CN101312550A - 在混合网络中实现载荷均衡的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于混合网络的网络载荷均衡方法，所述混合网络包括至少一个子网，所述方法包括步骤：第一子网测量或统计本网络中的载荷信息，将载荷参量映射为相应的决定网络覆盖范围的功率的功率调整步长；将包括映射的所述功率调整步长以及如何调整所述功率的功率调整指示信息发送到第二子网；第二子网根据从第一子网接收的所述功率调整指示信息，本子网的映射结果来决定是否要调整本子网的所述功率以及如何对本子网的所述功率进行调整，以改变所述第二子网的覆盖范围。

Description

在混合网络中实现载荷均衡的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种在混合网络中实现网络载荷均衡的方法和装置。特别是，通过动态调整网络覆盖范围来实现载荷均衡的方法和装置，该方法和装置利用网络间的交互载荷，业务服务质量(QoS：Quality of Service)等信息，通过动态地调整彼此的网络覆盖范围来改变用户的接入状况，从而实现不同网络间的载荷均衡，减少由于个别网络拥塞而造成整个网络的性能下降，使整个混合网络的资源得到更好的利用。

背景技术

随着通信业务种类的多样化及其在不同场景下的广泛应用，现有的无线通信网络已不再是单一的蜂窝网，而是集合了多种网络的混合网。从网络的覆盖范围来看，包括支持实时语音通信和低速数据业务的广域网，支持宽带数据通信的局域网，以及提供家庭个人小范围互联互通的个域网等。其中，可以通过不同的技术来实现每种网络。例如，广域网可以是现有第二代通信的GSM网络，也可以是第三代通信的WCDMA，CDMA2000，或者TD-SCDMA。这种多种网络的共存有助于为不同业务提供不同的服务质量(QoS)保证，不仅能够满足高速移动用户的通信要求，也为准静态用户对无线互联网进行实时高速接入，在用户间实时传输多媒体业务等提供了可能。

在多种网络共存的架构下，由于每个网络可能是单独运营的，因此存在着网络间出现业务不均衡的可能。就是说，一些网络的载荷较重，而另一些网络却处在资源闲置状态，从而在业务载荷较重的网络中造成诸如吞吐量，时延，丢包率，呼叫接入概率等之类的服务质量下降。例如，在日本运营商DoCoMo提供的WCDMA蜂窝网和无线局域网(WLAN)的混合网络中，由于WLAN价格较为便宜，如果大多数用户倾向于选择WLAN，则可能会造成WLAN的拥塞，并且得不到满意的服务。同样，如果用户更注重通信质量，或者不在WLAN的覆盖范围内，那么不论话音或者是数据业务都通过WCDMA系统来传输，这也会带来WCDMA网络的过载，造成呼叫接入概率的下降。因此，需要一种能使网络间的业务近似均衡的方式，以便通过改变每个网络中的业务载荷来间接地实现网络资源的共享，使混合网络的整体资源得以更好的利用。

现有技术中主要是通过基于网络内或网络间的载荷均衡这两种方式在网络之间实现载荷均衡。一方面，网络内的载荷均衡是在同一网络的不同网络单元之间内进行的。例如，在WCDMA网络的不同小区或扇区之间，在WLAN的不同基本业务组(BSS，Basic Service Set)之间进行载荷均衡。由于同一网络内的网络单元采用相同的协议规范，因此可以方便地在他们之间交互信息或者通过他们所连接的集中式控制单元，例如WCDMA网络中各基站(BS，Base Station)所连接的无线网络控制器(RNC，RadioNetwork Controller)，来实现网络内的载荷均衡。

另一方面，网络间的载荷均衡是指在不同网络之间对载荷进行调整。由于网络的各异性，很难在网络侧实现他们之间的信息共享以及集中的载荷分配。因此现有的网络间载荷均衡技术主要是在用户侧完成。这些技术包括网络选择方法，路由协议等。在网络侧的解决方案典型的有呼叫控制等。

网络选择是指处在多个网络覆盖范围内的终端按照某种算法选择一个特定的网络接入，通过选择载荷较轻的网络接入可以减少因系统过载、阻塞等带来的性能损失。Oya Yilmaz等人于2005年发表的题为“AccessSelection in WCDMA and WLAN Multi-Access Networks”的文章(对比文献1)揭示了这种方法。但是这种方法只适用于有多个网络可供用户选择的前提下才能实现。就是说，该方法受到了网络覆盖范围的限制。在用户只有一个备选网络的情况下，网络选择就不能实现网络间的载荷均衡。另外，如何公平地衡量不同网络的负载以及可用容量也是在设计算法时必需考虑的问题。

另外，也可以使用路由协议来实现载荷均衡。例如，H.Wu等人发表的题为“Integrated cellular and ad-hoc relay systems：iCAR”(参见IEEE J.Select.Areas Commun.，vol.19，pp.2105-2115，Oct.2001)的文章(对比文献2)中揭示了增加ad hoc中继站的方法。用户可以通过与这些中继站建立路由而间接地连接到载荷较轻的小区，从而实现业务的均衡。但是这种方法需要增加新的中继站，为硬件实现带来较大的开销。

另一种能够实现网络载荷均衡的方法是接入控制，用户在会话发起之前向网络告知所需要的带宽资源，网络侧通过评估当前的系统载荷决定是否允许接入。在资源不足以支持该会话业务的情况下拒绝接入。然而，该接入控制方法只能控制激活的(active)用户，无法影响非激活(inactive)用户的接入，而非激活用户同样会带来网络性能(比如呼叫接入概率)的下降。

