專利名稱：：一種異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及無(wú)線通信系統(tǒng)中異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的融合
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及GSM、WCDMA、WLAN.ffiMax等異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫融合，具體涉及一種異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法。
背景技術(shù)：
：異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的融合需要各網(wǎng)絡(luò)協(xié)議協(xié)同工作，用戶終端則可以根據(jù)信道狀況及基站容量動(dòng)態(tài)地選擇各種網(wǎng)絡(luò)接口，以滿足不斷增長(zhǎng)的無(wú)線業(yè)務(wù)的QoS要求。目前，市區(qū)等地總存在一些通信熱點(diǎn)地區(qū)(重負(fù)載小區(qū))，大量的用戶終端產(chǎn)生不同QoS要求的各種業(yè)務(wù)，導(dǎo)致許多呼叫用戶因重負(fù)載小區(qū)有限的系統(tǒng)容量而被阻塞，然而相鄰輕負(fù)載小區(qū)卻有帶寬盈余。因此，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的業(yè)務(wù)分布極為不均，網(wǎng)絡(luò)的資源使用效率較低，所以必須解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的負(fù)載均衡問(wèn)題?，F(xiàn)今，已有文獻(xiàn)提出的負(fù)載均衡策略包括業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移負(fù)載均衡策略、信道借用負(fù)載均衡策略、混合負(fù)載均衡策略、分布式負(fù)載均衡策略、兩階段控制負(fù)載均衡策略以及協(xié)作網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡策略。下面分別進(jìn)行說(shuō)明。典型的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移負(fù)載均衡策略大致闡述如下。Karlsson提出了比"directedretry"性能更好的負(fù)載共享算法，能實(shí)現(xiàn)將相鄰基站重疊覆蓋區(qū)域的業(yè)務(wù)在多個(gè)相鄰基站間共享，但是該算法要求相鄰基站與用戶之間的距離必須在一跳范圍以內(nèi)，因此超過(guò)單跳距離的輕負(fù)載小區(qū)不能接納這些轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)。Velayos提出了在分布式和集中式情況下WLAN重疊小區(qū)中的流量轉(zhuǎn)移均衡算法，能實(shí)現(xiàn)位于WLAN重疊覆蓋區(qū)域的業(yè)務(wù)被多個(gè)相鄰基站接納，但是在該算法中，同樣超過(guò)單跳距離的輕負(fù)載小區(qū)不能接納轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)。典型的信道借用負(fù)載均衡策略大致闡述如下。Kim提出了將相鄰蜂窩網(wǎng)小區(qū)定義為一個(gè)簇，并在簇內(nèi)小區(qū)之間引入動(dòng)態(tài)的帶寬管理方式，能實(shí)現(xiàn)相鄰小區(qū)之間互相借用帶寬。具體地，通過(guò)為每個(gè)小區(qū)定義帶寬范圍[MINb，MAXb]來(lái)確定小區(qū)的三種負(fù)載狀態(tài)，當(dāng)帶寬小于MINb時(shí)小區(qū)處于低負(fù)載狀態(tài)(safe-status)；大于MAXb時(shí)處于高負(fù)載狀態(tài)(peak-status)；而在區(qū)間[MINb，MAXb]內(nèi)時(shí)小區(qū)處于均衡狀態(tài)(potentialpeak—status),只有高負(fù)載狀態(tài)小區(qū)能借用低負(fù)載狀態(tài)小區(qū)的信道帶寬。然而，這種信道借用的負(fù)載均衡算法只適合同種類型的小區(qū)，而不適合異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)小區(qū)之間的負(fù)載均衡。典型的混合負(fù)載均衡策略大致闡述如下。Wu提出了適用于純蜂窩網(wǎng)的混合負(fù)載均衡策略_多跳MACA算法，其使用專門的adhoc信道來(lái)轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)到輕負(fù)載小區(qū)，但是代理節(jié)點(diǎn)仍然使用輕負(fù)載小區(qū)的頻譜來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，該算法具有信道借用與業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的雙重特點(diǎn)。然而，Yanmaz只能應(yīng)用于蜂窩網(wǎng)。典型的分布式負(fù)載均衡策略大致闡述如下。Huang提出在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的分布式負(fù)載均衡算法，其將用戶分為兩類高層節(jié)點(diǎn)支持GRPS、WLAN等多個(gè)接口，通過(guò)中心基站/AP等接入核心網(wǎng)；低層節(jié)點(diǎn)必須以adhoc模式通信，通過(guò)高層網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)才能接入核心網(wǎng)。因此低層節(jié)點(diǎn)被分給不同的高層網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)來(lái)達(dá)到負(fù)載均衡的目的。然而，該策略存在如下缺陷首先，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可能成為網(wǎng)絡(luò)的性能瓶頸；其次，低層節(jié)點(diǎn)接入核心網(wǎng)至少需要兩跳，當(dāng)節(jié)點(diǎn)靠近中心接入設(shè)施時(shí)，這將導(dǎo)致不必要的性能降低。典型的兩階段控制負(fù)載均衡策略大致闡述如下。