CN101212402B - 一种实现负荷均衡的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现负荷均衡的方法和系统，具体为：预先在池区用户容量信息源实体中设置下发周期，用户容量信息源实体将自身负载信息周期性地通知给具有灵活分发信令功能的网元，当具有灵活分发信令功能的网元需要发送消息时，根据接收到的所述负载信息计算出管理自身的用户容量信息源实体各自的负荷分担比例，根据负荷分担比例从管理自身的用户容量信息源实体中选择一个，并将消息发送给选择出的用户容量信息源实体，以实现负荷均衡。应用本发明方案，具有灵活分发信令功能的网元可以根据用户容量信息源实体的实际负载情况发送消息，既可以保证信令消息的均匀分布，又可以节约网络资源，提高网络服务质量。

Description

一种实现负荷均衡的方法和系统

技术领域

本发明涉及移动通信技术，特别是涉及一种实现负荷均衡的方法和系统。

背景技术

自第三代合作项目(3GPP)R5之后，网络中引入了信令灵活分发功能，即A-Flex/Iu-Flex功能。也就是说，无线网络控制器RNC或基站系统控制器BSC可以支持到多个核心网(CN)网元的域内连接路由功能，所述的CN网元就是用户容量信息源实体，如移动交换中心(MSC)或服务通用分组无线业务支持节点(SGSN)。

A-Flex/Iu-Flex功能的含义是：池区(Pool Area)集中了一个或多个CN网元服务区，终端设备(UE)在所述区域中移动时可以不必改变服务CN网元。从无线接入网(RAN)的角度看，池区包括一组并行CN网元所服务的一个或多个RNC所有的位置区(LA)或路由区(RA)。一个区域池中多个CN网元可以实现负荷均衡，所提供的服务范围可以覆盖整个池区，从而可以减少CN网元的更新、切换和重定位等，减少归属位置寄存器(HLR)更新流量。

为了在区域池中多个CN网元中实现负荷均衡，现有技术提出的方法为：如果用户首次接入网络，消息中只携带了国际移动台标识(IMSI)或国际移动终端设备标识(IMEI)，而没有携带网络资源指示(NRI)，那么，BSC或RNC就可以利用某种随机算法，根据消息中的IMSI或IMEI计算出用户当前的V值，然后利用计算出的V值确定一个CN网元。

现有技术中，如果CN网元实际可以负担的用户容量相同，该方法可以有效地将信令均匀分散到池区中各CN网元上，从而实现负荷均衡。但实际应用中，池区中CN网元实际可负担的用户容量并不是绝对相同，而是动态变化的。在这种情况下，如果仍然采用现有技术，则可能导致负荷分布不均匀，即大容量的CN网元处于比较空闲的状态，而小容量的CN网元则发生流控现象，从而既浪费网络资源，又影响网络的服务质量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种实现负荷均衡的方法和系统，可以使消息分布均匀，从而节约网络资源，提高网络的服务质量。

对于上述第一个目的，本发明提出的技术方案为：

一种实现负荷均衡的方法，预先在池区的用户容量信息源实体中设置下发周期，用户容量信息源实体按照下发周期，将自身负载信息周期性地通知给自身管理下的具有灵活分发信令功能的网元，或者，具有灵活分发信令功能的网元向管理自身的用户容量信息源实体发送负载信息请求消息，用户容量信息源实体再将负载信息通知给具有灵活分发信令功能的网元；所述用户容量信息源实体为核心网CN网元，所述负载信息为用户容量信息源实体的可用容量或者已用容量，当具有灵活分发信令功能的网元需要发送消息时，该方法还包括：

所述具有灵活分发信令功能的网元根据接收到的所述负载信息计算出管理自身的用户容量信息源实体各自的负荷分担比例，根据所述负荷分担比例从管理自身的用户容量信息源实体中选择一个用户容量信息源实体，并将消息发送给选择出的用户容量信息源实体，以实现负荷均衡。

