无线接入网的资源分配和负载均衡自主优化机制

发布时间：2020-07-03 22:43

【摘要】：随着无线通信技术的发展,网络优化工作自动化已成为发展趋势,其可以使运营商在有效管理日趋复杂的无线接入网络的同时,实现网络的高质量及低成本运行。在网络自主优化技术中,资源分配的自主优化是十分重要的组成部分,如用户接入之前的准入控制和用户接入网络之后的分组调度均会直接影响用户的业务体验。同时,由于用户业务的发起在空间和时问上具有多变性,业务负载在同构网络内部及异构网络之间的分布通常是不均匀的,这将直接影响网络的性能表现,负载均衡的自主优化可以使业务更均匀合理地分配到每个小区的既定资源上,从而提升网络整体的性能。因此,研究无线网络的资源分配和负载均衡的自主优化机制具有重要的意义。在准入控制自主优化方面,由于无线网络的业务已基本全面实现IP化,业务特征呈现出自相似性,传统的基于随机过程的准入控制机制无法对网络的业务突发性即时响应,因此需要研究可适应无线网络业务自相似性的准入控制自主优化技术,以用来在保证用户服务质量(Quality of Service, QoS)的前提下提升无线网络的接纳容量。在分组调度自主优化方面,由于覆盖和容量是网络自主优化的重要目标,而传统的分组调度算法在设计时不能有效地调节边缘用户和中心用户的公平性,无法平衡覆盖和容量之间的优化需求,因此需要研究可用于覆盖-容量自主优化的分组调度算法,实现对网络资源的高效利用。在同构网络负载均衡自主优化方面,传统的基于工程参数调整来实现负载均衡的方式虽然有效且易于实现,但会引入小区边缘被均衡的用户的干扰问题,因此需要研究应用新技术来实现负载均衡的机制,使其达到扩展覆盖效果的同时,能克服这些用户由于干扰而性能下降的问题。在异构网络的负载均衡自主优化方面,传统的均衡方法通常以网络的覆盖、容量和质量等为驱动因素,但并未考虑用户满意度和网络性能的匹配问题,同时随着绿色通信的发展需求,需要研究能效驱动的异构网络负载均衡机制,使负载均衡可以在平衡不同技术网络(Radio Access Networks,RATs)的业务分布的同时,提升移动通信基站的能效及用户的满意度。本文的主要研究内容如下： (1)对于无线网络准入控制(Call Admission Control,CAC)的自主优化,首先分析了无线网络业务的自相似特征,将其与QoS参数共同引入到服务带宽的计算当中,提出基于服务带宽优化并具有自主特性的SS-CAC (Self-organized based on network Similarity Call Admission Control)策略,用以降低网络带宽利用度及业务阻塞概率。之后对SS-CAC策略进行实现仿真,与在网络中采用传统CAC机制相比,采用SS-CAC不仅可以保证语音业务的质量还可降低2.69%的数据业务平均带宽使用率,同时数据业务的阻塞率和掉话率也在小区高负载情况下分别下降了0.95%和2.81%。 (2)在分组调度自主优化的研究中,首先基于增强边缘用户调度公平性的目标提出一种通过β参数来调节覆盖和容量目标的比例公平(β-Coverage and Capacity Proportional Fairness,β-CCPF)分组调度算法,其可用于网络覆盖-容量优化(Coverage and Capacity Optimization, CCO),并证明该算法的收敛性,之后基于业务量分布、功率调整及该分组调度算法提出CCO机制,并在长期演进(Long Term Evoluation, LTE)网络下的一个试验规则场景和一个基于实际网络数据的非规则场景中进行了仿真,验证了该算法能够在覆盖-容量优化机制下,实现更合理的资源利用率(Resource Occupation Ratio, ROR),并同α比例公平(α-Proportional Fairness, α-PF)算法相比在理论场景和实际场景下平均用户吞吐量分别提升了19%和33%。 (3)在同构网络的负载均衡自主优化研究中,首先提出了基于多点协作传输技术(Coordinated Multiple Points transmission/reception, CoMP)的负载均衡方案,通过对多点协作技术下的信道和网络业务的建模,定义并分析了基于CoMP的负载均衡的可用样式。同时定义了负载均衡过程所需保证的服务质量,即呼叫阻塞率和有效吞吐量,并推导了这些服务质量的解析表达式。最后以高负载基站的高密度分布和低密度分布的两个场景作为仿真试验场景来验证该算法的效果,并依据服务质量的需求,分别分析了两个仿真场景中所适合的CoMP负载均衡样式,试验结果表明在2%呼叫阻塞率的要求下,高负载基站高密度分布场景中最适用的CoMP负载均衡形式同均衡之前相比可以提升的38.2%的边缘用户有效吞吐量和27.8%的基站所能允许最大业务负载量。 (4)在异构网络的负载均衡自主优化研究中,首先分析LTE网络和WiFi网络在资源调度方面的特征,并定义移动通信网络的基站能效和用户满意度来做为异构网络负载均衡的优化目标,之后给出能效驱动的负载均衡算法在执行过程中发生负载迁移的用户所需满足的切换条件,并根据这些切换条件设计了基于切换质量偏置值调整的负载均衡算法。最后通过仿真实验验证了该负载均衡算法有效平衡了异构网络之间的资源利用率,且在保证用户满意度的同时基站能效同负载均衡优化前相比可提升11.14%。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN915.6
【图文】：

负载均衡

5.2系统模型考虑一个规则的六边形移动蜂窝网络结构，每一个六边形小区的半径为i?，所有的基站位于小区的中心，如图5-1所示。由于现实网络（LTE)中为了实现较高的用户速率，每一个小区的带宽达到了 20MHz甚至40MHz,而网络的总带宽资源通常是比较有限的，因此本文假设一个完全的频率复用，即中心基站和所有的邻基站均采用相同的频率。为了便于问题分析，单个基站和单个终端之间的模式采用SISO,系统模型主要分为以下三个部分：业务量模型，CoMP信道模型和QoS性能指标。5.2.1业务量模型设小区中处于(X，7)位置的用户在时间t具有到达速率;l(x,>V)及平均服务时间/^ = 1/7\为了便于分析，本文假设小区中所有的用户具有相同大小的到达速率和服务速率。之后对于第S个基站在时间Z上的负载量J (Erlangs)的大小为：

负载均衡,形式,基站,低负载

图5-2 CoMP负载均衡的基础形式. 3. 2 CoMP负载均衡的并用形式和复用形式在某些情况下，基础形式并不能十分适用，比如当高负载小区的分低时，此时有足够多的低负载小区来执行负载均衡，因此可以采用多础形式来组成并用形式，从而提升整个低负载小区e罄寐省６杂谝恍∏植济芏冉细叩那榭觯赡懿⒚挥凶愎欢嗟牡透涸匦∏词迪郑虼司托枰糠值厣踔寥康馗从没⌒问街械男骰尽Ｕ攵哉猓狙芯拷獵oMP基础模式的符号表示扩展为o)Ncj〈Nm,NrlNc)，其中并用CoMP基站对的数量，当= l时表示没有使用CoMP的并用形示在一个特定CoMP集中被复用的基站数量，当= 0时表示在一个础形式中没有任何的基站被其它协作集合复用。图5-3表示对于CoMP基础形式的并用情况，从图中可以看到，如负载基站的周围六个邻基站全部是低负载基站时，其可以被3对《2，/

【参考文献】