一种负载均衡方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域,特别涉及一种负载均衡方法及装置。
背景技术
当前在小小区基站中使用的负载均衡方案有小区范围扩展切换方案和小区呼吸方案。小区范围扩展切换方案的原理是在用户接入时,对接入准则的信号强度添加偏置量,从而使得用户接入到负载稀疏的小小区内,而基于切换操作的负载均衡则通过设定切换准则,实现小小区内用户之间的转移,从而实现用户之间资源与需求之间的平衡;小区呼吸方案则是通过控制小小区发送信号的强弱改变调整各个小区内接入的用户,从而实现负载的均衡。
常见的小小区基站负载的定义有两种。一种是以节点下服务的用户个数作为负载,这种以用户数目作为负载的定义比较粗糙,不能反映不同的用户之间的需求的差异性;另一种是以节点使用的资源量作为负载,这种负载定义不能很好的反映当前节点的服务能力。然而,以用户数目或者使用资源量作为定义并不能准确的表征接入节点的负载。
传统的以信号质量最大化为准则的网络设计准则可能导致***内资源分配的不公平。一些小小区可能会挤满用户,从而导致每个用户的可用资源紧缺,而另一方面,周围相邻的小区则几乎没有用户,导致了无线资源的浪费。造成这种现象的本质原因是资源需求和资源供给之间的不匹配。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种负载均衡方法及装置,解决资源需求和资源供给之间的不匹配问题,实现小小区基站中的负载均衡。
为达到上述目的,本发明实施例公开了一种负载均衡方法,应用于小小区基站,包括:
获取预定义的负载信息、当前小小区基站中当前接入用户的数据速率需求信息、以及所述当前接入用户与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,其中,所述负载信息为用户需求速率和所述当前小小区提供数据速率的最大值,所述当前小小区基站为接入所述当前接入用户的小小区基站,所述其他小小区基站为除当前小小区基站的小小区基站;
将所述负载信息、所述数据速率需求信息、以及所述单位资源承载数据速率信息上报给中心基站,由所述中心基站根据所述负载信息、所述数据速率需求信息、所述单位资源承载数据速率信息得到用户接入控制信息,其中,所述中心基站为处理小小区上报的所述负载信息、所述数据速率需求信息、以及所述单位资源承载数据速率信息的基站;
接收由所述中心基站反馈的所述用户接入控制信息,进行所述当前小小区基站的所述当前接入用户转移和对所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配。
较优地,所述接收由所述中心基站反馈的所述用户接入控制信息,进行所述当前小小区基站的所述当前接入用户转移和对所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配,包括:
在所述用户接入控制信息为第一预设值时,保持接入的所述当前接入用户不变;
在所述用户接入控制信息为第二预设值时,转移所述当前接入用户接入至其他小小区基站;
给所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配。
较优地,所述在所述用户接入控制信息为第二预设值时,转移所述当前接入用户接入至其他小小区基站之后,所述负载均衡方法还包括:
删除所述当前小小区基站对应的接入用户集合中的所述当前接入用户,得到除所述当前接入用户以外的接入用户。
为达到上述目的,本发明实施例公开了一种负载均衡方法,应用于中心基站,包括:
获取预定义的负载信息、小小区基站当前接入用户的数据速率需求信息、以及所述当前接入用户与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,其中,所述负载信息为用户需求速率和所述当前小小区基站提供数据速率的最大值,所述当前小小区基站为接入所述当前接入用户的小小区基站,所述其他小小区基站为除当前小小区基站的小小区基站;
根据所述负载信息、所述数据速率需求信息、所述单位资源承载数据速率信息得到用户接入控制信息,其中,所述用户控制信息至少包括用户与小小区基站的接入关系和每个用户获得的资源数据;
反馈所述用户接入控制信息至所述当前小小区基站,并由所述当前小小区基站的所述当前接入用户转移和对所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配。
较优地,所述根据所述负载信息、所述数据速率需求信息、所述单位资源承载数据速率信息得到用户接入控制信息,包括:根据公式:
得到用户接入控制信息。