对于上述第二个目的，本发明提出的技术方案为：

一种实现负荷均衡的系统，该系统包括：

用户容量信息源实体，用于预先设置下发周期，周期性地向自身管理下的具有灵活分发信令功能的网元发送负载信息；或者，在具有灵活分发信令功能的网元向管理自身的用户容量信息源实体发送负载信息请求消息时，用户容量信息源实体再将负载信息通知给具有灵活分发信令功能的网元；所述用户容量信息源实体为核心网CN网元，所述负载信息为用户容量信息源实体的可用容量或者已用容量；

具有灵活分发信令功能的网元，用于根据接收到的所述负载信息计算出管理自身的用户容量信息源实体各自的负荷分担比例，根据所述负荷分担比例从管理自身的用户容量信息源实体中选择一个用户容量信息源实体，并向选择出的用户容量信息源实体发送消息，以实现负荷均衡。

综上所述，本发明提出的一种实现负荷均衡的方法和系统，由于具有灵活分发信令功能的网元可以根据用户容量信息源实体的实际负载情况发送消息，既可以保证信令消息的均匀分布，又可以节约网络资源，提高网络服务质量。

附图说明

图1是本发明实施例一的流程图；

图2是本发明实施例二的逻辑示意图；

图3是本发明实施例二的流程图；

图4是本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例一的流程图。如图1所示，本发明实施例一包括以下步骤：

步骤101：池区中用户容量信息源实体将自身负载信息通知给自身管理下的具有灵活分发信令功能的网元。

实际应用中，用户容量信息实体的负载情况通常是动态变化的，为了具有灵活分发信令功能的网元能够及时地了解用户容量信息源实体的负载情况，可以预先在用户容量信息源实体中设置下发周期，用户容量信息源实体按照下发周期，将自身负载信息周期性地通知给自身管理的具有灵活分发信令功能的网元。

当然，用户容量信息源实体也可以不周期性下发自身的负载信息，而是等待具有灵活分发信令功能网元的请求，当接收到负载信息请求消息时，才将自身的负载信息下发给自身管理的具有灵活分发信令功能的网元。总之，用户容量信息源实体何时下发负载信息可以由用户自行确定，此处不再一一列举。

步骤102：具有灵活分发信令功能的网元根据接收到的所述负载信息从管理自身的用户容量信息源实体中选择一个用户容量信息源实体。

实际应用中，根据接收到的所述负载信息从管理自身的用户容量信息源实体中选择一个用户容量信息源实体的方法比较多，比如可以根据用户容量信息源实体各自的负荷分担比例选择出一个用户容量信息源实体。如果采用这种方法，那么在接收到负载信息时，所述具有灵活分发信令功能的网元还需要根据接收到的负载信息计算出管理自身的用户容量信息源实体各自的负荷分担比例。当需要发送消息时，具有灵活分发信令功能的网元就可以根据所述负荷分担比例选择一个用户容量信息源实体。

这里所述负载信息可以为用户容量信息源实体的可用容量，将每一个用户容量信息源实体的可用容量与所有用户容量信息源实体可用容量的比值作为每一个用户容量信息源实体的负荷分担比例。

所述负载信息也可以为用户容量信息源实体的已用容量，那么先根据事先获取的每一个用户容量信息源实体的总容量减去已用容量得到可用容量，再将每一个用户容量信息源实体的可用容量与所有用户容量信息源实体可用容量的比值作为每一个用户容量信息源实体的负荷分担比例。

至于根据负荷分担比例如何选择一个用户容量信息源实体的方法则比较多，可以为：

在计算出负荷分担比例之后，可以根据每一个用户容量信息源实体负荷分担比例确定每一个用户容量信息源实体对应的随机数选择区间；当需要选择一个用户容量信息源实体时，具有灵活分发信令功能的网元就可以根据消息中携带的用户标识计算出一个随机数，并确定所落入的随机数选择区间，再将随机数选择区间对应的用户容量信息源实体作为选择出的一个用户容量信息源实体。这里所述的用户标识可以为国际移动台标识(IMSI)，也可以为国际移动终端设备标识(IMEI)。