另外，现有技术中也提到了一些动态调整覆盖范围的方法。例如，EmiG-P等人于2005年发表的题为“Assessing capacity in WLAN-UMTSintegrated networks”的文章(对比文献3)，和Olivia Brickley等人发表的题为“Load Balancing for QoS Optimisation in Wireless LANsUtilising Advanced Cell Breathing Techniques”的文章(参见VTC，2005)(对比文献4)提出在WLAN中动态调整接入点(AP，Access Point)的覆盖范围来减少共信道干扰。

Changhoi Koo和YongWoo Chung发表的题为“Dynamic Cell CoverageControl for Power Saving in IEEE 802.16Mobile Multihop RelaySystems”的文章(参见ICSNC，2006)(对比文献5)中提出在WiMax的中继结构(IEEE802.16j)中，中继站根据自己当前载荷或剩余功率调整其发送功率，从而降低其功率消耗。但是，以上方法都是在同一网络内执行的。前者需要了解网络的拓扑结构及节点的分布，在现有的网络中不易实现。后者则是中继站根据自己的状况进行调整，并未涉及到其他网络的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种在混合网络中实现网络载荷均衡的方法和装置，通过动态改变网络的覆盖范围而更为有效地控制载荷的接入，能够在网络侧对网络间的载荷进行均衡，实现总的资源的最优利用。

根据本发明的一个方面，提供一种用于混合网络的网络载荷均衡方法，所述混合网络包括至少一个子网，所述方法包括步骤：第一子网测量或统计本网络中的载荷信息，将载荷参量映射为相应的决定网络覆盖范围的功率的功率调整步长；将包括映射的所述功率调整步长以及如何调整所述功率的功率调整指示信息发送到第二子网；第二子网根据从第一子网接收的所述功率调整指示信息，本子网的映射结果来决定是否要调整本子网的所述功率以及如何对本子网的所述功率进行调整，以改变所述第二子网的覆盖范围。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于混合网络的网络载荷均衡装置，所述混合网络包括至少一个子网，所述装置包括：载荷状态决定单元，用于测量或统计作为第一子网的本网络中的载荷信息；映射单元，用于把所述载荷状态决定单元测量或统计的载荷参量映射为相应的决定网络覆盖范围的功率的功率调整步长；多级功率调整指示和调整单元，用于决定如何调整所述功率，把包括映射的所述功率调整步长以及如何调整所述功率的功率调整指示信息发送到其它，以及从其它子网接收的所述功率调整指示信息，本子网的映射结果来决定是否要调整本子网的所述功率以及如何对本子网的所述功率进行调整，以改变本子网的覆盖范围。

根据本发明的再一个方面，提供一种用于混合网络的网络载荷均衡方法，所述混合网络包括至少一个子网，所述至少一个子网连接到互联网，所述方法包括步骤：测量或统计经由互联网的业务载荷及其服务质量需求；接收所述至少一个子网反馈的载荷信息，并根据反馈的所述载荷信息以及测量或统计的所述业务载荷决定把载荷分别通过哪个子网进行传输；根据所述决定的结果，在每个子网内分别把载荷参量映射为相应的决定网络覆盖范围的功率的功率调整步长；将包括映射的功率调整步长以及如何调整所述功率的功率调整指示信息发送到所述至少一个子网；所述至少一个子网根据从互联网接收的功率调整指示信息，本子网的映射结果来决定是否要调整本子网的功率以及如何对本子网的所述功率进行调整，以改变本子网的覆盖范围。

根据本发明的再一个方面，提供一种用于混合网络的网络载荷均衡装置，所述混合网络包括至少一个子网，所述至少一个子网连接到混合网络，所述包括：载荷反馈单元，用于把本子网的载荷信息传送给混合网络；映射单元，用于把所述载荷状态决定单元测量或统计的载荷参量映射为相应的决定网络覆盖范围的功率的功率调整步长；多级功率调整单元，用于决定如何调整所述功率，以及根据所述至少一个子网接收的功率调整指示信息，所述子网自身的映射结果来决定是否要调整其它子网的所述功率以及如何对所述其它子网的所述功率进行调整，以改变所述其它子网的覆盖范围；和网络载荷控制器，用于控制经由混合网络的所有业务，并根据各子网的载荷状况及其服务质量控制各子网的覆盖范围，从而将这些业务分配到各子网。

根据本发明，通过在不同子网中交互载荷、QoS等信息来了解各个子网的负载状况，并根据这些信息确定功率调整步长，进而改变导频信号的功率。由于导频信号决定着网络的覆盖范围，本发明的方法和装置能够依据各个网络内的载荷变化自动调整其覆盖范围，而不需要改变数据传输的功率，有利于避免因功率降低而采用较低速的调制编码方式，保证了尽可能高速地传输数据。

此外，本发明不需要对终端做任何改变，并且独立于其他现有的网络间载荷均衡的方法，可以与其他方法结合使用，具有很好的适应性。

附图说明

通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：

图1是以WCDMA和WLAN网络为例描述混合网络互联的示意图；

图2是表示根据本发明实施例在紧耦合网络融合方式下的混合网络的结构示意图；

图3是表示根据本发明实施例在紧耦合方式下实现载荷均衡的设备的功能方框图；

图4是根据本发明的载荷均衡装置中的多级功率调整指示和调整单元的操作流程图；

图5是表示根据本发明实施例在松耦合网络融合方式下的混合网络的结构示意图；

图6是表示根据本发明实施例在松耦合方式下实现载荷均衡的设备的功能方框图；

图7是说明在紧耦合方式下UMTS/WLAN混合网络的动态覆盖范围的控制示意图；

图8a和8b分别是表明基站和接入点的映射关系的一个实例的示意图；

图9是说明在松耦合方式下UMTS/WLAN混合网络的动态覆盖范围的控制示意图；和

图10是说明网络载荷控制器中的映射关系的一个实例的示意图

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。

本发明提供一种在混合网络中实现载荷均衡的方法和装置。通常，将多种网络融合于一体的网络融合方式分为紧耦合(tightly-coupled)和松耦合(loosely-coupled)。本发明将基于这两种方式分别给出实现网络间载荷均衡的设备和方法的实施例。

