CN101193410A - 网络架构扩展的信道分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络架构扩展的信道分配方法。针对现有网络设备和资源利用率低的问题。为解决上述问题，本发明网络架构扩展的信道分配方法中，如果窄带基站繁忙，不能为新到达的窄带呼叫提供服务，或者宽带基站繁忙，不能为新到达的宽带呼叫提供服务，将该呼叫切换到混合业务层。本发明适用于通信网络。

Description

网络架构扩展的信道分配方法

技术领域

本发明涉及一种网络架构扩展的信道分配方法。

背景技术

网络建设中如何科学的规划网络是设备厂商和运营商共同关心的问题，对于提高网络资源利用率，优化网络配置，节约建设和运营成本都具有重要的价值。要很好地解决这一问题，需要运营商和设备商进行密切的配合，建立良好的沟通。

移动网络的价值集中体现在能够为用户提供什么样的服务这个焦点上，网络宽带化、服务多媒体化是不可逆转的发展趋势，未来的移动通信系统将给人们带来丰富多彩的宽带服务如视频点播、移动游戏等。同时，建设和运营成本要求规划网络时尽量考虑利用旧网络设备和资源，如果已建网络在容量和覆盖上都能满足相当一部分业务的要求，此时要考虑尽量避免重复建设。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种网络架构扩展的信道分配方法，在窄带网络拓扑中嵌入专用宽带基站，形成与窄带基站互补的网络架构，各自提供不同类型的服务，实现网络的平滑过渡。

为了达到上述发明目的，本发明网络架构扩展的信道分配方法中，如果窄带基站繁忙，不能为新到达的窄带呼叫提供服务，或者宽带基站繁忙，不能为新到达的宽带呼叫提供服务，将该呼叫切换到混合业务层。

上述的网络架构扩展的信道分配方法中，包括以下步骤：

(A1)当一个宽带呼叫到达一个窄带基站覆盖范围内的一个专用宽带基站时，如果所述专用宽带基站繁忙，不能为该宽带呼叫提供宽带业务服务，且该宽带呼叫到达的窄带基站覆盖范围内的混合业务层有空闲信道，判断该宽带呼叫是否为宽带切换呼叫，如果是，进入步骤(A2)；否则，该呼叫被阻塞；

(A2)将该宽带呼叫切换到混合业务层。

上述的网络架构扩展的信道分配方法中，包括以下步骤：

(B1)当一个窄带呼叫到达一个窄带基站时，如果所述窄带基站繁忙，不能为该窄带呼叫提供窄带业务服务，且该窄带呼叫到达的窄带基站覆盖范围内的混合业务层有空闲信道，判断该窄带呼叫是否为窄带切换呼叫，如果是，进入步骤(B2)；否则，该呼叫被阻塞；

(B2)将该窄带呼叫切换到混合业务层。

上述的网络架构扩展的信道分配方法中，包括以下步骤：

(C1)当一个窄带呼叫到达一个窄带基站时，如果所述窄带基站繁忙，不能为该窄带呼叫提供窄带业务服务，且该窄带呼叫到达的窄带基站覆盖范围内的混合业务层有空闲信道，进入步骤(C2)；否则，该呼叫被阻塞；

(C2)将该窄带呼叫切换到混合业务层；

(C3)当窄带基站不再繁忙时，将该窄带呼叫重新切换回窄带基站。

本发明充分利用旧网络设备和资源，能有效降低网络建设成本；根据服务特性构成的网络实现了服务的合理配置，科学平衡了网络系统负荷；高效率的信道资源分配算法实现了无线资源的优化利用，提高了服务质量，提升了用户感受。