选择一个用户容量信息源实体的方法还可以为：当需要选择一个用户容量信息源实体时，具有灵活分发信令功能的网元根据各个用户容量信息源实体的负荷分担比例和发送消息的历史情况来选择一个用户容量信息源实体。比如：3个用户容量信息源实体的负荷分担比例分别为20％、30％和50％，并且具有灵活分发信令功能的网元已经将第一条消息发送给了第三个用户容量信息源实体。如果具有灵活分发信令功能的网元此时需要发送第二条消息，就需要从这三个用户容量信息源实体中选择出一个，选择的方法为：先假设选择第一个用户容量信息源实体，那么，具有灵活分发信令功能的网元将所有消息发送给第一个用户容量信息源实体的比例应该为50％；假设选择第二个用户容量信息源实体，那么，具有灵活分发信令功能的网元将所有消息发送给第二个用户容量信息源实体的比例应该为50％；假设选择第三个用户容量信息源实体，那么，具有灵活分发信令功能的网元将所有消息发送给第三个用户容量信息源实体的比例应该为100％。这样，各个用户容量信息源实体发送消息的比例与各自负荷分担的比例的差就为30％、20％、0％，此时可以将差值最小的用户容量信息源实体作为选择出的用户容量信息源实体，即第二条消息应该发送给第三个用户容量信息源实体，并依此类推。

当然，实际应用中，还可以利用其他的方法来选择用户容量信息源实体，比如可以直接将负载信息的值最大的用户容量信息源实体作为选择出的用户容量信息源实体，此处不再一一列举。

步骤103：具有灵活分发信令功能的网元将消息发送给选择出的用户容量信息源实体。

实际应用中，由于用户容量信息源实体的负载信息是动态变化的，具有灵活分发信令功能的网元还可以根据变化后的负载信息更新各个用户容量信息源实体的负荷分担比例，以保持负荷均衡，其方法具体为：

预先在具有灵活分发信令功能的网元设置更新周期，具有灵活分发信令功能的网元在每一个更新周期中判断是否重新接收到所有管理自身的用户容量信息源实体下发的负载信息，如果是，则根据重新接收到的负载信息更新更新各个用户容量信息源实体的负荷分担比例。

本实施例是在接收到所有管理自身的用户容量信息源实体下发的负载信息后，才对负荷分担比例进行更新。实际应用中，也可以采用其他方法发起对负荷分担比例进行更新。比如：不管是否接收到所有用户容量信息源实体下发的负载信息，只要到达更新周期就对负荷分担比例进行更新。

另外，实际应用中，具有灵活分发信令功能的网元和用户容量信息源实体之间的链路可能发生故障，用户容量信息源实体自身发生宕机或正在重新启动等。在这些情况下，用户容量信息源实体就没有接收信令消息的能力，具有灵活分发信令功能的网元可以根据链路协议检测出有消息不可到达的用户容量信息源实体，这时，就可以将检测出消息不可到达的用户容量信息源实体负载信息的值设置为0，并根据所有用户容量信息源实体的负载信息更新所述负荷分担比例。

此后，如果具有灵活分发信令功能的网元检测出消息不可到达的用户容量信息源实体恢复正常，具有灵活分发信令功能的网元接收来自恢复正常的用户容量信息源实体下发的负载信息，并根据所有用户容量信息源实体的负载信息更新所述负荷分担比例。

实际应用中，用户容量信息源实体可能会发起卸载过程，在卸载过程中，用户容量信息源实体也没有能力接收信令消息，在这种情况下，用户容量信息源实体可以向具有灵活分发信令功能的网元发送卸载通知消息。如果具有灵活分发信令功能的网元接收到卸载通知消息，就可以将处于卸载过程的用户容量信息源实体的负载信息的值设置为0，并根据所有用户容量信息源实体的负载信息更新所述负荷分担比例。

此后，如果完成卸载过程，用户容量信息源实体可以向具有灵活分发信令功能的网元发送完成卸载通知消息，并将自身的负载信息重新发送给具有灵活分发信令功能的网元，具有灵活分发信令功能的网元根据所有用户容量信息源实体的负载信息更新所述负荷分担比例。