其中,ρi为第i个小小区基站的负载,为当前接入用户的数据速率需求信息,为当前接入用户测量的与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,i为第i个小小区基站,j为第i个小小区基站中的第j个用户,为向量ρ=[ρ1,ρ2,…,ρi,…,ρN]T按照元素大小非增排列之后的向量,Li为第i个小小区基站可用的资源单位,αi,j为调度指示因子,为第j个用户接入到第i个小小区基站,为第j个用户不接入第i个小小区基站。
为达到上述目的,本发明实施例公开了一种负载均衡装置,应用于小小区基站中,包括:
第一获取模块,用于获取预定义的负载信息、所述当前小小区基站所述当前接入用户的数据速率需求信息、以及所述当前接入用户与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,其中,所述负载信息为用户需求速率和所述当前小小区提供数据速率的最大值,所述当前小小区基站为接入所述当前接入用户的小小区基站,所述其他小小区基站为除所述当前小小区基站以外的小小区基站;
上报模块,用于将所述负载信息、所述数据速率需求信息、以及所述单位资源承载数据速率信息上报给所述中心基站,由所述中心基站根据所述负载信息、所述数据速率需求信息、所述单位资源承载数据速率信息得到用户接入控制信息;其中,所述中心基站为处理小小区上报的所述负载信息、所述数据速率需求信息、以及所述单位资源承载数据速率信息的基站;
第一反馈处理模块,用于接收由所述中心基站反馈的所述用户接入控制信息,进行所述当前小小区基站的所述当前接入用户转移和对所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配。
较优地,所述第一反馈处理模块,包括:
保持子模块,用于在所述用户接入控制信息为第一预设值时,保持接入的所述当前接入用户不变;
转移子模块,用于在所述用户接入控制信息为第二预设值时,转移所述当前接入用户接入至其他小小区基站;
资源分配子模块,用于给所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配。
较优地,所述负载均衡装置还包括:
第二获取模块,用于获取多个小小区基站的接入用户集合,其中,所述接入用户集合包括:每个小小区基站对应的接入用户集合;
处理模块,用于删除所述当前小小区基站对应的接入用户集合中的所述当前接入用户,得到除所述当前接入用户以外的接入用户。
为达到上述目的,本发明实施例公开了一种负载均衡装置,应用于中心基站,包括:
第三获取模块,用于获取预定义的负载信息、所述当前小小区基站所述当前接入用户的数据速率需求信息、以及所述当前接入用户与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,其中,所述负载信息为用户需求速率和所述当前小小区提供数据速率的最大值,所述当前小小区基站为接入所述当前接入用户的小小区基站,所述其他小小区基站为除当前小小区基站的小小区基站;
确定模块,用于根据所述负载信息、所述数据速率需求信息、所述单位资源承载数据速率信息得到用户接入控制信息,其中所述用户控制信息至少包括接入用户与小小区基站的接入关系和每个接入用户获得的资源数据;
第二反馈处理模块,用于反馈所述用户接入控制信息至所述当前小小区基站,并由所述当前小小区基站的所述当前接入用户转移和对所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配。
较优地,所述确定模块进一步用于:根据公式:
得到用户接入控制信息。
其中,ρi为第i个小小区基站的负载,为当前接入用户的数据速率需求信息,为当前接入用户测量的与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,i为第i个小小区基站,j为第i个小小区基站中的第j个用户,为向量ρ=[ρ1,ρ2,…,ρi,…,ρN]T按照元素大小非增排列之后的向量,Li为第i个小小区基站可用的资源单位,αi,j为调度指示因子,为第j个用户接入到第i个小小区基站,为第j个用户不接入第i个小小区基站。
由上述的技术方案可见,本发明实施例对负载进行定义,通过计算得到用户接入控制信息,并使用所述用户接入控制信息,由所述当前小小区基站的所述当前接入用户转移和对所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配,解决了资源需求和资源供给之间的不匹配问题,实现了小小区基站中的负载均衡。当然,实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的负载均衡方法的一种流程图;