附图说明

图1为移动网络架构扩展示图；

图2为模型I宽带业务层状态转移图；

图3为模型I窄带业务层状态转移图；

图4为模型I溢出业务层状态转移图；

图5为模型II窄带业务层和混合业务层综合后状态转移图；

图6为宽带新呼叫阻塞概率随呼叫到达率变化图；

图7为窄带新呼叫阻塞概率随呼叫到达率变化图；

图8为宽带切换呼叫失败概率随呼叫到达率变化图；

图9为窄带切换呼叫失败概率随呼叫到达率变化图；

图10为宽带切换呼叫QoS降低概率随呼叫到达率变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：

为便于描述，本发明将业务归类为窄带业务和宽带业务两种类型，将提供低速率窄带业务的基站简称为窄带基站，可以提供语音、短信、低速率数据业务等服务：提供高速率宽带业务的专用基站称为专用宽带基站，可以提供流媒体视频、在线网络游戏等，专用宽带基站不提供窄带基站的业务。窄带基站能够覆盖较大的区域，小区半径较大，而专用宽带基站的小区半径较小；于是，专用宽带基站的位置相对窄带基站要密集，一个窄带基站的覆盖范围相当于若干个专用宽带基站的覆盖范围。

移动网络架构扩展如图1所示，NBS代表窄带基站，WBSⁱ代表一窄带基站覆盖区域内第i个专用宽带基站，窄带基站和专用宽带基站提供的服务分别构成运营商所提供全部服务的一部分，其中窄带基站提供低速率窄带服务，专用宽带基站提供高速率宽带服务，两者的服务相互补充，互不重叠。

为便于描述，将移动网络架构扩展进行数学建模，我们提出了一种逻辑分层混合业务模型，l_n(i)表示第i个窄带基站能够提供的信道资源，称为窄带业务层；l_w(i，j)表示第i个窄带基站覆盖区域内第j个专用宽带基站能够提供的信道资源称为宽带业务层；l_m(i)代表第i个窄带基站覆盖区域内混合业务(从宽、窄带业务层切换到混合业务层的业务)能够使用的信道资源，称为混合业务层，物理上由窄带基站实现，混合业务层能够在保证宽带和窄带呼叫阻塞率低于门限的基础上提高呼叫切换成功率，而切换性能是移动通信系统的首要性能指标。一个窄带基站覆盖范围内嵌入m个专用宽带基站，宽带和窄带两类业务的速率比设为r＝R_w/R_n。

假设呼叫业务泊松到达，不同的呼叫业务到达时接入对应的业务层，同时，切换业务较新业务有更高的优先级。于是，逻辑分层混合业务模型描述为：

(1)当一个宽带呼叫到达l_w(i，j)时其不能再提供宽带业务服务而l_m(i)中尚能提供额外的窄带业务服务，如果该呼叫为宽带切换呼叫，层间切换到l_m(i)中，但是将降低速率，仅占用窄带业务的资源量；如果该呼叫为宽带新呼叫，则该呼叫被阻塞。

(2)当一个窄带呼叫到达l_n(i)时其不能提供窄带业务服务而l_m(i)中有空闲信道，如果该呼叫为窄带切换呼叫，层间切换到l_m(i)中，如果该呼叫为窄带新呼叫，则该呼叫被阻塞。

(3)当移动用户从第i个窄带基站覆盖的大区域移动到第i+1个窄带基站覆盖的大区域时，呼叫业务的接入方式同前面一样，已经发生层间切换的业务将按照(1)(2)的方式分别重新接入到相应的业务层。

(4)窄带业务量很大时，由(1)、(2)、(3)描述的模型可能导致窄带新呼叫业务阻塞严重，此时有必要降低窄带新呼叫业务阻塞的概率。如果一个窄带呼叫到达l_n(i)时其不能提供服务而l_m(i)中有空闲资源，将呼叫层间切换到l_m(i)中；当l_n(i)层中因呼叫切换或结束空出信道资源时，l_m(i)中来自l_n(i)的呼叫将立即返回原所在层；这样就可以达到降低窄带新呼叫阻塞概率的目的。为便于比较，称前者为模型I，后者为模型II。

首先从模型I着手开始分析。由于每个窄带基站覆盖的大区域在模型中相互独立，可以选取一个来进行分析，假设宽带、窄带、混合业务层可以分别为c_w个宽带用户、c_n个窄带用户、c_m个窄带用户提供服务，宽、窄带呼叫的持续时间分别服从均值为1/μ_w、1/μ_n的指数分布，其小区逗留时间分别服从均值为1/σ_w、1/σ_n的指数分布，宽、窄带业务按照到达率为 ${\mathrm{\λ}}_w={\mathrm{\λ}}_w^N+{\mathrm{\λ}}_w^H$ 和 ${\mathrm{\λ}}_n={\mathrm{\λ}}_n^N+{\mathrm{\λ}}_n^H$ 的泊松过程到达。于是，宽、窄带业务层呼叫到达过程服从一维马尔可夫过程，状态转移如图2、3所示，状态概率经计算得：