在此，需要说明的是，本发明的方法和装置所适用的子网可以是不同网络，比如3G和WLAN，也可以是采用同种技术但覆盖范围不同的网络，比如3G和Femtocell(小型的3G网)，也可以是同种网络的不同网络单元，比如WLAN的BSS之间或者3G的不同基站之间等构成的混合网络中。

图1是以WCDMA和WLAN网络为例描述混合网络互联的示意图。M.Buddhikot  等人发表的题为“Integration  of 802.11andThird-Generation Wireless Data Networks”的文章(参见IEEE Infocom，2003)中对此做了说明。

紧耦合方式是指基于诸如802.11之类的协议的网络以与其他3G接入网类似的方式连接到3G核心网，如图1中的WISP(无线网络业务提供商)1所示。在这种架构下，基于诸如802.11之类的协议的网关对上行3G核心网来说，类似于CDMA2000核心网中的分组控制功能(PCF，Packet ControlFunction)，或者UMTS中的服务和网关GPRS业务节点(SGSN，Serving GPRSService node，and GGSN，Gateway GPRS Service Node)。网关把数据业务通过3G核心网传送到互联网。此时，802.11网关对3G核心网隐藏了802.11网络的细节，而实现所有3G接入网所需要的3G协议。

因此，在这种情况下，移动节点需要在802.11所规范的物理层和媒体接入控制层之上增加对应的3G协议栈(包括移动管理，鉴权等)，并且能够根据情况从一种物理层转换到另一物理层。从网络的角度来看，在紧耦合的情况下，不同网络共享相同的鉴权、信令、传输和计费系统，但在空中接口的物理层采用独立的协议。然而，这种方式需要对终端和网络进行较大的改动，不适用于现有的3G系统。

在松耦合的情况下，如图1中所示的WISP2所示，802.11网关直接连接到互联网并且与3G网络单元没有任何连接。因此802.11网络和3G网络分别独立运营。802.11网络内的数据业务不经过3G核心网。这种情况下，3G和802.11网络可以采用不同的鉴权、计费和移动性管理机制。与紧耦合方式相比，这种松耦合的方式允许独立的组网和业务处理，因此更为灵活。WISP可以提供自己公共的802.11热点服务，管理私有的企业无线局域网，也可以通过漫游协议与其他3G或802.11互相合作。

本发明将基于这两种网络融合方式，分别提供混合网络下通过动态调整网络覆盖范围实现业务均衡的方法和装置。

图2是表示根据本发明实施例在紧耦合网络融合方式下的混合网络的结构示意图。如图2所示，多个网络(NW1，NW2，……，NWk)分别通过各自的网关设备(Gateway)连接到第三代(3G)通信系统的网关上。3G网关把3G系统的数据业务通过其3G核心网输送到互联网。这些子网可以是CDMA2000系统中的分组数据业务节点(PDSN，Packet Data ServiceNodes)，或者UMTS系统中的网关GPRS业务节点(GGSN，Gateway GPRSService Nodes)，以及具备上述节点功能的网络设备。其他网关，例如，WLAN网关等负责把该网络与外部网络连接，在这种紧耦合的方式下，这种网关具有3G无线接入网中所有3G协议功能。

为了简单起见，可以把每个网络NW简化为分级的集中式控制子网01(NWk)。这里的子网可以分别归属于不同网络，比如3G和WLAN，也可以是采用同种技术但覆盖范围不同的网络，比如3G和Femtocell(小型的3G网)，也可以是同种网络的不同网络单元，比如WLAN的BSS之间或者3G的不同基站之间等构成的混合网络中。例如，在子网01中，网络控制单元011与多个空中接口012相连。网络控制单元011在该子网内部分配和管理无线资源，进行移动性管理，鉴权，寻址等操作。网络控制单元011执行，例如，无线网络控制单元(RNC，Radio Network Controller)，或者CDMA2000系统中的分组控制功能(PCF，Packet Control Function)和UMTS系统中的服务GPRS业务节点(SGSN，Servicing GPRS ServiceNodes)，或者是UMTS系统中基站(BS，Base Station)等的操作。空中接口012为无线终端提供服务。图2中的网络02(NW1)和网络03(NW3)表示和网络01结构一致的在不同子网之间进行载荷均衡的两个子网，其结构方框图如图3所示。在子网02中，由子网01的网络控制单元021，这里以UMTS中的基站控制器为例，控制各个基站(BS1，BS2，…，BSn)。在子网03中，由子网03的网络控制单元031，这里以WLAN中的AP控制器为例，控制各个接入点(AP1，AP2，…，APn)。

图3示出了在网络间实现载荷均衡的功能结构图。在图3中，左侧表示根据本发明一个实例，在子网02(可以称为第一子网)中的载荷均衡装置的功能结构图。该载荷均衡装置可以用于网络控制单元021，也可以用于空中接口022。具体地说，载荷均衡装置包括载荷状态决定单元0212，映射单元0213，和多级功率调整指示和调整单元0214。其他单元0211是指该网络控制单元或空中接口单元已有的功能。为防止对本发明的理解造成混淆，在描述过程中省略了对理解本发明来说不必要的细节和功能，而由其他单元0211来代表。