Song提出了把異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源看作一個(gè)共享資源池，利用兩階段控制策略實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，使得Cellular/WLAN混合網(wǎng)絡(luò)的資源使用效率最大化，并利用呼叫接納控制及垂直切換保證系統(tǒng)性能，但是，該策略中業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)移仍局限于單跳距離以內(nèi)。典型的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡策略大致闡述如下。Yamada提出了基于基礎(chǔ)設(shè)施的多跳異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡機(jī)制，通過(guò)定義移動(dòng)終端之間的協(xié)助規(guī)則，來(lái)實(shí)現(xiàn)它們的多跳接入，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍、改善系統(tǒng)吞吐量、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的負(fù)載均衡。然而這些規(guī)則沒(méi)有考慮基站之間的協(xié)作，使得移動(dòng)終端獲得的信息非常有限，負(fù)載均衡的效率不高。因此，有必要提供一種異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法來(lái)克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法，能有效解決網(wǎng)絡(luò)間的業(yè)務(wù)分布不均問(wèn)題，業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)移跳數(shù)可以大于單跳，不存在adhoc信道所產(chǎn)生的干擾，保證系統(tǒng)的性能，業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移不受網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的影響并且低層節(jié)點(diǎn)在靠近基站時(shí)接入核心網(wǎng)無(wú)需兩跳，增加系統(tǒng)的吞吐量性能，移動(dòng)終端獲取信息較多，負(fù)載均衡效率高ο為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法，包括如下步驟(1)當(dāng)用戶終端發(fā)送的新呼叫到達(dá)時(shí)，根據(jù)當(dāng)前負(fù)載判斷本地基站是否為重負(fù)載基站；(2)當(dāng)本地基站是重負(fù)載基站時(shí)，所述重負(fù)載基站和與所述重負(fù)載基站之間的距離小于一定值的相鄰基站進(jìn)行協(xié)商，選擇所述重負(fù)載基站中需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)以及所述相鄰基站中接納轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)的目標(biāo)基站；(3)所述重負(fù)載基站與所述目標(biāo)基站進(jìn)行協(xié)商，建立一條具有跳數(shù)限制的從所述用戶終端到所述目標(biāo)基站的多跳中繼路由；(4)所述重負(fù)載基站經(jīng)所述多跳中繼路由將所述需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)切換或轉(zhuǎn)移到所述目標(biāo)基站。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括當(dāng)本地基站不是重負(fù)載基站時(shí)，所述本地基站接納所述新呼叫。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟(2)中選擇所述重負(fù)載基站中需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)以及所述相鄰基站中作為業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的目標(biāo)基站具體為對(duì)應(yīng)本地基站的每一個(gè)圓環(huán)量化小區(qū)，基于目標(biāo)基站的負(fù)載指數(shù)、轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)量占目標(biāo)基站容量的比例、業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移離相鄰基站的距離、轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)離本地基站的距離、用戶終端位置、本地基站的負(fù)載指數(shù)、多跳路由建立的開銷、路由的可重用性因素，計(jì)算將所述圓環(huán)量化小區(qū)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到各個(gè)相鄰基站的開銷；將對(duì)應(yīng)于最小開銷的本地基站的圓環(huán)量化小區(qū)的業(yè)務(wù)選擇為需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)；將對(duì)應(yīng)于所述最小開銷的相鄰基站作為業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的目標(biāo)基站。