CN105722190A - 一种集中式网络架构下多用户接入选择方法 - Google Patents

一种集中式网络架构下多用户接入选择方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集中式网络架构下多用户接入选择方法,具体为：(1)当用户首次进入小区，用户终端自动连接上宏基站链路，用户终端同步接收到周围基站的信号强度、基站的ID信息以及基站的类型信息；(2)通过宏基站链路将基站的信号强度、基站对应的ID信息、基站的类型和用户Qos需求标志发送到汇聚服务器；(3)汇聚服务器根据各基站的信号强度、可用带宽、同级用户链路时延对可供接入的网络进行评估打分，将得分最高的网络对应的基站选为用户终端拟接入的基站；(4)用户根据选择结果接入到对应基站；本发明提供的上述用户接入选择方法，很好地满足了不同用户的Qos需求，解决了后到用户对原有用户的带宽挤压问题，提高了同质基站的负载均衡度。

Description

一种集中式网络架构下多用户接入选择方法
技术领域
本发明接入网技术领域，更具体地，涉及一种集中式网络架构下多用户接入选择方法。
背景技术
在传统网络的接入层，小区以基站为中心，一个基站覆盖一大片区域，服务多个用户，在小区边缘地带，允许小区间干扰存在情况下，用户根据接收到的信号强度和接入阈值选择最大接收信号强度的网络接入。随着通信***迈向5G时代，网络向密集型、异构型演进，随着用户的增多以及网络的日益密集，这种接入策略对网络整体效率和用户性能带来较严重的问题，具体如下：
首先是用户的公平性问题，后到的用户会对最先接入的用户产生极大的带宽挤压，传统网络由于用户密集度远没5G网络场景大，该问题不是特别明显，但在密集网络覆盖场景下，需要支持海量终端的接入，公平性问题会越发突出；
其次是基站间负载严重不平衡，在密集区域、一个用户极有可能同时有多个基站可供接入，如果只根据原有信号强度选择接入，一旦可供接入的基站间功率差异较大，很容易出现几乎所有用户选择大功率基站，基站负载量出现严重的两极分化，这样不仅没能充分利用资源，同时用户接入的链路也很可能不是最佳链路；
再者，随着用户数的增多，基站到核心网极有可能造成带宽瓶颈，根据短板效应原理，只考虑信号接收强度的接入策略只能保证接入链路能提供较高速率，基站到核心网的拥塞制约了整条链路的性能。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种集中式网络架构下多用户接入选择方法，其目的在于解决接入方法中后到用户因带宽限制致使吞吐量受限问题以及海量用户场景下新接入用户对原有用户的带宽挤压问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种集中式网络架构下多用户接入选择方法，基于如下网络环境：一个小区内部署一个可覆盖整个小区的宏基站，以及重叠覆盖的各种微基站，终端配备至少一个网卡的多模用户在小区内总能接收到宏基站信号；该架构下宏基站链路承载信令，微基站链路承载数据；服务器维护一张基站属性表，存储小区内所有基站的属性信息，包括宏基站链路的属性(如最大带宽)、各微基站的最大带宽Bm；该用户接入选择方法具体如下：
(1)当用户首次进入小区，用户终端通过与宏基站的交互自动连接上宏基站链路，用户终端同步接收到周围基站的信号强度Ps、基站的ID信息Is以及基站的类型信息Ts；
(2)用户终端通过宏基站链路将基站的信号强度Ps、基站对应的ID信息Is、基站的类型Ts和用户Qos需求标志Fqos发送到汇聚服务器；
(3)汇聚服务器根据基站对应的ID信息Is和基站的类型Ts，结合当前基站属性表获取各基站可用带宽Bavail和同级用户的时延统计信息Dp；
并根据各基站的信号强度Ps、可用带宽Bavail、用户Qos需求标志Fqos、同级用户链路时延Dp对可供接入的网络进行评估打分，将得分最高的网络对应的基站选为用户终端拟接入的基站。
本发明提供的上述用户接入选择方法，一方面，基于信令与数据链路分离的集中式网络架构，可充分利用微基站的高速率性能和宏基站高覆盖范围性能优势：专门的信令链路为信令的传输提供高的时效性，服务器承担决策任务充分利用了服务器强大的处理性能，减少了终端用户的处理开销，用户接入过程中可大大减少接入的时延；