$p_w^{\left(k\right)}=\frac{{(({\mathrm{\λ}}_w^N+{\mathrm{\λ}}_w^H)/({\mathrm{\μ}}_w+{\mathrm{\σ}}_w))}^k/k!}{\underset{i=0}{\overset{C_w}{\mathrm{\Σ}}}({(({\mathrm{\λ}}_w^N+{\mathrm{\λ}}_w^H)/({\mathrm{\μ}}_w+{\mathrm{\σ}}_w))}^i/i!)};$ $p_w^{\left(k\right)}=\frac{{(({\mathrm{\λ}}_n^N+{\mathrm{\λ}}_n^H)/({\mathrm{\μ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n))}^k/k!}{\underset{i=0}{\overset{C_n}{\mathrm{\Σ}}}({(({\mathrm{\λ}}_n^N+{\mathrm{\λ}}_n^H)/({\mathrm{\μ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n))}^i/i!)}---\left(1\right)$

混合业务层的业务包括宽带业务层溢出的宽带切换呼叫、窄带业务层溢出的窄带切换呼叫，服务时间分别服从均值为1/(μ_w+σ_w)、1/(μ_n+σ_n)的指数分布，总的呼叫到达率为 ${\mathrm{\λ}}_m={\mathrm{\λ}}_{\mathrm{wm}}^H+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{nm}}^H,$ 其中 ${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{wm}}^H=m{\mathrm{\λ}}_w^H{p}_w^{\left(c_w\right)},$ ${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{nm}}^H={\mathrm{\λ}}_n^H{p}_n^{\left(c_n\right)}.$ 呼叫到达过程为二维马尔可夫过程，状态转移如图4所示。

该二维马尔可夫过程具有时间可逆性，计算得到状态概率，宽带切换呼叫失败概率、窄带切换呼叫失败概率、宽带切换呼叫QoS下降概率分别为：

$p_m^{(i,j)}=\frac{{{({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{nm}}^H/({\mathrm{\μ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n))}^i({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{wm}}^H/({\mathrm{\μ}}_w+{\mathrm{\σ}}_w))}^j/i!j!}{\underset{k=0}{\overset{C_m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=0}{\overset{c_m-k}{\mathrm{\Σ}}}{{({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{nm}}^H/({\mathrm{\μ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n))}^k({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{wm}}^H/({\mathrm{\μ}}_w+{\mathrm{\σ}}_w))}^l/k!l!};$ $p_w^H=p_w^{\left(c_w\right)}\underset{i+j=c_m}{\mathrm{\Σ}}{p}_m^{(i,j)};$

$p_n^H=p_n^{\left(c_n\right)}\underset{i+j=c_m}{\mathrm{\Σ}}{p}_m^{(i,j)};$ $p_{\mathrm{wm}}^H=p_w^{\left(c_w\right)}[1-\underset{i=0}{\overset{c_m}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m^{(i,c_m-i)}]---\left(2\right)$

模型II区别模型I的地方在于窄带业务层、混合业务层综合起来考虑，综合后的二维马尔可夫过程状态转移如图5所示。相应参数经计算分别为：

$p_m^{(i,j)}=\frac{{(({\mathrm{\λ}}_n^N+{\mathrm{\λ}}_n^H)/({\mathrm{\μ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n))}^i{({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{wm}}^H/({\mathrm{\μ}}_w+{\mathrm{\σ}}_w))}^j/i!j!}{\underset{k=0}{\overset{c_n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=0}{\overset{c_m}{\mathrm{\Σ}}}{(({\mathrm{\λ}}_n^N+{\mathrm{\λ}}_n^H)/({\mathrm{\μ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n))}^k{({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{wm}}^H/({\mathrm{\μ}}_w+{\mathrm{\σ}}_m))}^l/k!l!+\underset{k=c_n+1}{\overset{c_n+c_m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=0}{\overset{c_n+c_m-k}{\mathrm{\Σ}}}{(({\mathrm{\λ}}_n^N+{\mathrm{\λ}}_n^H)/({\mathrm{\μ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n))}^k{({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{wm}}^H/({\mathrm{\μ}}_w+{\mathrm{\σ}}_w))}^l/k!l!}$