在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，所述步驟(2)中選擇所述重負(fù)載基站中需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)以及所述相鄰基站中作為業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的目標(biāo)基站具體為將負(fù)載指數(shù)最小的相鄰基站作為業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的目標(biāo)基站；將用戶終端與目標(biāo)基站之間的距離最近的業(yè)務(wù)選擇為需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，所述步驟(3)具體為(31)重負(fù)載基站發(fā)送切換轉(zhuǎn)移消息至所述用戶終端；(32)所述用戶終端收到切換轉(zhuǎn)移消息后，廣播路由請(qǐng)求消息，所述路由請(qǐng)求消息包含中繼節(jié)點(diǎn)字段；(33)所述中繼節(jié)點(diǎn)字段對(duì)應(yīng)的每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)收到所述路由請(qǐng)求消息后，將當(dāng)前中繼節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)添加到所述路由請(qǐng)求消息的中繼節(jié)點(diǎn)字段以更新所述路由請(qǐng)求消息，而后廣播所述更新的路由請(qǐng)求消息；(34)目標(biāo)基站收到來(lái)自所述中繼節(jié)點(diǎn)的路由請(qǐng)求消息后，沿著路由請(qǐng)求消息的反向路徑發(fā)送路由回復(fù)消息至所述用戶終端，每個(gè)收到路由回復(fù)消息的中繼節(jié)點(diǎn)構(gòu)成所述用戶終端到所述目標(biāo)基站的多跳中繼路由。在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，所述方法還包括(35)若中繼鏈路斷開，斷開鏈路的上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由錯(cuò)誤消息至所述用戶終端，所述用戶終端收到所述路由錯(cuò)誤消息后重新發(fā)送路由請(qǐng)求消息以建立新的多跳中繼路由。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，所述方法還包括(5)當(dāng)所述重負(fù)載基站的當(dāng)前負(fù)載指數(shù)與警戒門限的差值低于5%，并且重負(fù)載基站的狀態(tài)維持時(shí)間超過(guò)特定時(shí)間門限時(shí)，停止轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法通過(guò)將重負(fù)載基站的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基站，有效解決網(wǎng)絡(luò)間的業(yè)務(wù)分布不均問(wèn)題，由于該目標(biāo)基站為與所述重負(fù)載基站之間的距離小于一定值的相鄰基站，因此業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)移跳數(shù)距離可以大于單跳，克服了現(xiàn)有技術(shù)中KarlssonVelayos,Song、Huang等提出的負(fù)載均衡策略的缺陷。另外，本方法通過(guò)相鄰基站的信道接入網(wǎng)絡(luò)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中Kim、Wu提出的負(fù)載均衡策略的缺陷?？傊痉椒ú淮嬖赼dhoc信道所產(chǎn)生的干擾，保證系統(tǒng)的性能，業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移不受網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的影響并且低層節(jié)點(diǎn)靠近基站時(shí)接入核心網(wǎng)無(wú)需兩跳，增加系統(tǒng)的吞吐量性能，移動(dòng)終端獲取信息較多，負(fù)載均衡效率高。通過(guò)以下的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明的實(shí)施例。圖1展示了本發(fā)明異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法的流程圖。圖Ia展示了圖1所示異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法中涉及的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)。圖Ib展示了圖1所示異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法中基站或無(wú)線接入點(diǎn)覆蓋區(qū)域的分割原理。圖Ic展示了圖1所示異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法中基站或無(wú)線接入點(diǎn)間進(jìn)行負(fù)載均衡協(xié)商過(guò)程。圖2為圖1所示異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法中建立多跳中繼路由的流程圖。圖2a為圖2所示建立多跳中繼路由的信號(hào)收發(fā)示意圖。具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中類似的元件標(biāo)號(hào)代表類似的元件。本發(fā)明異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法為Cellular(蜂窩網(wǎng))、WLAN(無(wú)線局域網(wǎng))、WiMax三種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋環(huán)境下的負(fù)載均衡策略，基本設(shè)施有移動(dòng)用戶(MSs)、基站(BSs)、無(wú)線接入點(diǎn)(APs)、IP核心網(wǎng)(CN)，移動(dòng)用戶通過(guò)基站或無(wú)線接入點(diǎn)(BS/AP)接入IP核心網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖Ia所示，其中，標(biāo)號(hào)110表示網(wǎng)關(guān)，標(biāo)號(hào)120表示蜂窩網(wǎng)，標(biāo)號(hào)130表示移動(dòng)終端，標(biāo)號(hào)140表示W(wǎng)LAN，標(biāo)號(hào)150表示AP，標(biāo)號(hào)160表示W(wǎng)iMax，標(biāo)號(hào)170表示BS，標(biāo)號(hào)180表示全I(xiàn)P核心網(wǎng)。例如Wimaxl60中的移動(dòng)終端130通過(guò)多跳中繼接入到蜂窩網(wǎng)120的基站170，再通過(guò)網(wǎng)關(guān)110接入全I(xiàn)P核心網(wǎng)180。在通信熱點(diǎn)區(qū)域，多個(gè)基站或無(wú)線接入點(diǎn)的覆蓋區(qū)域可能重疊，這使得各中心架構(gòu)可以通過(guò)專用控制信道協(xié)同工作，以提高資源效率。