程中，基站传输信息的速率会小于同等带宽条件下的“点对点”通信。因为考虑到推送的内容有多个用户需要接受，为了保证这些用户的QoS需求，基站在传输公共内容时，需要根据最差的用户信道条件来选择调制编码方式，这样的调制编码方式一般效率会低于“点对点”通信。

综合上述两方面考虑，在用户整体信道条件较好，并且用户之间的公共内容平均重叠率较高的情况下，推送的频谱效率会高于同等带宽条件下的“点对点”通信。若所有用户中，大部分用户的信道条件都较好，只有少部分用户的信道条件特别差，为了保证推送的性能，可以只对信道条件较好的那部分用户进行公共内容的推送，信道条件差的用户仍通过“点对点”通信从基站获取信息。

除了频谱效率之外，本发明还将引入推送前后网络闲、忙时的基站传输速率以及用户时延作为评价网络性能的另一指标。未使用推送时，网络闲时的用户性能会优于网络忙时的用户性能。网络闲时流量到达较少，基站传输数据的速率较大，用户获取信息的时延较小；网络忙时流量达到较多，基站传输数据速率较小，用户获取信息的时延较大。引入推送机制后，在网络闲时基站自适应地分配部分带宽资源用于推送，该时间段内推送的公共内容在网络忙时被用户访问。这样，网络忙时基站需要传输的数据减少，基站传输速率增大，用户时延减少，用户性能得到大幅提高。由于自适应分配带宽资源过程中，对用户最低速率进行了门限限定，网络闲时的用户性能也不会下降太多。因此，在网络闲时分配部分带宽资源用于推送，可以在不明显影响网络闲时的用户性能的前提下，大幅提高网络忙时的用户性能。

【实施例1】

如图2和图3所示，其是一蜂窝小区中业务流量及活跃用户数在一天中各个时段的分布图。用户的流量到达比例在各时段分布如图2所示，活跃用户数分布如图3所示。

由图2可以看出2:00-7:59流量到达较少，为网络闲时，因此决定在该时间段进行推送。假设每个用户每天需要200MB数据流量，则***总带宽为20MHz，因此在闲时，即2:00-7:59给推送分配固定带宽8MHz。

“点对点”通信模型参考3GPP LTE R9标准。LTE的下行调制技术采用QPSK、16QAM和64QAM。这三种调制方式对应了29种MCS承载等级以及相应的每个资源块可以支持的传输比特数。LTE***会根据用户接收基站的信号干扰噪声比(SINR)来决定该用户可以支持的MCS承载等级以及相应的每个资源块可以支持的传输比特数。“点对点”通信的资源分配采用比例公平调度方法。

推送过程中基站传输数据的调制编码方式也参考3GPP LTE R9标准，SINR与MCS承载等级的对应关系和“点对点”通信相同，只是广播推送需要根据选择最差的用户SINR值来选择对应的MCS承载等级。由于广播推送的“一点对多点”的传输方式，其在信息速率相比双向通信存在一个增益因子，本例仿真中假设该增益因子为4，其余参数如表1所示：

表1

假设在某一时段，基站已经接收到该时段所有有流量需求的用户的请求，则可为这些用户统一分配资源块，从而计算出不同时段的数据速率以及时延。某一时间段的用户平均时延为每个用户“点对点”接收数据时延之和与该时段活跃用户数之比；用户数据速率为用户获取的总数据与“点对点”接收数据时延之比，其中用户获取的总数据为“点对点”接收的数据与该时段浏览的公共内容之和。在表1仿真条件下，得到的各时段用户的平均速率以及基站传输完该时段用户需求的数据所需时延分别如图4和图5所示。

由图4和图5可以看出，引入推送机制后，在2:00-7:59时间段内，用户的数据由原来的0.4-0.6Mbps下降为0.28-0.4Mbps；时延由原来的4-15min上升为5-16min。综合速率和时延两方面考虑，性能没有下降太多，对用户体验并不会造成太大影响。而在8:00之后，用户的数据速率由原来的0.2-0.4Mbps上升为1.2-2Mbps，时延由原来的20-32min下降为5min左右，性能大幅提高，大大提升用户体验。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种无线网络分配方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的无线网络分配方法，其特征在于，通过评估一频谱效率来判断当前时段带宽资源的分配是否处于平衡状态。

3.如权利要求1所述的无线网络分配方法，其特征在于，通过评估所述基站传输速率和用户时延来判断当前时段带宽资源的分配是否处于平衡状态。

4.如权利要求1所述的无线网络分配方法，其特征在于，所述点对点通信采用比例公平调度的方法来分配带宽。