另一方面，通过各可供接入的网络进行打分，为用户终端选择最佳接入网络，解决了后到用户对原有用户的带宽挤压问题，提高密集网络中海量用户接入时用户公平性，也能使同质基站负载得到更好地均衡，从而充分利用网络资源。
优选地，上述集中式网络架构下多用户接入选择方法，选择结果通过宏基站链路反馈给用户终端；用户终端自动接入到得分最高的网络对应的基站；并将链路选择确认信息通过宏基站链路发送给汇聚服务器；汇聚服务器据此更新基站属性表。
优选地，上述集中式网络架构下多用户接入选择方法中，当用户成功接入到某个网络后，除了享有数据传输的服务外，还定时向汇聚服务器发送其接入状态，直至用户离开小区；以便汇聚服务器实时更新基站属性表。
优选地，上述集中式网络架构下多用户接入选择方法中，步骤(3)汇聚服务器为用户终端选择拟接入基站的方法，具体如下：
(3.1)汇聚服务器根据用户接收到的基站的信号强度进行用户类别鉴定，将用户进行分类，分为弱信号强度用户、中信号强度用户和强信号强度用户；
(3.2)根据当前基站属性表，获取待接入基站的可用带宽Bavail，Bavail＝Bm/Nusers；
其中，Bm为该链路最大带宽，通过基站类型可获取；Nusers为基站所服务的用户总数，通过基站属性表获取；
(3.3)依据用户类别，通过基站属性表获取待接入基站同级用户的时延统计信息Dp；
(3.4)采取SAW(SimpleAdditiveWeighting)的多属性判决法，对各可供接入的网络进行打分，将得分最高的网络选为最佳接入网络，该网络对应的基站即为用户终端拟接入的基站；网络接入选择分数Score的总决策式如下：
Score＝λplogPs+(λb-Fqos*δqos)*Bavai+(λd+Fqos*δqos)/Dp
其中λp+λb+λd＝1；λb＝2λd；δqos＝1/2λd；λp为接收到网络的信号强度权重因子；λb为链路可用带宽权重因子；λd为同级用户链路时延权重因子。
优选地，上述步骤(3.4)中，对接收到的网络信号强度属性logPs、链路可用带宽属性Bavail、同级用户时延属性1/Dp预先采用百分制进行标准化；然后采取加权和的方式获得网络接入选择分数；其中，λp取0.4，λb取0.4，λd取0.2；由此，获取的网络接入选择分数Score为百分制。
优选地，汇聚服务器根据用户Qos需求标志Fqos，确定多属性判决法中的总决策式，具体如下：
当用户需要提供时延优先服务时，Fqos取值为1，总决策式对应时延优先决策式；Score＝λplogPs+(λb-δqos)*Bavai+(λd+δqos)/Dp；
当用户需要提供带宽优先服务时，Fqos取值为-1，总决策式中对应带宽优先决策式；Score＝λplogPs+(λb+δqos)*Bavai+(λd-δqos)/Dp；
当用户不需要提供区分式服务时，Fqos取值为0，总决策式对应一般决策式；Score＝λplogPs+λb*Bavai+λd/Dp；
通过上述这种方法，对具有不同业务需求的用户，采用不同的决策式，为各用户提供最佳的链路，提高网络的Qos性能。
优选地，基站属性表所维护的信息包括：基站ID，以及基站ID对应的基站类型、基站服务用户总数、弱信号强度用户时延、中信号强度用户时延和强信号强度用户时延；
基站属性表采用事件触发和定时触发相结合的更新机制；事件触发是指：是用户接入成功后会将连接成功的确认信息反馈给汇聚服务器，汇聚服务器基于该事件来更新基站属性表；
定时触发是指：用户终端在连接成功后，定时向汇聚服务器发送器其连接的基站信息，汇聚服务器基于该汇报对基站属性表作实时更新。
优选地，对基站属性表采用定时清理机制，汇聚服务器定时检查表项内容，若表项在预设的时段内未更新，则确定用户已经离开小区(正常离开或意外断电丢失连接)，更新基站属性表中该基站相应属性。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的集中式网络架构下多用户接入选择方法，在集中式网络架构基础上，采取信令链路与数据链路分离模型，综合考虑了用户接收信号强度、链路的可用带宽和链路的时延属性进行决策；