本方法首先需要通過(guò)極坐標(biāo)對(duì)一個(gè)BS/AP覆蓋區(qū)域進(jìn)行小區(qū)分割，即將整個(gè)覆蓋區(qū)域分割為很多圓環(huán)網(wǎng)格，這些網(wǎng)格稱為圓環(huán)量化小區(qū)(QC)，如圖Ib中斜線區(qū)域表示的量化小區(qū)333所示。每個(gè)量化小區(qū)存在注冊(cè)用戶及呼叫用戶。下面說(shuō)明本實(shí)施例異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法，其中涉及的本地基站可以為無(wú)線接入點(diǎn)。詳細(xì)地，如圖1所示，本實(shí)施例異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法包括如下步驟步驟S11，當(dāng)用戶終端發(fā)送的新呼叫到達(dá)時(shí)，根據(jù)當(dāng)前負(fù)載判斷本地基站的負(fù)載指數(shù)是否超過(guò)警戒門限，如果否，繼續(xù)下一步，如果是，轉(zhuǎn)步驟S13.步驟S12，本地基站為輕負(fù)載基站，接納該新呼叫，結(jié)束。步驟S13，本地基站為重負(fù)載基站，緩存該新呼叫。具體地，本地基站通過(guò)下式來(lái)估算當(dāng)前負(fù)載狀況Cτ—currentL—~7；'-total⑴其中Cttrtal表示本地基站的總系統(tǒng)容量，Ccurrent是本地基站目前的負(fù)載，L為負(fù)載指數(shù)。如果負(fù)載指數(shù)L低于業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的警戒門限T(注意警戒門限T是BS/AP的容量百分比，指示了小區(qū)負(fù)載的警戒級(jí)別，比如容量的90%)，則本地基站為輕負(fù)載，基站將接納該新呼口q，結(jié)束；否則，本地基站為重負(fù)載，則基站緩存該新呼叫。步驟S14，重負(fù)載基站發(fā)送請(qǐng)求幫助(RequestforHelp,RH)消息至與基站之間的距離小于一特定值d的相鄰基站。所述RH消息包含需要轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)的重負(fù)載小區(qū)的ID號(hào)。其中，所述相鄰基站與重負(fù)載基站之間的距離d必須滿足d^NhopXDnode(2)其中Nh。p是最大跳數(shù)，Dn。de表示單跳的平均距離。上式表明，業(yè)務(wù)可以轉(zhuǎn)移到任何距離不超過(guò)Nh。pXDn。de的相鄰基站，因此，本發(fā)明建立的多跳中繼路由具有跳數(shù)限制，以保證轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)的時(shí)延性能。需要注意的是，如果跳數(shù)太小，將不能有效的轉(zhuǎn)移部分業(yè)務(wù)到輕負(fù)載小區(qū)。因此，跳數(shù)Nh。p的設(shè)置尤為重要，這樣可以克服Karlsson及Velayos所提出的單跳負(fù)載均衡策略、以及Song提出的兩階段實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡策略的缺陷。步驟S15，所述相鄰基站接收所述RH消息，發(fā)送回復(fù)請(qǐng)求(IteplyforRequest,RR)消息至所述重負(fù)載基站，所述RR消息攜帶負(fù)載指數(shù)、業(yè)務(wù)中繼節(jié)點(diǎn)、基站自身ID等字段。步驟S16，重負(fù)載基站在一段時(shí)間間隔內(nèi)接收到相鄰基站的RR消息后，根據(jù)最小價(jià)格策略MP或最小負(fù)載策略MLNT選擇需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)以及相鄰基站中的最優(yōu)基站作為接納轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)的目標(biāo)小區(qū)，并發(fā)送請(qǐng)求確認(rèn)(RequestforCommitment,RC)消息給目標(biāo)基站以確認(rèn)進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移。步驟S17,目標(biāo)基站接收RC消息后，發(fā)送一個(gè)進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的確認(rèn)轉(zhuǎn)移(AcknowledgmentforCommitment,AC)消息至重負(fù)載基站。步驟S18，重負(fù)載基站接收所述RC消息后，建立一條具有跳數(shù)限制的從用戶終端到目標(biāo)基站的多跳中繼路由。步驟S19，在業(yè)務(wù)切換及轉(zhuǎn)移階段(HT，handoffandtransferring)，重負(fù)載基站將選擇需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)通過(guò)多跳中繼切換到目標(biāo)基站，或者直接將緩存的新呼叫多跳轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基站，實(shí)現(xiàn)將重負(fù)載小區(qū)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到相鄰目標(biāo)基站。步驟S20，當(dāng)所述重負(fù)載基站的當(dāng)前負(fù)載指數(shù)與警戒門限T的差值低于5%，并且重負(fù)載基站的狀態(tài)維持時(shí)間超過(guò)特定時(shí)間門限T_thresh時(shí)，停止轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)，結(jié)束。由上述技術(shù)方案可知，異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法通過(guò)將重負(fù)載基站的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基站，能有效解決網(wǎng)絡(luò)間的業(yè)務(wù)分布不均問(wèn)題，降低呼叫阻塞概率，改善整個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)吞吐量，從而改善網(wǎng)絡(luò)的資源使用效率，而且對(duì)已有協(xié)議的改動(dòng)很小，不增加任何的基礎(chǔ)設(shè)施。