另外，本实施例中所述的用户容量信息源实体为移动交换中心(MSC)或服务通用分组无线业务支持节点(SGSN)；所述具有灵活分发信令功能的网元为无线网络控制器(RNC)、基站控制器(BSC)或媒体网关(MGW)，所述灵活分发信令功能就是A-Flex/IU-Flex功能。

为了更好地说明本发明方案，下面用较佳实施例，即实施例二进行详细描述。

在实施例二中，具有灵活分发信令功能的网元为RNC，用户容量信息源实体为MSC。池区中的MSC有多个，接入网中的RNC也有多个，MSC和RNC之间是多对多的关系。但为了叙述简便，本实施例以某一个RNC为例进行描述，并假设该RNC为RNC1，与MSC1～MSC4相连。

实施例二中，用户容量信息源实体的负载信息为可用容量，可以通过负载通知消息(Load Notify)下发给RNC，所达负载通知消息中包括可用容量，即Conditions，还可以包括MSC标识(MSC ID)、状态(Status)、总容量(Total value)等参数，其参数可以由用户自行确定，此处不再赘述。

其中，MSC的状态这个参数值可以有：正常(Normal)和卸载(off-load)等几种情况。当接收到状态值为off-load的负载通知消息，RNC可以根据状态值判断出MSC正处于卸载过程中，状态值为off-load的负载通知消息相当于卸载通知消息。

相应地，如果MSC完成卸载，就可以向RNC发送一条状态值为Normal的负载通知消息，该消息相当于完成卸载通知消息。

实施例二中，还可以在RNC中设置一个Pool内负载均衡表，其格式如表一所示：

移动交换中心标 识(MSC ID)	可用容量	状态	负荷分担比例	随机数选择区间
					MSC1
MSC2
					MSC3
MSC4

表一

实施例二中，在MSC1～MSC4中还设置了下发负载信息的周期T1，在RNC1中设置了更新周期T2。MSC1～MSC4周期性地向RNC1下发携带有可用容量的负载通知消息，RNC1根据接收到的负载通知消息更新相应的可用容量，如果在更新周期T2内接收到全部MSC1～MSC4发送的负载通知消息，则重新计算MSC1～MSC4的负荷分担比例和随机数选择区间。

图2是本实施例的逻辑示意图。如图2所示，一方面，在MSC上设置下发周期，当到达下发周期时，MSC将携带自身可用容量的负载通知消息下发给RNC1；当卸载或完成卸载时，MSC也将向RNC1发送负载通知消息；另一方面，在RNC上设置更新周期，当到达更新周期时，RNC将更新MSC的负荷分担比例，否则，不作处理；当RNC检测出MSC发生故障或恢复正常，即消息不可到达或变为可以到达时，也将更新MSC的负荷分担比例；同样，当接收到MSC卸载或完成卸载时发送的负载通知消息时，也将更新MSC的负荷分担比例。

图3是实施例二的流程图。如图3所示，本实施例包括以下步骤：

步骤301：MSC1～MSC4向RNC1发送负载通知消息，所述负载通知消息携带有MSC ID、可用容量、状态等参数。

步骤302：RNC1将接收到的负载通知消息中的参数记录在事先设置的Pool内负载均衡表中。

步骤303：RNCl根据每一个MSC的可用容量和MSC1～MSC4所有可用容量计算出每一个MSC的负荷分担比例，并记录在Pool内负载均衡表中。

步骤304：RNC1再根据每一个MSC的负荷分担比例确定出相应的随机数选择区间。

比如：MSC1～MSC4的负荷分担比例分别为30.8％、23.1％、23.1％、23％，随机数落入的总区间为0～1000，那么，就可以确定MSC1的随机数选择区间为[000，307]，MSC1的随机数选择区间为[308，538]，MSC1的随机数选择区间为[539，769]，MSC1的随机数选择区间为[770，999]。