图2为本发明实施例的负载均衡方法的另一种流程图;
图3为本发明实施例的负载均衡装置的一种结构框图;
图4为本发明实施例的负载均衡装置的另一种结构框图;
图5为本发明实施例的负载均衡***的结构框图;
图6为本发明实施例的负载均衡方法的用户获得数据速率的累积分布函数曲线图;
图7为本发明实施例的负载均衡装置的小小区基站负载的累积分布函数曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1,图1为本发明实施例的负载均衡方法的一种流程图,应用于小小区基站,包括:
S100:获取预定义的负载信息、当前小小区基站中当前接入用户的数据速率需求信息、以及所述当前接入用户与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,其中,所述负载信息为用户需求速率和所述当前小小区提供数据速率的最大值,所述当前小小区基站为接入所述当前接入用户的小小区基站,所述其他小小区基站为除当前小小区基站的小小区基站;
S110:将所述负载信息、所述数据速率需求信息、以及所述单位资源承载数据速率信息上报给中心基站,由所述中心基站根据所述负载信息、所述数据速率需求信息、所述单位资源承载数据速率信息得到用户接入控制信息,其中,所述中心基站为处理小小区上报的所述负载信息、所述数据速率需求信息、以及所述单位资源承载数据速率信息的基站;
S120:接收由所述中心基站反馈的所述用户接入控制信息,进行所述当前小小区基站的所述当前接入用户转移和对所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配。
具体地,所述接收由所述中心基站反馈的所述用户接入控制信息,进行所述当前小小区基站的所述当前接入用户转移和对所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配,包括:
S121:在所述用户接入控制信息为第一预设值时,保持接入的所述当前接入用户不变;
S122:在所述用户接入控制信息为第二预设值时,转移所述当前接入用户接入至其他小小区基站;
S123:给所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配。
进一步地,所述在所述用户接入控制信息为第二预设值时,转移所述当前接入用户接入至其他小小区基站之后,所述负载均衡方法还包括:
获取多个小小区基站的接入用户集合,其中,所述接入用户集合包括:每个小小区基站对应的接入用户集合;
删除所述当前小小区基站对应的接入用户集合中的所述当前接入用户,得到除所述当前接入用户以外的接入用户。
可见,本发明实施例通过计算得到用户接入控制信息,并使用所述用户接入控制信息,由所述当前小小区基站进行所述当前小小区基站的当前接入用户转移和资源分配,解决了资源需求和资源供给之间的不匹配问题;同时,通过删除所述当前小小区基站对应的接入用户集合中的当前用户接入,能够解决一个用户占用多个小小区基站的问题,从而避免小小区基站资源的浪费。
参见图2,图2为本发明实施例的负载均衡方法的另一种流程图,应用于中心基站,包括:
S200:获取预定义的负载信息、小小区基站当前接入用户的数据速率需求信息、以及所述当前接入用户与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,其中,所述负载信息为用户需求速率和所述当前小小区基站提供数据速率的最大值,所述当前小小区基站为接入所述当前接入用户的小小区基站,所述其他小小区基站为除当前小小区基站的小小区基站;
S210:根据所述负载信息、所述数据速率需求信息、所述单位资源承载数据速率信息得到用户接入控制信息,其中所述用户控制信息至少包括接入用户与小小区基站的接入关系和每个接入用户获得的资源数据;
S220:反馈所述用户接入控制信息至所述当前小小区基站,并由所述当前小小区基站的所述当前接入用户转移和对所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配。
具体的,所述根据所述负载信息、所述数据速率需求信息、所述单位资源承载数据速率信息得到用户接入控制信息,包括:根据公式:
得到用户接入控制信息。
其中,ρi为第i个小小区基站的负载,为当前接入用户的数据速率需求信息,为当前接入用户测量的与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,i为第i个小小区基站,j为第i个小小区基站中的第j个用户,为向量ρ=[ρ1,ρ2,…,ρi,…,ρN]T按照元素大小非增排列之后的向量,Li为第i个小小区基站可用的资源单位,αi,j为调度指示因子,为第j个用户接入到第i个小小区基站,为第j个用户不接入第i个小小区基站。