信令与数据链路分离的架构模型能够充分利用微基站的高速率性能和宏基站高覆盖范围性能优势，专门的信令链路为信令的传输提供高的时效性，服务器承担决策任务也充分利用了服务器强大的处理性能，减少了终端用户的处理开销，故在用户接入过程中可大大减少接入的时延，提高密集型网络下的用户接入速率，并提供数据传输速率和信令的时效性；
(2)本发明提供的集中式网络架构下多用户接入选择方法，采用多属性判决方法对各可供接入的网络进行打分；考虑了链路可用带宽，解决了后到用户对原有用户的带宽挤压问题，提高密集网络中海量用户接入时用户公平性；从另一个角度来看，也避免了接入用户接入到带宽受限的链路而影响用户的吞吐量；并能使同质基站负载得到更好地均衡，从而充分利用网络资源；
(3)本发明提供的集中式网络架构下多用户接入选择方法，采用的多属性判决方法，根据用户的业务特性的不同，相应属性的权重也不同，这样可为特定用户提供最佳的链路，使网络支持很好的Qos性能。
附图说明
图1是实施例里的集中式网络架构示意图；
图2是实施例提供的用户终端接入流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例里所基于的集中式网络架构如图1所示意的，一个小区内部署一个LTE作为宏基站；小区内各种微基站重叠覆盖，包括微微基站(PICO)、家庭基站(FEMTO)和WIFI接入点(AP)；宏基站LTE覆盖整个小区，终端配备至少一个网卡的多模用户在小区内总能接收到宏基站信号。
实施例提供的在上述集中式网络架构下多用户接入选择方法，具体流程如图2所示，具体如下：
(1)当用户首次进入小区，用户终端通过与宏基站的交互自动连接上宏基站链路，用户终端同步接收到周围基站的信号强度Ps、基站的ID信息Is以及基站的类型信息Ts；
(2)用户终端通过宏基站链路将基站的信号强度Ps、基站对应的ID信息Is、基站的类型Ts和用户Qos需求标志Fqos发送到汇聚服务器；
(3)汇聚服务器根据各基站的信号强度Ps将用户进行分类，分别为弱信号强度用户、中信号强度用户和强信号强度用户；
根据当前基站属性表信息结合用户类别，获取待接入基站的可用带宽Bavail，待接入基站同级用户的时延统计信息Dp；并根据各基站的信号强度Ps、待接入基站同级用户的时延统计信息Dp和可用带宽Bavail，对可供接入的网络进行采用SAW的多属性判决法进行评估打分，对于收集到的参数，首先进行标准化，然后采取加权和的方式获得评估分数，将得分最高的网络对应的基站作为用户终端拟接入的基站；具体如下：
采样以下总决策式：
Score＝λplogPs+(λb-Fqos*δqos)*Bavai+(λd+Fqos*δqos)/Dp，
其中，λp+λb+λd＝1；λb＝2λd；δqos＝1/2λd；
其中，score为网络接入选择分数，λp为接收到网络的信号强度权重因子，λb为链路可用带宽权重因子，λd为同级用户链路时延权重因子，δqos为Qos调整因子；
实施例中，logPs、Bavail、1/Dp均标准化为百分制，λp取0.4，λb取0.4，λd取0.2；由此，获得的网络接入选择分数是百分制；
(4)用户终端自动接入到得分最高的网络对应的基站；并将链路选择确认信息发送给汇聚服务器；汇聚服务器据此更新基站属性表。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种集中式网络架构下多用户接入选择方法，基于如下网络环境：一个小区内部署一个可覆盖整个小区的宏基站，以及重叠覆盖的各种微基站，终端配备至少一个网卡的多模用户在小区内总能接收到宏基站信号；宏基站链路承载信令，微基站链路承载数据；服务器维护一张基站属性表，存储小区内所有基站的属性信息，包括宏基站链路的属性以及各微基站的最大带宽，其特征在于，所述用户接入选择方法具体如下：
(1)当用户首次进入小区，用户终端通过与宏基站的交互自动连接上宏基站链路，用户终端同步接收到周围基站的信号强度Ps、基站的ID信息Is以及基站的类型信息Ts；
(2)通过宏基站链路将基站的信号强度Ps、基站对应的ID信息Is、基站的类型Ts和用户Qos需求标志Fqos发送到汇聚服务器；