步骤305：RNC根据消息1携带的IMSI计算出一个随机数，并确定所落入的随机数选择区间，再将当前消息发送给确定的随机数选择区间所对应的MSC。

比如：根据消息1中IMSI计算出的随机数为258，落入[000，307]随机数选择区间，对应MSC1，那么，RNC1应该将消息1发送给MSC1。

本实施例中，如果某个MSC需要卸载，还应该向RNC1发送负载通知消息，所述负载通知消息中的状态值为off-load；接收到负载通知消息后，RNC1将Pool内负载均衡表中相应MSC的状态值更改为off-load，将可用容量更改为0，再根据Pool内负载均衡表中记录的可用容量重新为MSC1～MSC4计算负荷分担比例和随机数选择区间。

比如：MSC1需要卸载，将向RNC1发送负载通知消息，RNC1将Pool内负载均衡表中MSC1的状态值更新为off-load，将可用容量更改为0，再重新计算MSC1～MSC4的负荷分担比例和随机数选择区间。经过计算，MSC1～MSC4的负荷分担比例为0、35％、34％、32％，MSC1对应的随机数选择区间为空，MSC2～MSC4对应的随机数选择区间为[000，349]、[350，689]、[690，999]。

如果MSC1完成卸载，将再次向RNC1发送负载通知消息，所述负载通知消息中的状态值为Normal；RNC1将Pool内负载均衡表中MSC1的状态值更改为Normal，并将MSC1的可用容量更改为接收到的负载通知消息中的可用容量；RNC1再根据Pool内负载均衡表中记录的可用容量重新为MSC1～MSC4计算负荷分担比例和随机数选择区间。

本实施例中，如果RNC1检测出某个MSC链路发生故障等，即检测出消息不可到达MSC，将直接将Pool内负载均衡表中相应的MSC的状态值更改为Fault，将可用容量更改为0，再重新计算MSC1～MSC4的负荷分担比例和随机数选择区间。

如果RNC1检测MSC恢复正常，将接收到恢复正常的MSC发送的负载通知消息，并重新将Pool内负载均衡表中相应的MSC的状态值更改为Normal，将可用容量更改为负载通知消息中的可用容量，再重新计算MSC1～MSC4的负荷分担比例和随机数选择区间。

本实施例是根据IMSI等标识经过随机数计算确定出一个MSC，这符合主叫消息中无网络资源指示(NRI)，或者有NRI但对应的MSC发生故障，即处于“Fault”状态，或者无法找到NRI对应的MSC，或者NRI的值为“null-NRI”的情况，也符合响应消息中只有IMSI，但对应的MSC发生故障等情况。

当然，如果消息中有NRI，并且对应的MSC正常，则直接将消息发送给对应的MSC，这属于现有技术，此处不再赘述。

另外，本实施例中，具有灵活分发信令功能的网元是直接从用户容量信息源实体接收负载信息，实际应用中，还可以从操作维护中心(OMC)接收负载信息。也就是说，可以将负载通知消息定义在O&M接口上，OMC通过O&M接口将负载通知消息发送给具有灵活分发信令功能的网元。

应用本实施例方案，具有灵活分发信令功能的网元将根据用户容量信息源实体的实际状况不断地、动态地调整Pool内负载均衡表，使Pool内负载均衡表可以正确地反映MSC负荷承载情况。这样，当需要发送消息时，就可以根据随机数方法将信令消息均匀分布在池区中用户容量信息源实体上。

针对本发明提出的方法，本发明还提出一种实现负荷均衡的系统。图4是该系统的基本结构示意图。如图4所示，该系统包括：

用户容量信息源实体401，用于向自身管理下的具有灵活分发信令功能的网元402发送负载信息；

具有灵活分发信令功能的网元402，用于从管理自身的用户容量信息源实体401中选择一个用户容量信息源实体，并向选择出的用户容量信息源实体401发送消息。

综上所述，以上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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种实现负荷均衡的方法，其特征在于，预先在池区的用户容量信息源实体中设置下发周期，用户容量信息源实体按照下发周期，将自身负载信息周期性地通知给自身管理下的具有灵活分发信令功能的网元，或者，具有灵活分发信令功能的网元向管理自身的用户容量信息源实体发送负载信息请求消息，用户容量信息源实体再将负载信息通知给具有灵活分发信令功能的网元；所述用户容量信息源实体为核心网CN网元，所述负载信息为用户容量信息源实体的可用容量或者已用容量，当具有灵活分发信令功能的网元需要发送消息时，该方法还包括：