另外，通過(guò)相鄰基站的信道接入網(wǎng)絡(luò)，可以克服Kim提出的在同種網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)信道借用以及Wu提出的蜂窩網(wǎng)下實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡策略的缺陷；通過(guò)基站之間的協(xié)作，可以克服Yamada提出的只有用戶終端間協(xié)作策略的缺陷。需要注意的是，本發(fā)明中，移動(dòng)用戶可以按照某個(gè)速度任意移動(dòng)，特定時(shí)刻可以跳出或進(jìn)入某個(gè)BS/AP的覆蓋范圍。當(dāng)移動(dòng)用戶不在BS/AP的覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，可通過(guò)多跳路由建立用戶與基站之間的連接，或者轉(zhuǎn)移進(jìn)相鄰輕負(fù)載小區(qū)以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。因而每個(gè)用戶終端必須支持兩個(gè)接口一是各種無(wú)線媒體接入技術(shù)的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)接口，如WCDMA、802.11,802.16等，另一個(gè)是adhoc網(wǎng)絡(luò)接口(假設(shè)每個(gè)移動(dòng)用戶能夠通過(guò)默認(rèn)接口(例如cellular、WLAN、WiMax等)與中心架構(gòu)直接通信，或者通過(guò)多跳中繼以MANET模式通信)。其中，步驟S14至步驟S17的示意過(guò)程見圖lc。下面具體說(shuō)明所述步驟S16中最小價(jià)格策略MP或最小負(fù)載策略MLNT。最小價(jià)格策略是指重負(fù)載小區(qū)基站將對(duì)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移有較大影響的因素進(jìn)行量化，然后對(duì)轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)及目標(biāo)基站的選擇進(jìn)行價(jià)格分析，并選擇具有最小轉(zhuǎn)移代價(jià)的業(yè)務(wù)和相應(yīng)轉(zhuǎn)移目標(biāo)基站進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移。所述對(duì)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移有較大影響的因素包括目標(biāo)基站的負(fù)載指數(shù)、轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)量占目標(biāo)基站容量的比例、業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移離相鄰基站的距離、轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)離本地基站的距離、用戶終端位置、本地基站的負(fù)載指數(shù)(即業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的警戒門限T)、多跳路由建立的開銷、路由的可重用性等因素。具體地，在步驟S16中，重負(fù)載基站在一段時(shí)間間隔內(nèi)接收到相鄰的不同基站的RR消息后，計(jì)算重負(fù)載基站每個(gè)圓環(huán)量化小區(qū)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到各個(gè)相鄰的不同基站的價(jià)格，表達(dá)式如下KKp(0=minF(i,k)=min[7(0+D(i,k)](3)其中P(i)表示第i個(gè)量化小區(qū)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的最小開銷，F(xiàn)(i，k)表示將第i個(gè)量化小區(qū)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到第k個(gè)相鄰基站的開銷，I(i)表示第i個(gè)量化小區(qū)對(duì)本地BS/AP的重要性D(i，k)表示第k個(gè)相鄰基站接納第i個(gè)小區(qū)的轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)的困難程度。I(i)值越小則重要性越低。因此位于第i個(gè)量化小區(qū)的業(yè)務(wù)越值得轉(zhuǎn)移到相鄰的輕負(fù)載小區(qū)，D(i，k)值越小則該相鄰基站越容易接納轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)。需要注意的是，在最小價(jià)格策略中，只有位于選擇的圓環(huán)量化小區(qū)的業(yè)務(wù)才能被轉(zhuǎn)移，其它覆蓋區(qū)的業(yè)務(wù)被本地基站接納。I(i)的計(jì)算公式如下所示".、distance(i)、丄N(J)m=^^-Cell_radius)+W^m(4)其中distance(i)和cellradius分別表示第i個(gè)量化小區(qū)到本地基站的距離(對(duì)應(yīng)用戶終端位置)及小區(qū)半徑。因此，fl^l表示第i個(gè)量化小區(qū)(QC)與本地基站覆蓋區(qū)域的相對(duì)位置。N(i)、R(i)分別表示位于第i個(gè)量化小區(qū)的呼叫用戶數(shù)及注冊(cè)用戶總數(shù)。If值越小意味著在未來(lái)一段時(shí)間可能發(fā)出呼叫請(qǐng)求的用戶越多，因此越發(fā)值得建立多跳路由以便進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移，從而降低路由發(fā)現(xiàn)時(shí)延。顯然，它在一定程度上對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)量具有預(yù)測(cè)性，使得建立的多跳路由可重復(fù)利用。D(i,k)的計(jì)算公式如下所示。，..traffic{i)distance(i,k)剛-,'cLrT-Loa^-^V^T(5)其中Ct。talk表示第k個(gè)相鄰基站的系統(tǒng)容量，Loadk是第k個(gè)相鄰基站的當(dāng)前負(fù)載，T是業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的警戒門限，因此Ct。