下面以子网02指示子网03调整决定覆盖范围的功率为例来说明子网02和03的操作。

载荷均衡装置可以设置在子网02的网络控制单元或者空中接口单元，比如UMTS网络的基站中或基站控制器中。载荷状态决定单元0212测量并统计本网络中的载荷信息，并对载荷参量进行量化。载荷信息可以是能够表示所在网络中当前的载荷状态的信息。所述载荷状态包括信道利用率，总请求带宽，数据速率，用户数量等表示信道繁忙程度的任何参量，以及诸如话音呼叫接入概率，掉话率，误包率，分组时延，时延抖动之类的有关服务质量的任何参量。映射单元0213把载荷状态决定单元0212的载荷参量映射为相应的功率调整步长，载荷越高或者越低、或者服务质量越差或者越好，其对应的功率调整步长就越长。映射单元0213可以预先设定映射关系，也可以是考虑本子网的载荷状况动态地进行映射，使得调整后的功率能够实现本子网与其它子网之间的载荷均衡。在完成映射后，子网02中的多级功率调整指示和调整单元0214把映射单元0213映射的功率调整步长以及如何调整功率(即，增加还是降低功率)的信息送入接入网，并传输到另一子网03。载荷较高或者服务质量较差时，多级功率调整指示和调整单元0214指示子网03增加决定网络覆盖范围的功率，载荷较轻并且服务质量远好于要求的服务质量时，指示子网03降低功率。网络02和网络03之间可以通过有线或无线的方式连接，来实现所述功率调整指示信息的传递。在此，所述功率是指决定网络覆盖范围的功率。

图3中的右侧示出了设置有载荷均衡装置的子网03(可以称为第二子网)的功能结构图。子网03中的载荷均衡装置可以设置在网络控制单元031也可以设置在空中接口032。网络03中的载荷均衡装置包括载荷状态决定单元0312，映射单元0313和多级功率调整指示和调整单元0314。其他单元0311是指该网络控制单元或空中接口单元已有的功能。为防止对本发明的理解造成混淆，在描述过程中省略了对理解本发明来说不必要的细节和功能，而由其他单元0311来代表。

载荷状态决定单元0312的功能与网络02中载荷状态决定单元0212的相同，但可以选用与子网02中的载荷决定单元0212选用的不同的载荷参量。映射单元0313也与网络02中的映射单元0213类似，但其映射关系可以和网络02中的映射单元0213不同。同样，映射单元0313可以预先设定映射关系，也可以是考虑本子网的载荷状况动态地进行映射，调整后的功率能够使得第二子网达到该子网的门限载荷。该门限载荷可以是该子网的最大可容许载荷，对该业务的最大可容许载荷，或者满足该业务服务质量前提下的最大载荷等。

子网03中的多级功率调整指示和调整单元0314根据子网02的多级功率调整指示和调整单元0214，子网03的映射单元0313的结果，以及根据自身网络03的载荷状况得到的如何自身调整功率的信息，来决定是否要调整本网络的功率以及如何对功率进行调整。对如何自身调整功率的判断与子网02中多级功率调整指示和调整单元0214判断如何调整功率的方法相反，当自身网络03载荷较高或者服务质量较差时，判断降低网络03的自身功率，载荷较轻并且服务质量远好于要求的服务质量时，判断增加网络03的自身功率。

图4是根据本发明的载荷均衡装置中的多级功率调整指示和调整单元0314执行的操作的流程图。需要说明的是，这里是以子网02指示子网03调整决定网络覆盖范围的功率为例进行描述。首先，在步骤S411，网络03中的多级功率调整指示和调整单元0314接收来自网络02中的多级功率调整指示和调整单元0214的功率调整信息，从功率调整指示信息中读取功率调整步长ΔP_t以及是增加功率还是减少功率的功率调整指示信息。在步骤S412，根据功率调制指示信息的内容判断是指示增加功率还是减少功率。如果在步骤S412判断多级功率调整指示和调整单元0214指示降低功率，流程则进展到步骤S417。在步骤S417，多级功率调整指示和调整单元0314指示其他单元0311在子网03内发送包含调整后的功率P_t(n+1)的功率调整信息，并在等待一定时间T_w后，在步骤S418将决定网络03覆盖范围的功率，例如，在WLAN内是信标分组的发送功率，调整为当前功率减去ΔP_t与最小允许功率P_{t_min}的较大值。

另外，当在步骤S412判断功率调制指示信息指示增加功率时，流程进展到步骤S413。在步骤S413，考虑到自身网络03自身是否过载或者是否能够满足QoS要求，多级功率调整指示和调整单元0314从映射单元0313获得映射的功率调整步长ΔP′_t并根据自身网络03载荷状况判断如何自身调整功率。ΔP′_t是映射单元0313考虑本子网的载荷状况，也就是自身是否过载或是过于空闲，或者是否能够满足QoS的要求动态进行的映射。此后，流程进行到步骤S414，判断上述根据自身网络03载荷状况得到的如何自身调整功率的信息指示降低功率还是增加功率。当在步骤S414判断需要降低自身功率时，流程进行到步骤S415，由其他单元0311在网络03内发送包含调整后的功率P_t(n+1)的功率调整信息，并等待一定时间T_w。此后，在步骤S416，决定将网络03覆盖范围内的功率调整为当前功率减去ΔP′_t与最小允许功率P_{t_min}的较大值。