(3)汇聚服务器根据基站对应的ID信息Is和基站的类型Ts，结合当前基站属性表获取各基站可用带宽Bavail和同级用户的时延统计信息Dp；
并根据各基站的信号强度Ps、可用带宽Bavail、用户Qos需求标志Fqos、同级用户链路时延Dp对可供接入的网络进行评估打分，将得分最高的网络对应的基站选为用户终端拟接入的基站。
2.如权利要求1所述的集中式网络架构下多用户接入选择方法，其特征在于，用户终端自动接入到所述得分最高的网络对应的基站，并将链路选择确认信息通过宏基站链路发送给汇聚服务器；汇聚服务器根据所述选择确认信息更新基站属性表。
3.如权利要求2所述的集中式网络架构下多用户接入选择方法，其特征在于，当用户成功接入到某个网络后，在享有数据传输的服务外，还定时向汇聚服务器发送其接入状态，直至用户离开小区；以便汇聚服务器实时更新基站属性表。
4.如权利要求1或2所述的集中式网络架构下多用户接入选择方法，其特征在于，上述步骤(3)汇聚服务器为用户终端选择拟接入基站的方法，具体如下：
(3.1)汇聚服务器根据用户接收到的基站的信号强度进行用户类别鉴定，将用户进行分类，分为弱信号强度用户、中信号强度用户和强信号强度用户；
(3.2)根据当前基站属性表，获取待接入基站的可用带宽Bavail，Bavail＝Bm/Nusers；
(3.3)依据用户类别，通过基站属性表获取待接入基站同级用户的时延统计信息Dp；
(3.4)采取SAW多属性判决法，对各可供接入的网络进行打分，将得分最高的网络选为最佳接入网络，该网络对应的基站即为用户终端拟接入的基站；网络接入选择分数Score的总决策式如下：
Score＝λplogPs+(λb-Fqos*δqos)*Bavai+(λd+Fqos*δqos)/Dp
其中λp+λb+λd＝1；λb＝2λd；δqos＝1/2λd；
其中，Bm为该链路最大带宽，通过基站类型可获取；Nusers为基站所服务的用户总数，通过基站属性表获取；λp为接收到网络的信号强度权重因子；λb为链路可用带宽权重因子；λd为同级用户链路时延权重因子。
5.如权利要求4所述的集中式网络架构下多用户接入选择方法，其特征在于，上述步骤(3.4)中，首先对接收到的网络信号强度属性logPs、链路可用带宽属性Bavail、同级用户时延属性1/Dp预先采用百分制进行标准化；再根据总决策式采取加权和的方式获得网络接入选择分数；其中，λp取0.4，λb取0.4，λd取0.2。
6.如权利要求4所述的集中式网络架构下多用户接入选择方法，其特征在于，汇聚服务器根据用户Qos需求标志Fqos，确定多属性判决法中的总决策式，具体如下：
当用户需要提供时延优先服务时，Fqos取值为1，总决策式对应时延优先决策式；Score＝λplogPs+(λb-δqos)*Bavai+(λd+δqos)/Dp；
当用户需要提供带宽优先服务时，Fqos取值为-1，总决策式中对应带宽优先决策式；Score＝λplogPs+(λb+δqos)*Bavai+(λd-δqos)/Dp；
当用户不需要提供区分式服务时，Fqos取值为0，总决策式对应一般决策式；Score＝λplogPs+λb*Bavai+λd/Dp。
7.如权利要求1所述的集中式网络架构下多用户接入选择方法，其特征在于，所述基站属性表所维护的信息包括：基站ID，以及基站ID对应的基站类型、基站服务用户总数、弱信号强度用户时延、中信号强度用户时延和强信号强度用户时延；
基站属性表采用事件触发和定时触发相结合的更新机制；所述事件触发是指：用户接入成功后会将连接成功的确认信息反馈给汇聚服务器，汇聚服务器基于该事件来更新基站属性表；
所述定时触发是指：用户终端在连接成功后，定时向汇聚服务器发送器其连接的基站信息，汇聚服务器基于该汇报对基站属性表作实时更新。
8.如权利要求7所述的集中式网络架构下多用户接入选择方法，其特征在于，对基站属性表采用定时清理机制，由汇聚服务器定时检查表项内容，若表项在预设的时段内未更新，则确定用户已经离开小区，更新基站属性表中该基站的属性信息。
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