talk·T-Loadk表示第k個(gè)基站可以接納的總轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)量，該式可以有效避免乒乓效應(yīng)的產(chǎn)生，并反映目標(biāo)基站的負(fù)載情況；trafficG)是位于第i個(gè)量化小區(qū)的總業(yè)務(wù)量；因此，ρH能刻劃轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)量占第k個(gè)目標(biāo)基站可用容量cUllaI‘1~LOadk的比例。而distence(i，k)表示第i個(gè)量化小區(qū)與第k個(gè)相鄰基站之間的距離，它也能distance(Lk)反映建立多跳路由所需要的開銷。因此N.D對(duì)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的跳數(shù)進(jìn)行了規(guī)一化。跳數(shù)hopnode越大，業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的開銷越大，因而D(i，k)值越大。公式(4)、(5)中的權(quán)重系數(shù)Wi(i=1,2,...,4)刻劃了每個(gè)影響因素的重要性，但是它們的累積和應(yīng)該滿足下式Wl+w2+w3+w4=1(6)因此，對(duì)于第i個(gè)量化小區(qū)，所有K個(gè)相鄰基站中業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的最小開銷P(i)可以通過(guò)式(3)、(4)、(5)計(jì)算得到(注意，沒(méi)有呼叫用戶的量化小區(qū)將不考慮)。而P(i)值越小，將第i個(gè)量化小區(qū)中業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的概率就越大。那么，被切換或轉(zhuǎn)移的呼叫用戶可以通過(guò)下式確定KiOv=ar§m/np(0=argmin(minF(i,k))()其中i。pt表示選擇的最優(yōu)量化小區(qū)，位于該小區(qū)的業(yè)務(wù)將會(huì)被轉(zhuǎn)移。選擇轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)基站為KKKplOopl)=argminF(iopr,k)=argminD(iopt,k)(8)其中k。pt(i。pt)表示選擇的轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)將會(huì)被轉(zhuǎn)移到的目標(biāo)基站。總之，重負(fù)載小區(qū)基站將選擇具有最小價(jià)格P(i)的量化小區(qū)中的業(yè)務(wù)切換或轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)的目標(biāo)基站中，直到負(fù)載指數(shù)低于T-5%。最小負(fù)載策略為步驟S16中重負(fù)載基站接收到來(lái)自相鄰基站的RR消息后，將負(fù)載指數(shù)最小的相鄰基站作為業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的目標(biāo)基站，根據(jù)移動(dòng)用戶與目標(biāo)基站之間的距離來(lái)決定轉(zhuǎn)移哪部分業(yè)務(wù)，與目標(biāo)基站之間距離最近的業(yè)務(wù)被選擇切換或轉(zhuǎn)移。表達(dá)式如下k。pt=argminlLji=1，2，...，K}(9)其中k。pt表示選擇的轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)將會(huì)被轉(zhuǎn)移到的目標(biāo)基站。由上可知，相對(duì)于最小價(jià)格策略而言，最小負(fù)載策略是更簡(jiǎn)單而直觀的想法，但是它僅僅考慮了業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移策略的部分影響因素，即目標(biāo)基站在當(dāng)前容量與負(fù)載條件下接納轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)的困難程度，而沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)移距離導(dǎo)致的跳數(shù)過(guò)大、轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)對(duì)本地基站的重要性、路由的建立開銷以及可重用性等因素。因此最小價(jià)格策略對(duì)復(fù)雜的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移有更好的適應(yīng)能力。在所述步驟S18中，所述建立多跳中繼路由的過(guò)程如圖2和圖2a所示，包括如下步驟步驟S181，重負(fù)載基站210發(fā)送切換轉(zhuǎn)移(HT，handoffandtransferring)消息給所述用戶終端，如圖5中的源節(jié)點(diǎn)5。其中HT消息中填充的字段包括目標(biāo)基站的ID，中繼節(jié)點(diǎn)號(hào)等。其中標(biāo)號(hào)230表示中間基站。步驟S182，所述用戶終端(源節(jié)點(diǎn)5)收到HT消息后，廣播路由請(qǐng)求(RouteRequest,RREQ)消息，以建立一個(gè)到達(dá)目標(biāo)基站220的多跳中繼路由。其中，RREQ消息包括如下字段<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>其中，所述用戶終端(源節(jié)點(diǎn)5)廣播的RREQ消息的Src字段填充有節(jié)點(diǎn)ID，Src_cell字段填充有本地基站的ID，Dest字段是從HT消息中隨機(jī)選擇的中繼節(jié)點(diǎn)(若沒(méi)有中繼節(jié)點(diǎn)，則相當(dāng)于路由請(qǐng)求廣播)，Dest_cell字段是目標(biāo)BS/AP，C0Unt_h0ps字段填充有跳數(shù)限制Nh。p。當(dāng)C0imt_h0pS值為0時(shí)，用戶終端(源節(jié)點(diǎn)5)直接丟掉該RREQ消息而不進(jìn)行廣播。Relay—nodes字段是RREQ消息所經(jīng)歷的所有中繼節(jié)點(diǎn)，比如圖2a中源節(jié)點(diǎn)5、中繼節(jié)點(diǎn)9、中繼節(jié)點(diǎn)3。步驟S183，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)(中繼節(jié)點(diǎn)9、中繼節(jié)點(diǎn)3)在收到RREQ消息之后，將當(dāng)前中繼節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)添加到所述路由請(qǐng)求消息的Relay—nodes(中繼節(jié)點(diǎn))字段以更新所述路由請(qǐng)求消息，而后廣播所述更新的路由請(qǐng)求消息。