另外，如果在步骤S414判断不需要降低上述自身功率，流程则进展到步骤S419，将网络03覆盖范围内的功率调整为当前功率加上ΔP_t与最大允许功率P_{t_max}的较小值。

可以理解，子网03也可以指示子网02调整其决定网络覆盖范围的功率，具体的过程与上面的描述相对应，在此省略对其的描述。

下面描述根据本发明的另一个实施例，即，在松耦合的网络融合情况下动态调整网络覆盖范围实现业务均衡的方法和装置。

图5是表示根据本发明实施例在松耦合网络融合方式下的混合网络的结构示意图。为了简单起见，下面只描述本实施例中与上述紧耦合情况的实施例中不同的部分，而省略对相同部分的描述。

如图5所示，每个网络(NW1，NW2，……，NWk)都通过各自的网关设备直接连接到互联网，每个网络独立运营。与第三代网络的任何网络单元都没有直接的连接。在这样的融合方式下，从互联网的角度来看，每个子网都是对等的网络单元04，与图2中所示的网络01具有相同的架构。这些子网可以是UMTS或者CDMA 2000系统中的基站，也可以是WLAN中的接入点。图5所示的每个子网与图2中所示子网的区别在于，图5中所示的这些子网具有相同的功能结构，而图2中的子网02和子网03的功能模块不同。此外，根据本实施例，在互联网侧引入了网络载荷控制器05，用于控制经由互联网的所有业务，并根据各子网的载荷状况控制各子网的覆盖范围，从而将这些业务分配到各子网。

图6示出了在图5所示的网络间实现载荷均衡的载荷均衡装置的功能结构图。

如图6所示，在接入网下部是各子网的功能方框图。每个子网包括载荷状态决定单元0412，映射单元0413和多级功率调整单元0414，负荷反馈单元0415，和其他单元0411。载荷状态决定单元0412，映射单元0413与图3所示的映射单元0213和0313的功能相同，多级功率调整单元0414执行与图3中的多级功率调整指示及调整单元0312所执行的多级功率调整操作对应的操作。而图3中的多级功率调整指示及调整单元0312所执行的功率调整指示操作则由网络功能调整指示单元054执行。其他单元0411是指该控制单元或空中接口单元已有的功能。为防止对本发明的理解造成混淆，在描述过程中省略了对理解本发明来说不必要的细节和功能，而由其他单元0411来代表。

与图2所示的紧耦合网络融合方式下的载荷均衡装置的区别在于，图6所示的松耦合网络融合方式下的载荷均衡装置增加了载荷反馈单元0415。载荷反馈单元0415把该子网的载荷信息传送给互联网的网络载荷控制器05。与紧耦合方式下的载荷信息含义相同，所述载荷信息可以是一个或多个载荷参量以及服务质量信息。

图6的上部示出了互联网侧的网络载荷控制器05的功能方框图。网络载荷控制器05包括网络载荷状态决定单元051，网络载荷处理和分配单元052，网络映射单元053和网络功率调整指示单元054。网络载荷状态决定单元051测量和统计经由互联网的业务载荷及其服务质量。网络载荷处理和分配单元052处理各个子网的载荷反馈信息，并根据这些信息以及网络载荷状态决定单元051的信息决定把载荷分别通过哪个子网进行传输；网络映射单元053根据载荷处理和分配单元052的处理结果在每个子网内分别把分配给该子网的载荷表示为载荷参量，并映射为相应的功率调整步长，载荷越高或者越低，服务质量越差或者越好，其对应的功率调整步长就越长。网络功率调整指示单元054把功率调整步长以及如何调整功率(也就是增加还是降低功率)的信息分别送入各子网。如果子网载荷较高或者服务质量较差时，网络功率调整指示单元054指示该子网降低功率，或/和周围的其他子网增加功率，如果该子网载荷较轻并且服务质量远好于要求的服务质量时，指示该子网增加功率，或/和周围的其他子网降低功率。网络映射单元053和网络功率调整指示单元054的功能与映射单元0213和多级功率调整指示和调整单元0214的功能相似，其区别在于此处是对多个子网的操作，而每个子网可以有不同的映射关系。

根据本发明，在混合网络为紧耦合的方式下，混合网络中的一个子网中的多级功率调整指示和调整单元根据本网络中的载荷信息通知另一个子网增加或降低决定其覆盖范围的信号功率。另一个子网在接收到该功率调整指示信息后根据本网络的载荷状况判断是否需要调整以及怎样调整功率，从而改变自己的覆盖范围。

根据本发明，在混合网络为松耦合的方式下，互联网侧新增加一个网络载荷控制器。网络载荷控制器通过分析其载荷信息以及收集到的来自各子网的载荷信息把互联网的业务载荷分配到各子网，并把这些载荷映射为功率通知各子网周围的其他子网。各子网周围的其他子网在接受到指向本网络的功率调整信息后根据本网络的载荷状况判断是否需要调整本网络的功率以及怎样调整决定其覆盖范围的信号功率。

图7示出了在紧耦合方式下的UMTS和WLAN的混合网络中进行动态覆盖范围控制的实施例。如图7所示，基站(BS)连接到无线网络控制器(RNC)，进而通过GGSN和SGSN连接到3G核心网。WLAN中的接入点也连接到3G的GGSN和SGSN上。BS的覆盖范围如图7中的最外圈所示，接入点AP的覆盖范围如图7中的两个较小圈所示。此处的覆盖范围由WLAN内的信标分组的发送功率所决定。

