一種基于own的自適應(yīng)流量分載技術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于OWN的自適應(yīng)流量分載技術(shù)。該方法結(jié)合開放無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)OWN，采用生物模型吸引粒子選擇算法(Attractor?Selection),實(shí)時(shí)地根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)對LTE進(jìn)行自適應(yīng)分流。本發(fā)明包括以下步驟，搭建OWN架構(gòu),在應(yīng)用場景下運(yùn)行吸引粒子選擇算法和根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)波動(dòng)進(jìn)行自適應(yīng)分流。本發(fā)明從網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)出發(fā)，分別考慮LTE網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)承載量，避免了因?yàn)橛脩暨^多地?cái)D在統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)造成用戶體驗(yàn)降低和網(wǎng)絡(luò)崩潰。選擇基于OWN的吸引粒子選擇進(jìn)行分流，一方面從宏觀上調(diào)控全局，能夠高效地利用異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)資源；另一方面采用自適應(yīng)的生物學(xué)算法分流，不需要先驗(yàn)的QoS預(yù)測，具有較強(qiáng)的靈活性和魯棒性，能夠適應(yīng)各種動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的突發(fā)情況和波動(dòng)。
【專利說明】—種基于OWN的自適應(yīng)流量分載技術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體涉及在開放無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(OWN)下，采用生物學(xué)模型吸引粒子選擇(Attractor Selection)算法,提出一種LTE網(wǎng)絡(luò)向WLAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自適應(yīng)流量分載的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，全球無線通信業(yè)務(wù)呈指數(shù)增長。根據(jù)思科預(yù)計(jì)在2012到2017年間，全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將增長13倍，并且在2017年每月的數(shù)據(jù)流量將達(dá)到
11.2ExaByte (IExaByte = 26°B)。一方面是由于各種智能移動(dòng)終端的大量普及,如智能手機(jī)，平板電腦等。另一方面，用戶對流量的需求越來越大。隨著無線傳輸技術(shù)的發(fā)展，單用戶的無線傳輸速率不斷提升，未來LTE網(wǎng)絡(luò)部署后，單用戶接入傳輸速率在理論上可以達(dá)到下行100Mbit/s上行50Mbit/s，預(yù)計(jì)實(shí)際也可以達(dá)到10Mbit/s的數(shù)量級。因此，個(gè)別正在進(jìn)行大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)挠脩?，更容易影響整個(gè)小區(qū)的資源使用情況，形成局部忙時(shí)忙區(qū)。
[0003]據(jù)統(tǒng)計(jì)，70%的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量發(fā)生在室內(nèi)，所以為了滿足不斷增長的無線數(shù)據(jù)流量需求，采用WLAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分流是一種有效的解決方案，它能夠以較低的成本大量部署在室內(nèi)，從而協(xié)助LTE提高網(wǎng)絡(luò)容量和網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。
[0004]現(xiàn)在的WLAN分流方案主要圍繞在分流決策和分流管理兩個(gè)方面。分流決策規(guī)定給用戶進(jìn)行流量分配依據(jù)的原則，最常提出的是ABC(always best connected),運(yùn)營商為每一個(gè)用戶分配用戶體驗(yàn)最好的接入網(wǎng)絡(luò)，由于沒有考慮網(wǎng)絡(luò)整體的性能，這樣有可能會(huì)使用戶擁堵在某一熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰；分流管理即在進(jìn)行決策后控制端對分流的執(zhí)行和管理。一種是無管理卸載(附近有WLAN覆蓋就完全分流過去)。這種方法簡單有效，不用添加額外的設(shè)備。但是不考慮WLAN的負(fù)載情況，有可能造成較差的用戶體驗(yàn)或者造成某個(gè)LTE基站空閑。第二種是有管理卸載，一般是將容忍延遲的業(yè)務(wù)或者低端業(yè)務(wù)分給WLAN。這種方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，缺乏時(shí)效性，同樣沒有考慮WLAN承載量，并且不能適合動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)或者不確定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。綜上所述，目前存在的分流方案都不能實(shí)際的運(yùn)用在實(shí)時(shí)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，終端在通過WLAN分流的時(shí)候不能得到很好的QoS (Quality of Service),使用戶體驗(yàn)降低。