$p_n^N=p_n^H=\underset{i=0}{\overset{c_m}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m^{(c_n+i,c_m-i)};$ $p_w^H=p_w^{\left(c_w\right)}[\underset{i=0}{\overset{c_n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m^{(i,c_m)}+\underset{i=1}{\overset{c_m}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m^{(c_n+i,c_n-i)}];$

$p_{\mathrm{wm}}^H=p_w^{\left(c_w\right)}(1-\underset{i=0}{\overset{c_n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m^{(i,c_m)}-\underset{i=1}{\overset{c_m}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m^{(c_n+i,c_n-i)})---\left(3\right)$

仿真采用1个窄带基站覆盖区域内嵌入3个专用宽带基站的网络架构。新呼叫泊松过程到达，服务时间和小区逗留时间服从指数分布。上行功率控制分配用户的发射功率以使到达基站的干扰能够收敛，用户总是与当前E_c/I_o最强的基站建立连接。每一次功率调整后，每一个基站的干扰电平和负荷进行重新计算。宽、窄带信息比特速率之比r＝2，阴影衰落为零均值、均方差σ＝8dB的Log-normal随机变量。

图6-10分别反映了宽、窄带业务的新呼叫阻塞概率、切换呼叫失败概率以及宽带切换呼叫QoS降低概率随呼叫到达率的变化情况，呼叫到达率是指每单位时间到达一个窄带基站所覆盖大区域如图1的总呼叫数。宽带新呼叫阻塞概率在模型I和模型II中相同，而窄带新呼叫的阻塞情况在两个模型中差别很大，模型II中的阻塞概率远低于模型I，这是因为宽带业务层马尔可夫状态在两个模型中完全相同而模型II中窄带新呼叫也可以进入混合业务层的缘故；在切换性能对比上模型I远优于模型II。呼叫总量不是很大的时候，模型II的切换性能也能够达到系统要求，呼叫切换失败概率基本保持在1％以下，因此，窄带业务量很大的时候采用模型I将导致高的阻塞概率，模型II则能有效改善这一情况。

Claims (4)

1.一种网络架构扩展的信道分配方法，其特征在于：如果窄带基站繁忙，不能为新到达的窄带呼叫提供服务，或者宽带基站繁忙，不能为新到达的宽带呼叫提供服务，将该呼叫切换到混合业务层。

2.根据权利要求1所述的网络架构扩展的信道分配方法，其特征在于：包括以下步骤：

(A1)当一个宽带呼叫到达一个窄带基站覆盖范围内的一个专用宽带基站时，如果所述专用宽带基站繁忙，不能为该宽带呼叫提供宽带业务服务，且该宽带呼叫到达的窄带基站覆盖范围内的混合业务层有空闲信道，判断该宽带呼叫是否为宽带切换呼叫，如果是，进入步骤(A2)；否则，该呼叫被阻塞；

(A2)将该宽带呼叫切换到混合业务层。

3.根据权利要求1所述的网络架构扩展的信道分配方法，其特征在于：包括以下步骤：

(B1)当一个窄带呼叫到达一个窄带基站时，如果所述窄带基站繁忙，不能为该窄带呼叫提供窄带业务服务，且该窄带呼叫到达的窄带基站覆盖范围内的混合业务层有空闲信道，判断该窄带呼叫是否为窄带切换呼叫，如果是，进入步骤(B2)；否则，该呼叫被阻塞；

(B2)将该窄带呼叫切换到混合业务层。

4.根据权利要求1所述的网络架构扩展的信道分配方法，其特征在于：包括以下步骤：

(C1)当一个窄带呼叫到达一个窄带基站时，如果所述窄带基站繁忙，不能为该窄带呼叫提供窄带业务服务，且该窄带呼叫到达的窄带基站覆盖范围内的混合业务层有空闲信道，进入步骤(C2)；否则，该呼叫被阻塞；

(C2)将该窄带呼叫切换到混合业务层；

(C3)当窄带基站不再繁忙时，将该窄带呼叫重新切换回窄带基站。

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