返回参照图3，描述紧耦合方式下的操作。基站BS通过其载荷状态决定单元0212统计该小区内的载荷状态，这里用话音用户的信道占用比率作为载荷参量，并利用映射单元0213将该载荷参量映射为功率调整步长。图8a示出了表明UMTS子网中的基站和WLAN子网中的接入点的映射关系的一个实例。基站BS的载荷状态决定单元0212统计该小区内的话音用户信道或带宽占用比率，定义一定时间内信道被话音占用的比率u，并将其量化为2N级，其中当u大于X₁有N级，表示信道过载的状态，u小于y₁也有N级，表示信道空闲的状态。图8右侧的表格表示该话音的信道占用比率与功率调整步长的映射关系。在信道过载时，话音信道占用比率越大，对应的功率调整步长就越长。此时多级功率调整指示和调整单元0214指示AP应增加其信标发送功率；在信道空闲时，话音信道占用比率越小对应的功率调整步长就越长。此时，多级功率调整指示和调整单元0214指示AP应降低其信标发送功率。基站BS将图8a决定的功率调整步长，以及“增加”或“降低”的信息通过GGSN/SGSN传递给AP，或者可以在BS和AP之间通过有线或无线连接实现。

接入点AP在接收到来自BS的功率调整指示信息后，通过其载荷状态决定单元0312统计该基本业务组BSS内的载荷状况。此时，用正在通信的话音用户的数目Nv来表示其载荷参量，并且将Nv映射为功率调整步长。图8b以IEEE802.11b为例说明了接入点的映射关系。可以理解，本发明不限于此，也可以应用到其它协议。如图8b所示，由于IEEE802.11b的网络内在保证话音的服务质量的基础上能够同时支持的话音会话的数目为11个，此处可以用两级的映射关系。如果当前正在通信的话音用户数据小于11个，则不调整功率，也就是说，映射其值为0的功率调整步长。否则，将功率调整为只支持11个话音用户所需要的最小功率ΔP_{t_new}，并计算该值与当前功率的差作为功率调整步长ΔP′_t。之后，将载荷状态决定单元0312和映射单元0313获得的结果，以及接收到的来自基站BS的功率调整步长ΔP_t一并送入多级功率调整指示和调整单元0314，按照图4的流程进行处理。

接入点AP检测基站BS指示的功率调整信息并读取功率调整步长ΔP_t以及指示网络载荷为过载还是空闲状态。如果指示需要降低功率，也就是BS的小区正处于空闲状态，那么接入点AP将根据BS所指示的功率调整步长ΔP_t将调整后的功率(P_t-ΔP_t)广播给该BSS的所有用户，同时该调整后的功率应不小于系统所容许的最小发送功率。用户在接收到该功率调整信息后根据当前的链路状况，计算在功率调整后是否还能接入该接入点AP。如果不能接入，则切换到基站BS(如图7所示的用户无线终端MT1)。接入点AP在广播调整后的功率之后的Tw时间后，降低其信标分组的发送功率，从而降低其覆盖范围(图7中的覆盖范围由大圈变为小圈)。Tw的设置应保证用户有足够的时间判断自己是否在功率调整后还能接入该接入点，以及在不能接入时切换到基站BS。如果基站BS指示需要提高功率，则说明BS的小区正处于过载状态，那么需要AP增大它的覆盖范围来分担另一个子网的基站BS内的载荷。

此时，接入点AP检查其载荷状态决定单元0312和映射单元0313获得的结果，读取功率调整步长ΔP′_t，并检查其多级功率调整指示和调整单元0314指示自身子网处在过载或是空闲的状态。如果指示自身子网需要降低功率，则表明接入点AP内此时通信的话音用户数达到了11个，已经处于过载状态。这种情况下，根据图8b指示的结果，接入点AP将在其覆盖范围内广播调整后的功率(P_t-ΔP′_t)，并且该调整后的功率应不小于系统所容许的最小发送功率。

用户在接收到该功率调整信息后，根据当前的链路状况，计算在功率调整后是否仍能够接入该接入点AP。如果不能接入该接入点AP，则切换到基站BS(如图7所示的用户MT1)所在的子网。接入点AP在广播了调整后的功率之后的Tw时间后，降低其信标分组的发送功率，从而降低其覆盖范围(图7中的覆盖范围由大圈变为小圈)。Tw的设置应保证用户有足够的时间判断自己是否在功率调整后还能接入该接入点，以及在不能接入时切换到基站BS。如果接入点AP的多级功率调整指示和调整单元0314指示自身子网需要提高功率，则说明接入点AP内通信的话音用户数还没达到11个，也就是说可以接入更多的用户。这种情况下，接入点AP将增加其信标分组的发送功率为(P_t+ΔP_t)，并且该调整后的值不应该超过系统容许的最大功率。此时，接入点AP的覆盖范围将增加(图7的覆盖范围由小圈变为大圈)。此时，原本不在WLAN覆盖范围内的用户MT1在增加了信标分组的功率后可以由WLAN进行服务，从而分担了BS的载荷。