[0005]另一方面，無線協(xié)議(3G、LTE等)的不斷發(fā)展和家庭基站、WIFI接入點(diǎn)的不受管理的不斷增加的部署導(dǎo)致我們迫切需要更新移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。目前有人提出openflow, openradio, open wireless network等新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),其共同特點(diǎn)是數(shù)據(jù)面與控制面分離，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，為核心網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用的創(chuàng)新提供了良好的平臺(tái)。其中OWN(open wireless network)是一個(gè)新穎的用于無線接入網(wǎng)絡(luò)(如UMTS、802.11WLAN)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。它將無線接入網(wǎng)絡(luò)分為控制層和數(shù)據(jù)層，并且引入了一個(gè)統(tǒng)一的控制器以控制不同的無線網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)層暫時(shí)包括軟基站和wifi接入點(diǎn)(以后還可以引入其它的網(wǎng)絡(luò)模型)。控制層是通過一個(gè)基于云的控制器來實(shí)現(xiàn)的。為這個(gè)控制器設(shè)計(jì)了一個(gè)OWN操作系統(tǒng)來執(zhí)行相應(yīng)的控制功能。并且提供開放應(yīng)用接口來開發(fā)定制的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種自適應(yīng)流量分載技術(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)LTE到WLAN的動(dòng)態(tài)分流，以解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)容量不足的問題。
[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于OWN (Open WirelessNetwork)的自適應(yīng)流量分載技術(shù)，該方法結(jié)合開放無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(OWN)，采用生物模型吸引粒子選擇算法(AttractorSelection),實(shí)時(shí)地根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)對LTE進(jìn)行自適應(yīng)分流。
[0008]本發(fā)明包括以下幾個(gè)步驟:
[0009]步驟1:搭建OWN架構(gòu)。
[0010]如圖1所示，OWN是一個(gè)針對無線接入網(wǎng)絡(luò)的新型的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，它為無線接入網(wǎng)絡(luò)引入了一個(gè)統(tǒng)一的控制器，數(shù)據(jù)層和控制層的分離就成為對各種無線接入技術(shù)進(jìn)行集中控制的先決條件。為了支持它的可擴(kuò)展性，要求設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)層可以通過編程實(shí)現(xiàn)。OWN是SDN在無線接入網(wǎng)絡(luò)的一種實(shí)現(xiàn)方式。所以它的架構(gòu)方式類似于一些流行的SDN架構(gòu)，但是卻表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。
[0011]OWN架構(gòu)從邏輯上分為三層，從上到下依次是應(yīng)用層，控制層和數(shù)據(jù)層。應(yīng)用層主要是指運(yùn)行在控制器操作系統(tǒng)上的應(yīng)用程序，網(wǎng)絡(luò)管理者通過開放API接口可以添加需要的管理APP,本專利中APP特指為attractor selection算法?？刂茖又饕梢粋€(gè)集中控制的控制器和操作系統(tǒng)(OS)組成，主要功能如下:
[0012]I)系統(tǒng)配置:管理系統(tǒng)的配置信息，和數(shù)據(jù)層交換信息。
[0013]2)無線資源管理:規(guī)劃業(yè)務(wù)流程并執(zhí)行基于QoE簡況和信道質(zhì)量的資源分配。
[0014]3)QoE管理:感知不同業(yè)務(wù)的QoE，并且負(fù)責(zé)對業(yè)務(wù)流進(jìn)行發(fā)起，維持，修改和刪除。
[0015]4)物理層的控制:提供接口來實(shí)現(xiàn)資源分配和接續(xù)，并且提供接口以執(zhí)行鏈路適應(yīng)技術(shù)，包括CQI (信道質(zhì)量感應(yīng)器)的感知和反饋。
[0016]5)移動(dòng)性管理:在異構(gòu)的無線接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行終端的移動(dòng)性管理，并且進(jìn)行負(fù)載均衡和接入控制。
[0017]控制層最重要的貢獻(xiàn)就是它能提供開放的應(yīng)用接口使得網(wǎng)絡(luò)管理能夠更加地靈活。不同的基站和網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)都將連接到OWN控制器，控制器因此可以獲得BSs/APs的信息，如流量負(fù)載，位置信息，和業(yè)務(wù)類型等。這就提供了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中對于移動(dòng)性管理和流量均衡的靈活性。
[0018]可編程控制平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是它可以在無線接入網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行不同層之間的協(xié)作。比如由于OWN的控制器可以取得軟基站在不同層的信息，運(yùn)營商因此可以在OWN上開發(fā)一種跨層的調(diào)度器應(yīng)用來執(zhí)行一種跨層協(xié)作。另外，它可以輕易地實(shí)現(xiàn)蜂窩間甚至是不同無線接入技術(shù)之間的協(xié)作。