具體地，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)將自己的節(jié)點(diǎn)ID號(hào)填充在RREQ消息的Relay_nodes字段后，并將Countjiops值減1后再填充進(jìn)去。如圖2a中，中繼節(jié)點(diǎn)9填充Relay_n0deS字段后，Relay_nodes字段就存在5和9兩個(gè)節(jié)點(diǎn)號(hào)；節(jié)點(diǎn)3填充Relay_n0deS字段后，Relay_n0deS字段就存在5、9、3三個(gè)節(jié)點(diǎn)號(hào)。最后再?gòu)V播更新的填充有節(jié)點(diǎn)號(hào)的RREQ消息，直到目標(biāo)基站220收到來(lái)自中繼節(jié)點(diǎn)的RREQ消息。當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)收到的RREQ消息具有Countjiops值為0時(shí)，則丟棄該包。步驟S184，目標(biāo)基站220收到來(lái)自中繼節(jié)點(diǎn)的RREQ消息后，沿著RREQ消息的反向路徑(如圖2a中的目標(biāo)基站220—中繼節(jié)點(diǎn)3—中繼節(jié)點(diǎn)9—源節(jié)點(diǎn)5)發(fā)送路由回復(fù)(RouteReply,RREP)消息至所述用戶終端(源節(jié)點(diǎn)5)，每個(gè)收到RREP消息的中繼節(jié)點(diǎn)構(gòu)成所述用戶終端(源節(jié)點(diǎn)5)到所述目標(biāo)基站220的多跳中繼路由，即正向路由源節(jié)點(diǎn)5—中繼節(jié)點(diǎn)9—中繼節(jié)點(diǎn)3—目標(biāo)基站220。以便進(jìn)行業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)移。其中，RREP消息包括如下字段Src_nodeSrc_cellDest_nodeDest_cellRoute_node其中，Src_n0de字段記錄了中繼節(jié)點(diǎn)自身的ID，Src_cell字段記錄了本地基站的ID，Dest_node字段是RREP消息的目的節(jié)點(diǎn)，Dest_cell字段是RREP消息的目的小區(qū)，Route_node字段包含了該RREQ消息所遍歷的所有中繼節(jié)點(diǎn)，比如圖2a中源節(jié)點(diǎn)5、中繼節(jié)點(diǎn)9、中繼節(jié)點(diǎn)3。在整個(gè)反向路徑中，Route_node字段都不發(fā)生變化，它們是用于源節(jié)點(diǎn)Src_node字段在轉(zhuǎn)發(fā)RREP消息時(shí)尋找目的節(jié)點(diǎn)Destjode和目的小區(qū)Dest_Cell作為下一跳的依據(jù)。步驟S185，若中繼鏈路斷開，斷開鏈路的上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送RERR(RouteError，路由錯(cuò)誤)消息至所述用戶終端(源節(jié)點(diǎn)5)，所述用戶終端(源節(jié)點(diǎn)5)收到所述RERR消息后重新發(fā)送RREQ消息以建立新的多跳中繼路由。具體地，當(dāng)由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)或能量耗盡致使中繼鏈路斷開時(shí)，需要進(jìn)行路由修復(fù)。斷開鏈路的上游節(jié)點(diǎn)將根據(jù)本節(jié)點(diǎn)建立的路由表，發(fā)送RERR消息沿反向路徑傳遞給用戶終端，用戶終端收到該RERR消息后重新發(fā)送RREQ消息，即重新進(jìn)行路由搜索過(guò)程以建立新的多跳路由。例如假設(shè)圖2a中鏈路中繼節(jié)點(diǎn)9—中繼節(jié)點(diǎn)3斷開，則中繼節(jié)點(diǎn)3的上游節(jié)點(diǎn)即中繼節(jié)點(diǎn)9發(fā)送RERR消息給源節(jié)點(diǎn)5，源節(jié)點(diǎn)5重新廣播RREQ消息以建立路由，所述建立過(guò)程與步驟S182至步驟S184類似，再次不再累述。以上結(jié)合最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于以上揭示的實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)涵蓋各種根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)進(jìn)行的修改、等效組合。權(quán)利要求一種異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法，包括如下步驟(1)當(dāng)用戶終端發(fā)送的新呼叫到達(dá)時(shí)，根據(jù)當(dāng)前負(fù)載判斷本地基站是否為重負(fù)載基站；(2)當(dāng)本地基站是重負(fù)載基站時(shí)，所述重負(fù)載基站和與所述重負(fù)載基站之間的距離小于一定值的相鄰基站進(jìn)行協(xié)商，選擇所述重負(fù)載基站中需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)以及所述相鄰基站中接納轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)的目標(biāo)基站；(3)所述重負(fù)載基站與所述目標(biāo)基站進(jìn)行協(xié)商，建立一條具有跳數(shù)限制的從所述用戶終端到所述目標(biāo)基站的多跳中繼路由；以及(4)所述重負(fù)載基站經(jīng)所述多跳中繼路由將所述需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)切換或轉(zhuǎn)移到所述目標(biāo)基站。2.如權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法，其特征在于，還包括當(dāng)本地基站不是重負(fù)載基站時(shí)，所述本地基站接納所述新呼叫。3.