图9示出了根据本发明另一个实施例，在混合网络为松耦合方式的情况下，UMTS和WLAN的混合网络中进行动态覆盖范围控制的实例。与图7不同的是，接入点AP与互联网直接相联，在互联网侧增加了一个网络载荷控制器05，它可以与SIP(对话发起协议)服务器以及定位服务器相连接，从而获取当前经由互联网的业务载荷及其服务质量。在本实例中，基站BS和接入点AP通过他们的载荷反馈单元把各自网络内的载荷信息，比如当前话音用户的信道占用比率u₁，u₂传送到网络载荷控制器05。此时，网络载荷控制器的网络载荷处理和分配单元052收集到这些信息并利用某种载荷均衡算法处理该载荷信息。此后，将这些信息映射到每个子网的功率调整步长。图10给出网络载荷控制器05中网络映射单元053的映射关系。如果u₁＞u₂可认为UMTS网络中基站BS的载荷比WLAN子网中的接入点AP的载荷重。这种情况下，可以将UMTS网络中的载荷参量组映射为某一功率调整步长ΔP_t(图10中为0dBm)，并通过网络功率调整指示单元054指示UMTS网络中的基站BS将其前置码(preamble)的发送功率降低0dBm，WLAN网络中的接入点AP将其信标分组发送功率增加0dBm。而如果u₁≤u₂表明WLAN网络中的AP的载荷比UMTS网络中的基站BS的载荷重。这种情况下，应通过网络功率调整指示单元054指示基站BS将其前置码的发送功率提高0dBm，接入点AP将其信标分组发送功率降低0dBm。

图9中的基站BS和接入点AP接收来自网络控制单元05的功率调整指示信息。此后，根据各子网内的信息判断是否需要增加或者降低功率。其步骤与紧耦合的实施例中AP的操作类似，不再详细说明。

根据本发明，通过在不同网络中交互载荷、QoS等信息来了解各个网络的负载状况，并根据这些信息确定功率调整步长，进而改变导频信号的功率，从而能够依据各个网络内的载荷变化自动调整其覆盖范围，而不需要改变数据传输的功率，有利于避免因功率降低而采用较低速的调制编码方式，保证了尽可能高速地传输数据。

至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不应该被理解为被局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (32)

1.一种用于混合网络的网络载荷均衡方法，所述混合网络包括至少一个子网，所述方法包括步骤：

第一子网测量或统计本网络中的载荷信息，将载荷参量映射为相应的决定网络覆盖范围的功率的功率调整步长；

将包括映射的所述功率调整步长以及如何调整所述功率的功率调整指示信息发送到第二子网；

第二子网根据从第一子网接收的所述功率调整指示信息，本子网的映射结果来决定是否要调整本子网的所述功率以及如何对本子网的所述功率进行调整，以改变所述第二子网的覆盖范围。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括所述第二子网从所述功率调整指示信息中读取所述第一子网指示的功率调整步长ΔP_t，以及第二子网是增加还是降低所述功率的指示的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括在指示所述第二子网降低所述功率的情况下，在第二子网内发送包含调整后的所述功率的所述功率调整信息，并在等待一定时间T_w后，将第二子网的所述功率调整为当前功率减去ΔP_t与最小允许功率P_{t_min}的较大值的步骤。

4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括在指示第二子网增加所述功率的情况下，所述第二子网根据第二子网自身的载荷状况，获得第二子网自身的功率调整步长ΔP′_t，以及根据自身载荷状况映射的结果和第一子网指示的调整信息综合判断的结果来确定如何调整所述功率的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二子网自身的功率调整步长ΔP′_t是预先设定或考虑本子网的载荷状况动态进行的映射。

6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括考虑所述第二子网自身的载荷状况，结合所述第一子网指示所述第二子网增加的所述功率，判断需要降低还是增加第二子网的所述功率。

7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在判断所述第二子网需要降低所述功率的情况下，所述第二子网在所述第二子网内发送包含调整后的所述功率的功率调整信息，并在等待一定时间T_w后，将所述第二子网覆盖范围内的所述功率调整为当前功率减去第二子网自身的功率调整步长ΔP′_t与最小允许功率P_{t_min}的较大值的步骤。

8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在判断所述第二子网不需要降低所述功率的情况下，所述第二子网将所述第二子网覆盖范围内的所述功率调整为当前功率加上ΔP_t与最大允许功率P_{t_max}的较小值。

9.根据权利要求4至8中的任何一项所述的方法，其中所述载荷状况包括本子网的信道繁忙程度，或者是否能够满足服务质量要求。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对载荷参量进行量化的步骤。

11.根据权利要求1所述的方法，其中在把载荷参量映射为相应的功率调整步长的处理中，子网的载荷越高或者越低、服务质量越差或者越好，其对应的功率调整步长就越长。

12.根据权利要求1所述的方法，其中在第一子网中，当载荷较高或者服务质量较差时，指示第二子网增加所述功率，而当在第一子网中载荷较轻或者服务质量远好于要求的服务质量时，指示第二子网降低所述功率。

13.根据权利要求1所述的方法，其中在第二子网中，当第二子网中的载荷较高或者服务质量较差时，降低第二子网自身的所述功率，而当第二子网中的载荷较轻或者服务质量远好于要求的服务质量时，增加第二子网自身的所述功率。

14.一种用于混合网络的网络载荷均衡装置，所述混合网络包括至少一个子网，所述装置包括：

载荷状态决定单元，用于测量或统计作为第一子网的本网络中的载荷信息；

映射单元，用于把所述载荷状态决定单元测量或统计的载荷参量映射为相应的决定网络覆盖范围的功率的功率调整步长；

多级功率调整指示和调整单元，用于决定如何调整所述功率，把包括映射的所述功率调整步长以及如何调整所述功率的功率调整指示信息发送到其它，以及从其它子网接收的所述功率调整指示信息，本子网的映射结果来决定是否要调整本子网的所述功率以及如何对本子网的所述功率进行调整，以改变本子网的覆盖范围。

15.根据权利要求14所述的网络载荷均衡装置，其中所述映射单元把所述载荷状态决定单元的载荷参量映射为相应的功率调整步长，载荷越高或者越低、服务质量越差或者越好，其对应的功率调整步长就越长。