参见图3,图3为本发明实施例的负载均衡装置的一种结构框图,包括:
第一获取模块300,用于获取预定义的负载信息、所述当前小小区基站所述当前接入用户的数据速率需求信息、以及所述当前接入用户与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,其中,所述负载信息为用户需求速率和所述当前小小区提供数据速率的最大值,所述当前小小区基站为接入所述当前接入用户的小小区基站,所述其他小小区基站为除所述当前小小区基站以外的小小区基站;
上报模块310,用于将所述负载信息、所述数据速率需求信息、以及所述单位资源承载数据速率信息上报给所述中心基站,由所述中心基站根据所述负载信息、所述数据速率需求信息、所述单位资源承载数据速率信息得到用户接入控制信息;
第一反馈处理模块320,用于接收由所述中心基站反馈的所述用户接入控制信息,进行所述当前小小区基站的所述当前接入用户转移和对所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配。
本发明实施例的所述当前小小区基站通过用户接入控制信息,并使用所述用户接入控制信息,由所述当前小小区基站进行所述当前小小区基站的当前接入用户转移和资源分配,解决了资源需求和资源供给之间的不匹配问题。
需要说明的是,本发明实施例的装置是应用上述负载均衡方法的装置,则上述负载均衡方法的所有实施例均适用于该装置,且均能达到相同或相似的有益效果。
本发明又一实施例的负载均衡装置中,所述第一反馈处理模块320,包括:
保持子模块321,用于在所述用户接入控制信息为第一预设值时,保持接入的所述当前接入用户不变;
转移子模块322,用于在所述用户接入控制信息为第二预设值时,转移所述当前接入用户接入至其他小小区基站;
资源分配子模块323,用于给所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配。
本发明又一实施例的负载均衡装置,所述负载均衡装置,还包括:
第二获取模块330,用于获取多个小小区基站的接入用户集合,其中,所述接入用户集合包括:每个小小区基站对应的接入用户集合;
处理模块340,用于删除所述当前小小区基站对应的接入用户集合中的所述当前接入用户,得到除所述当前接入用户以外的接入用户。
参见图4,图4为本发明实施例的负载均衡装置的另一种结构框图,包括:
第三获取模块400,用于获取预定义的负载信息、所述当前小小区基站所述当前接入用户的数据速率需求信息、以及所述当前接入用户与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,其中,所述负载信息为用户需求速率和所述当前小小区提供数据速率的最大值,所述当前小小区基站为接入所述当前接入用户的小小区基站,所述其他小小区基站为除当前小小区基站的小小区基站;
确定模块410,用于根据所述负载信息、所述数据速率需求信息、所述单位资源承载数据速率信息得到用户接入控制信息,其中所述用户控制信息至少包括接入用户与小小区基站的接入关系和每个接入用户获得的资源数据;
第二反馈处理模块420,用于反馈所述用户接入控制信息至所述当前小小区基站,并由所述当前小小区基站的所述当前接入用户转移和对所述当前小小区基站内除所述当前接入用户以外的接入用户重新进行资源分配。
本发明实施例的所述中心基站通过计算得到用户控制信息,并将用户控制信息发送给所述当前小小区基站,由所述当前小小区基站进行所述当前小小区基站的当前接入用户转移和资源分配,解决了资源需求和资源供给之间的不匹配问题。
本发明又一实施例的负载均衡装置中,所述确定模块进一步用于:根据公式:
得到用户接入控制信息。
其中,ρi为第i个小小区基站的负载,为当前接入用户的数据速率需求信息,为当前接入用户测量的与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,i为第i个小小区基站,j为第i个小小区基站中的第j个用户,为向量ρ=[ρ1,ρ2,…,ρi,…,ρN]T按照元素大小非增排列之后的向量,Li为第i个小小区基站可用的资源单位,αi,j为调度指示因子,为第j个用户接入到第i个小小区基站,为第j个用户不接入第i个小小区基站。
需要说明的是,本发明实施例的装置是应用上述负载均衡方法的装置,则上述负载均衡方法的所有实施例均适用于该装置,且均能达到相同或相似的有益效果。
本发明实施例的负载均衡装置的具体应用的负载均衡***场景举例如下:具体参见图5,图5为本发明实施例的负载均衡***的结构框图;