所述具有灵活分发信令功能的网元根据接收到的所述负载信息计算出管理自身的用户容量信息源实体各自的负荷分担比例，根据所述负荷分担比例从管理自身的用户容量信息源实体中选择一个用户容量信息源实体，并将消息发送给选择出的用户容量信息源实体，以实现负荷均衡。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算出负荷分担比例之后，该方法进一步包括：根据每一个用户容量信息源实体负荷分担比例确定每一个用户容量信息源实体对应的随机数选择区间；

所述根据负荷分担比例选择出一个用户容量信息源实体的方法为：具有灵活分发信令功能的网元根据消息中携带的用户标识计算出一个随机数，并确定所落入的随机数选择区间，再将随机数选择区间对应的用户容量信息源实体作为选择出的一个用户容量信息源实体。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据负荷分担比例选择出一个用户容量信息源实体的方法为：具有灵活分发信令功能的网元根据各个用户容量信息源实体的负荷分担比例和发送消息的历史情况来选择一个用户容量信息源实体。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先设置更新周期，该方法进一步包括：

具有灵活分发信令功能的网元在每一个更新周期中判断是否重新接收到所有管理自身的用户容量信息源实体下发的负载信息，如果是，则根据重新接收到的负载信息更新各个用户容量信息源实体的负荷分担比例。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果具有灵活分发信令功能的网元根据链路协议检测出有消息不可到达的用户容量信息源实体，该方法进一步包括：

具有灵活分发信令功能的网元将检测出消息不可到达的用户容量信息源实体负载信息的值设置为0，并根据所有用户容量信息源实体的负载信息更新所述负荷分担比例。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，如果检测出消息不可到达的用户容量信息源实体恢复正常，该方法进一步包括：

具有灵活分发信令功能的网元接收来自恢复正常的用户容量信息源实体下发的负载信息，并根据所有用户容量信息源实体的负载信息更新所述负荷分担比例。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果具有灵活分发信令功能的网元接收到处于卸载过程的用户容量信息源实体所发送的卸载通知消息，该方法进一步包括：

具有灵活分发信令功能的网元将处于卸载过程的用户容量信息源实体的负载信息的值设置为0，并根据所有用户容量信息源实体的负载信息更新所述负荷分担比例。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，如果接收到完成卸载过程的用户容量信息源实体所发送的完成卸载通知消息，该方法进一步包括：

具有灵活分发信令功能的网元接收来自完成卸载过程的用户容量信息源实体下发的负载信息，并根据所有用户容量信息源实体的负载信息更新所述负荷分担比例。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有灵活分发信令功能的网元接收负载信息的方法为：

直接从用户容量信息源实体接收负载信息，或者从操作维护中心OMC接收负载信息。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户容量信息源实体为移动交换中心MSC或服务通用分组无线业务支持节点SGSN；所述具有灵活分发信令功能的网元为无线网络控制器RNC、基站控制器BSC或媒体网关MGW。

11.一种实现负荷均衡的系统，其特征在于，该系统包括：

用户容量信息源实体，用于预先设置下发周期，周期性地向自身管理下的具有灵活分发信令功能的网元发送负载信息；或者，在具有灵活分发信令功能的网元向管理自身的用户容量信息源实体发送负载信息请求消息时，用户容量信息源实体再将负载信息通知给具有灵活分发信令功能的网元；所述用户容量信息源实体为核心网CN网元，所述负载信息为用户容量信息源实体的可用容量或者已用容量；

具有灵活分发信令功能的网元，用于根据接收到的所述负载信息计算出管理自身的用户容量信息源实体各自的负荷分担比例，根据所述负荷分担比例从管理自身的用户容量信息源实体中选择一个用户容量信息源实体，并向选择出的用户容量信息源实体发送消息，以实现负荷均衡。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述用户容量信息源实体为移动交换中心MSC、服务通用分组无线业务支持节点SGSN或操作维护中心；所述具有灵活分发信令功能的网元为无线网络控制器RNC、基站控制器BSC或媒体网关MGW。

Images