16.根据权利要求14所述的网络载荷均衡装置，其中所述映射单元预先设定映射关系，或者根据本子网的载荷状况动态地进行映射，从而使调整后的所述功率能够使得本子网与其它子网之间实现载荷均衡，而使其它子网达到本子网的门限载荷。

17.一种用于混合网络的网络载荷均衡方法，所述混合网络包括至少一个子网，所述至少一个子网连接到混合网络，所述方法包括步骤：

测量或统计经由混合网络的业务载荷及其服务质量需求；

接收所述至少一个子网反馈的载荷信息，并根据反馈的所述载荷信息以及测量或统计的所述业务载荷决定把载荷分别通过哪个子网进行传输；

根据所述决定的结果，在每个子网内分别把载荷参量映射为相应的决定网络覆盖范围的功率的功率调整步长；

将包括映射的功率调整步长以及如何调整所述功率的功率调整指示信息发送到所述至少一个子网；

所述至少一个子网根据从混合网络接收的功率调整指示信息，本子网的映射结果来决定是否要调整本子网的功率以及如何对本子网的所述功率进行调整，以改变本子网的覆盖范围。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括所述至少一个子网从功率调整指示信息中读取所述混合网络指示的功率调整步长ΔP_t，以及至少一个子网是增加还是降低所述功率的指示的步骤。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括在指示所述至少一个子网降低所述功率的情况下，在所述至少一个子网内发送包含调整后的所述功率的功率调整信息，并在等待一定时间T_w后，将所述至少一个子网的功率调整为当前功率减去ΔP_t与最小允许功率P_{t_min}的较大值的步骤。

20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括在指示所述至少一个子网增加功率的情况下，所述至少一个子网根据所述至少一个子网自身的载荷状况，获得所述至少一个子网自身的功率调整步长ΔP′_t以及如何调整所述功率的步骤。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述至少一个子网自身的所述功率调整步长ΔP′_t是预先设定或考虑本子网的载荷状况动态进行的映射。

22.根据权利要求20所述的方法，进一步包括考虑所述至少一个子网自身的载荷状况，判断需要降低还是增加其它子网的所述功率的步骤。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括在判断所述至少一个子网需要降低功率的情况下，所述至少一个子网在所述至少一个子网内发送包含调整后的所述功率的功率调整信息，并在等待一定时间T_w后，将所述至少一个子网覆盖范围内的所述功率调整为当前功率减去所述至少一个子网自身的功率调整步长ΔP′_t与最小允许功率P_{t_min}的较大值的步骤。

24.根据权利要求22所述的方法，进一步包括在判断所述至少一个子网不需要降低所述功率的情况下，所述至少一个子网将所述至少一个子网覆盖范围内的所述功率调整为当前功率加上ΔP_t与最大允许功率P_{t_max}的较小值。

25.根据权利要求22所述的方法，其中当一个子网的载荷较高或者服务质量较差时，指示降低该子网的所述功率，或/和增加周围的其他子网的所述功率，而当所述一个子网的载荷较轻并且服务质量远好于要求的服务质量时，指示所述一个子网增加所述功率，或/和降低周围的其他子网的所述功率。

26.根据权利要求20至25中的任何一项所述的方法，其中所述载荷状况包括本子网的信道繁忙程度，或者是否能够满足服务质量要求。

27.根据权利要求17所述的方法，进一步包括对载荷参量进行量化的步骤。

28.根据权利要求17所述的方法，其中在把载荷参量映射为相应的所述功率调整步长的处理中，子网的载荷越高或者越低、服务质量越差或者越好，其对应的功率调整步长就越长。

29.一种用于混合网络的网络载荷均衡装置，所述混合网络包括至少一个子网，所述至少一个子网连接到混合网络，所述包括：

载荷反馈单元，用于把本子网的载荷信息传送给混合网络；

映射单元，用于把所述载荷状态决定单元测量或统计的载荷参量映射为相应的决定网络覆盖范围的功率的功率调整步长；

多级功率调整单元，用于决定如何调整所述功率，以及根据所述至少一个子网接收的功率调整指示信息，所述子网自身的映射结果来决定是否要调整其它子网的所述功率以及如何对所述其它子网的所述功率进行调整，以改变所述其它子网的覆盖范围；和

网络载荷控制器，用于控制经由混合网络的所有业务，并根据各子网的载荷状况及其服务质量控制各子网的覆盖范围，从而将这些业务分配到各子网。

30.根据权利要求29所述的网络载荷均衡装置，其中所述映射单元把所述载荷状态决定单元的载荷参量映射为相应的功率调整步长，载荷越高或者越低、服务质量越差或者越好，其对应的功率调整步长就越长。

31.根据权利要求29所述的网络载荷均衡装置，其中所述映射单元预先设定映射关系，或者根据本子网的载荷状况动态地进行映射，从而使调整后的所述功率能够使得本子网与其它子网之间实现载荷均衡，而使所述其它子网达到本子网的门限载荷。

32.根据权利要求29所述的网络载荷均衡装置，其中所述网络载荷控制器包括：

网络载荷状态决定单元，用于测量或统计经由互联网的业务载荷及其服务质量；

网络载荷处理和分配单元，用于处理各个子网反馈的载荷信息、或/和服务质量信息，并根据反馈的所述载荷信息以及所述业务载荷决定把业务载荷分别通过哪个子网进行传输；

网络映射单元，根据所述网络载荷处理和分配单元的处理结果在每个子网内分别把载荷参量映射为相应的功率调整步长；

网络功率调整指示单元，用于把指示功率调整步长以及如何调整的功率调整指示信息分别送入各子网。

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