应用的负载均衡***包括:当前小小区基站510、中心控制基站500和当前接入用户520;
所述当前小小区基站510获取预定义的负载信息、所述当前小小区基站510中所述当前接入用户520的数据速率需求信息、以及所述当前接入用户520与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,其中,所述负载信息为用户需求速率和所述当前小小区基站510提供数据速率的最大值,所述当前小小区基站510为接入所述当前接入用户520的小小区基站,所述其他小小区基站为除所述当前小小区基站510以外的小小区基站;
所述当前小小区基站510将所述负载信息、所述数据速率需求信息、以及所述单位资源承载数据速率信息上报给所述中心基站500,由所述中心基站500根据所述负载信息、所述数据速率需求信息、所述单位资源承载数据速率信息得到用户接入控制信息,其中,所述中心基站500为处理小小区上报的所述负载信息、所述数据速率需求信息、以及所述单位资源承载数据速率信息的基站;
所述当前小小区基站510接收由所述中心基站500反馈的所述用户接入控制信息,进行所述当前小小区基站510的所述当前接入用户520转移和对所述当前小小区基站500内除所述当前接入用户520以外的接入用户重新进行资源分配。
假设,用户集合为小小区集合为第个小小区基站可用的资源单位集合为并且其下接入用户集合为
所述中心基站500所述根据所述负载信息、所述数据速率需求信息所述单位资源承载数据速率信息根据公式:
其中,lexmin为向量的偏序关系的最小化。
进一步地,按照以下定义进行非增排列求得最小值:
假设,对两个向量 定义比较“<”按字典序小于。“x<y”当且仅当存在满足xω=yω对所有的ω∈{1,2,...,v-1}成立,并且xv<yv;其中,其中表示N×1的非负实数空间。
通过相关线性优化方法求得最优解为
通过使用公式
得到用户接入控制信息。
其中,ρi为第i个小小区基站的负载,为当前接入用户的数据速率需求信息,为当前接入用户测量的与其他小小区基站之间的单位资源承载数据速率信息,i为第i个小小区基站,j为第i个小小区基站中的第j个用户,为向量ρ=[ρ1,ρ2,…,ρi,…,ρN]T按照元素大小非增排列之后的向量,Li为第i个小小区基站可用的资源单位,αi,j为调度指示因子,为第j个用户接入到第i个小小区基站,为第j个用户不接入第i个小小区基站。
具体地,表示第j个用户接入到第i个小小区基站,表示第j个用户不接入第i个小小区基站。
进一步地,如果给定j,处理之后的中存在两个或两个以上的值为1,那么随机从中选择其中一个赋值为1,其余的赋值为0。
进一步地,所述第一预设值为所述第二预设值为当时,把所述当前接入用户520转移到其他小小区基站i*中,其中i*满足当则所述当前接入用户520保持接入不变。其中,i*为除所述当前小小区以外的其他任一个小小区。
用户转移完成之后,第个小小区基站的服务用户集合更新为那么给其下服务的第个用户分配的资源分配量为
其中,为删除所述当前用户520后第i个小小区基站接入用户集合。
参见图6,图6为本发明实施例的一种负载均衡方法的用户获得数据速率的累积分布函数曲线图(cumulative distribution function,CDF)。本发明实施例中用户获得数据速率较对比方案的获取数据速率CDF曲线要窄。在低数据速率区域,本发明实施例中CDF曲线位于对比方案的右侧。然而在较高数据速率区域,本发明实施例中的CDF曲线位于对比方案的左侧。这种结果表明用户的获取数据速率在本发明实施例中得到了更好的处理,其中,所述对比方案为传统的接入用户按照接收信号强度接入小小区基站的技术方案。累积分布函数为常用的数据统计函数,此处不再赘述。
参见图7,图7为本发明实施例的负载均衡装置的小小区基站负载的累积分布函数曲线图;本发明实施例的负载均衡装置的负载均衡下界拥有最窄的负载范围,这意味着小小区基站相对于其他两个方案有着更好的公平性;对比方案拥有最宽的负载范围,这意味着小小区基站之间的公平性最差;在高负载区域内,本发明实施例中逼近了所提出的负载下界;在低负载区域内,本发明实施例中位于对比方案和所提下界之间。可以看出本发明实施例的技术方案相较于对比方案更趋于一条竖线,说明本发明实施例的小小区基站的负载更加均衡。并且逼近所提***负载均衡,在本发明实施例中,几乎所有的用户都满足了所需要的数据速率。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于***实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围内。