[0019]可編程的數(shù)據(jù)層主要是在OWN概念下，在數(shù)據(jù)層無線資源管理和狀態(tài)感知的行為都需要在數(shù)據(jù)層完成，因此數(shù)據(jù)層需要有接口來執(zhí)行控制器的規(guī)則，并且和控制器進(jìn)行信令交互等。數(shù)據(jù)層是由軟基站來構(gòu)成的，而軟基站的信號轉(zhuǎn)換是由USRP來進(jìn)行的，基帶模塊是可以進(jìn)行基帶處理功能的軟件部分。他們連接到統(tǒng)一的控制器，并且開放模塊化的接口給控制器來執(zhí)行無線接入網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)感知和優(yōu)化?？删幊虜?shù)據(jù)平臺(tái)的一個(gè)重要的優(yōu)勢是它將信號的處理與具體的硬件分離開來，使得它可以靈活更新，甚至在一個(gè)基站上實(shí)現(xiàn)不同的協(xié)議。另一點(diǎn)是它將處理和決策分離開來，基站的遠(yuǎn)程配置和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化可以容易地通過OWN協(xié)議實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步來講，因?yàn)樯漕l前端和BBM分離，BBM可以工作在一個(gè)基于云的終端上，從而節(jié)能，并且減小數(shù)據(jù)層和統(tǒng)一的控制器之間的延遲。
[0020]步驟2:獲取網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)。
[0021]數(shù)據(jù)層通過定期流量檢測傳遞給控制器網(wǎng)絡(luò)工作信息，可以實(shí)時(shí)獲取目前無線接入網(wǎng)絡(luò)的狀況，如QoS標(biāo)準(zhǔn)(如時(shí)延，丟包率，可用帶寬)，根據(jù)這些信息，控制器實(shí)時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)Q。Q定義如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于OWN的自適應(yīng)流量分載技術(shù)，其特征在于，包括以下步驟: 在搭建的OWN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，數(shù)據(jù)層基站及其AP點(diǎn)統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，傳遞至控制器進(jìn)行分析得出網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)，控制器通過調(diào)用應(yīng)用層的Attractor Select1n算法進(jìn)行自適應(yīng)的動(dòng)態(tài)流量分載。
2.如權(quán)利要求1所述，網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)的計(jì)算方法包括以下步驟: 第一，數(shù)據(jù)層基站及其AP點(diǎn)采集包傳輸數(shù)據(jù)，形成流表并轉(zhuǎn)發(fā)至控制層中，計(jì)算得出LTE和WLAN的實(shí)時(shí)信噪比和可用帶寬， (1)實(shí)時(shí)信噪比SNR計(jì)算公式如下所示:
SNR = 2Xerfc_1(2XBER) BER =成功接受的數(shù)據(jù)量/傳遞的總數(shù)據(jù)量 (2)可用帶寬ABW計(jì)算公式如下所示: ABff =單位時(shí)間內(nèi)成功傳遞的數(shù)據(jù)量 (3)結(jié)合以上兩個(gè)公式可得出網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)Q的表示:
3.如權(quán)利要求1要求和權(quán)利要求2中所得的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)所述， (1)attractor select1n自適應(yīng)分流模型如下:
4.如權(quán)利要求1和權(quán)利要求3所述調(diào)用attractor selection算法進(jìn)行自適應(yīng)流量分載方法，其特征是該方法包括以下步驟: 步驟一:網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生波動(dòng)，將網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)更新至控制器，較差的網(wǎng)絡(luò)性能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)整體活性急劇下降，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)能夠與外部需求很好的適應(yīng)，那么a值將很大，反之，如果兩者不能很好的匹配，那么a值將較低，a的下降將導(dǎo)致S (a)和D (a)的降低，噪聲項(xiàng)將會(huì)主導(dǎo)整個(gè)系統(tǒng)隨機(jī)波動(dòng)，這個(gè)過程將不會(huì)停止，直到a的值變高，即網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)達(dá)到一個(gè)自適應(yīng)的狀態(tài)； 步驟二:由于a下降，Hi1Hi2隨機(jī)波動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)逐漸靠近一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，a逐漸回升，a的影響將會(huì)使確定值部分變得足夠大以覆蓋噪聲影響，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到另一個(gè)attractor ； 步驟三:更新Hl1Hl2，控制器根據(jù)最終結(jié)果選擇網(wǎng)絡(luò)分流，并繼續(xù)進(jìn)行流量檢測。
【文檔編號】H04L5/00GK104022859SQ201410231993
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】李陽春, 路兆銘, 溫向明, 胡智群, 張振海, 陳小奎, 徐恒 申請人:北京郵電大學(xué)