如權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法，其特征在于，所述步驟(2)中選擇所述重負(fù)載基站中需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)以及所述相鄰基站中作為業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的目標(biāo)基站具體為對(duì)應(yīng)本地基站的每一個(gè)圓環(huán)量化小區(qū)，基于目標(biāo)基站的負(fù)載指數(shù)、轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)量占目標(biāo)基站容量的比例、業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移離相鄰基站的距離、轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)離本地基站的距離、用戶終端位置、本地基站的負(fù)載指數(shù)、多跳路由建立的開銷、路由的可重用性因素，計(jì)算將所述圓環(huán)量化小區(qū)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到各個(gè)相鄰基站的開銷；將對(duì)應(yīng)于最小開銷的本地基站的圓環(huán)量化小區(qū)的業(yè)務(wù)選擇為需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)；將對(duì)應(yīng)于所述最小開銷的相鄰基站作為業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的目標(biāo)基站。4.如權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法，其特征在于，所述步驟(2)中選擇所述重負(fù)載基站中需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)以及所述相鄰基站中作為業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的目標(biāo)基站具體為將負(fù)載指數(shù)最小的相鄰基站作為業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的目標(biāo)基站；將用戶終端與目標(biāo)基站之間的距離最近的業(yè)務(wù)選擇為需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)。5.如權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法，其特征在于，所述步驟(3)具體為(31)重負(fù)載基站發(fā)送切換轉(zhuǎn)移消息至所述用戶終端；(32)所述用戶終端收到切換轉(zhuǎn)移消息后，廣播路由請(qǐng)求消息，所述路由請(qǐng)求消息包含中繼節(jié)點(diǎn)字段；(33)所述中繼節(jié)點(diǎn)字段對(duì)應(yīng)的每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)收到所述路由請(qǐng)求消息后，將當(dāng)前中繼節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)添加到所述路由請(qǐng)求消息的中繼節(jié)點(diǎn)字段以更新所述路由請(qǐng)求消息，而后廣播所述更新的路由請(qǐng)求消息；以及(34)目標(biāo)基站收到來(lái)自所述中繼節(jié)點(diǎn)的路由請(qǐng)求消息后，沿著路由請(qǐng)求消息的反向路徑發(fā)送路由回復(fù)消息至所述用戶終端，每個(gè)收到路由回復(fù)消息的中繼節(jié)點(diǎn)構(gòu)成所述用戶終端到所述目標(biāo)基站的多跳中繼路由。6.如權(quán)利要求5所述的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法，其特征在于，還包括(35)若中繼鏈路斷開，斷開鏈路的上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由錯(cuò)誤消息至所述用戶終端，所述用戶終端收到所述路由錯(cuò)誤消息后重新發(fā)送路由請(qǐng)求消息以建立新的多跳中繼路由。7.如權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法，其特征在于，還包括(5)當(dāng)所述重負(fù)載基站的當(dāng)前負(fù)載指數(shù)與警戒門限的差值低于5%，并且重負(fù)載基站的狀態(tài)維持時(shí)間超過(guò)特定時(shí)間門限時(shí)，停止轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)。全文摘要本發(fā)明公開了一種異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于多跳中繼的協(xié)作負(fù)載均衡方法，包括如下步驟(1)當(dāng)用戶終端發(fā)送的新呼叫到達(dá)時(shí)，根據(jù)當(dāng)前負(fù)載判斷本地基站是否為重負(fù)載基站；(2)當(dāng)本地基站是重負(fù)載基站時(shí)，重負(fù)載基站和與重負(fù)載基站之間的距離小于一定值的相鄰基站進(jìn)行協(xié)商，選擇重負(fù)載基站中需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)以及相鄰基站中接納轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)的目標(biāo)基站；(3)重負(fù)載基站與目標(biāo)基站進(jìn)行協(xié)商，建立一條具有跳數(shù)限制的從用戶終端到目標(biāo)基站的多跳中繼路由；(4)重負(fù)載基站經(jīng)多跳中繼路由將需要轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)切換或轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基站。本方法能將業(yè)務(wù)均勻地分布到整個(gè)異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，呼叫阻塞概率小，系統(tǒng)吞吐量性能好，負(fù)載均衡效率高，并且業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移跳數(shù)可大于單跳。文檔編號(hào)H04W40/22GK101835202SQ20101014016公開日2010年9月15日申請(qǐng)日期2010年4月1日優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日發(fā)明者劉建,朱光喜,裴雪兵,郭磊申請(qǐng)人:武漢鴻象信息技術(shù)有限公司