CN101459931B - 一种核心网节点之间实现负荷分担的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核心网节点之间实现负荷分担的方法，无线网络节点为每个核心网节点设置权重，并根据各核心网节点的权重为用户终端选择核心网节点，其中，无线网络节点将每个核心网节点的初始权重值设置为定值；当某个核心网节点的负荷发生变化后，通知无线网络节点，无线网络节点根据该核心网节点的通知调整其权重，以实现核心网节点之间的负荷分担。采用本发明方法，eNodeB能够根据对应MME的剩余处理能力来动态调整权重值，从而使得MME区域池内所有的MME的负荷接近于平均值。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种核心网节点之间实现负荷分担的方法。
背景技术
在Release 5以前的UMTS(Universal Mobile TelecommunicationsSystem，通用移动通信系统)系统中，一个RAN(Radio Access Network，无线接入网络)节点只允许连接到一个CN(Core Network，核心网络)节点，其缺点是：当一个RNC(Radio Network Controller，无线网络控制器)的容量相对于SGSN(Serving GPRS Support Node，服务GPRS支持节点)超出很多时，会导致明显的RNC硬件资源浪费；另外，考虑网络的信令流量，由于一个网络中有许多SGSN，UE(User Equipment，用户终端)移动的时候会出现大量的SGSN之间的注册更新消息，与此相关的SGSN间的更新导致在核心网额外的信令开销和无线接口的信令开销。
为此，Release 5中引入了IuFlex功能，如图1所示：一个RNC允许连接到SGSN Pool Area(SGSN区域池)内所有的SGSN节点(SGSN1，SGSN2，…，SGSNn)。在UE第一次在该池中注册的时候，接入的RNC根据负荷分担的原则选择一个SGSN，并将注册请求路由到该SGSN，从而保证池内SGSN的负荷均衡，并且相对于没有IuFlex的情况，提高了RNC的硬件的使用效率。当用户在该池中移动并发起路由区(Routing Area)更新的时候，由于该池中任何RNC都能够连接到原来用户注册的SGSN，RNC根据UE提供的SGSN选择信息，将路由区更新转发到第一次注册的SGSN，从而保证SGSN不发生改变，减少核心网的信令开销。
在Release 8中引入了EPS(Evolved Packet System，演进分组系统)系统，该系统中利用了和IuFlex类似的技术，由于无线节点eNodeB(EvolvedNodeB，基站)和核心网节点MME(Mobility Management Element，移动管理节点)之间的接口是S1-MME，因此该技术被称为S1-MME Flex技术。该技术如图2所示：一个eNodeB允许连接到MME Pool Area(MME区域池)内所有的MME节点(MME1，MME2，…，MMEn)。同样的，eNodeB需要对初次接入本MME Pool Area的用户根据负荷分担的原则选择MME。当用户在该池中移动的时候，eNodeB根据UE提供的MME选择信息，需要将跟踪区(Tracking Area)更新请求路由到第一次注册的MME。
UE在Pool Area中发起位置更新，无线网络进行核心网节点选择的过程如图3所示。
步骤301，UE开机注册，或者发现当前的跟踪区或者路由区没有登记，于是向当前无线网络系统(对于UMTS是RNC，对于EPS是eNodeB)发起注册请求或者位置更新请求(对于UMTS系统是路由区更新请求，对于EPS系统是跟踪区更新请求)；
步骤302，无线网络系统获取UE带上来的核心网节点选择信息(已注册的核心网节点信息)；
步骤303，如果无线网络系统发现UE没有带上来核心网节点选择信息，说明这是UE第一次注册，于是执行步骤307；否则执行步骤304；
步骤304，如果无线网络系统发现UE带上来了核心网节点选择信息，则判断该选择信息能否匹配该Pool Area中的CN节点，如果不能匹配，则说明是UE第一次进入该Pool Area，执行步骤307；否则执行步骤305；
步骤305，如果无线网络系统发现匹配的CN节点离线了，则执行步骤307；否则执行步骤306；
步骤306，无线网络系统选择所匹配的CN节点；
步骤307，无线网络系统执行负荷均衡的选择算法，选择CN节点。
下面我们考虑无线网络系统中的CN节点选择是如何做到CN节点之间负荷均衡的。
以EPS系统Pool Area中的一个eNodeB为例，eNodeB中为每个相连的MME都设立了一个权重值，比如对MME(i)设立了权重值Weight(i)。当需要选择一个MME的时候，eNodeB根据该权重值，选择一个MME。一种选择算法如下：
比如池中有3个MME，业务容量分别为20万，30万和50万，根据这个处理能力设置权重值分别为MMEWeight1＝2，MMEWeight2＝3，MMEWeight3＝5。根据这个权重，设置一个CN节点资源池为{MME1，MME1，MME2，MME2，MME2，MME3，MME3，MME3，MME3，MME3}，其中MME1、MME2、MME3的资源种子数分别为2，3，5。当eNodeB需要选择MME的时候，就在该资源池中任意选择，这样MME1、MME2和MME3被选中的几率分别为20％、30％、50％。
由于该权重值的设置和MME的业务容量是成正比的，因此可以保证MME被选中的几率和该MME业务容量是成正比的：业务容量高的MME被选中的几率高，而业务容量低的MME被选中的几率低。这样就能保证在不同MME之间实现容量上的负荷均衡。
该方案中MMEWeight的值是根据该MME的容量占该池中所有MME的容量总和的比例来确定的，这样eNodeB在设置每个MME的权重的时候，必须要知道该池中所有MME的容量。当一个核心网节点业务容量变化的时候，比如减少一块单板或者增加一块单板，eNodeB需要及时调整所有核心网节点的权重值，显得不够灵活；而且仅仅根据容量来确定权重也是不可靠的，比如有的时候虽然MME的剩余容量还有很多，但是CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)占用率却已经很高了，这时上述静态配置权重的方法就不太适用了。
现有技术中MME的权重是根据MME的容量来静态配置的，存在的问题是，无法根据MME的实际负荷灵活地调整MME的权重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种核心网节点之间实现负荷分担的方法，其中核心网节点的权重值能够依据MME负荷动态调整，使得池内所有MME的负荷接近于平均值。
为了解决上述问题，本发明提供了一种核心网节点之间实现负荷分担的方法，无线网络节点为每个核心网节点设置权重，并根据各核心网节点的权重为用户终端选择核心网节点，其中，
无线网络节点将每个核心网节点的初始权重值设置为定值；
当某个核心网节点的负荷发生变化后，通知无线网络节点，无线网络节点根据该核心网节点的通知调整其权重，以实现核心网节点之间的负荷分担。
进一步的，所述核心网节点的负荷包括该核心网节点的内存使用率或CPU占用率。
进一步的，当某个核心网节点的负荷增加达到设定阈值后，向无线网络节点发送通知消息，无线网络节点减少该核心网节点的权重；
当某个核心网节点的负荷减少达到设定阈值后，向无线网络节点发送通知消息，无线网络节点增加该核心网节点的权重。
进一步的，核心网节点决定其权重的修改，向无线网络节点发送通知消息，所述通知消息中包括无线网络节点调整其权重的请求。
进一步的，核心网节点向无线网络节点发送的所述通知消息中包括该核心网节点的负荷信息，无线网络节点根据所述负荷信息决定所述核心网节点权重的修改。
进一步的，所述核心网节点的负荷信息为该核心网节点目前已经达到的负荷信息，或者该核心网节点目前剩余的负荷信息。
进一步的，当所述核心网节点的负荷能力发生变化后，通知无线网络，无线网络根据所述通知调整所述核心网节点的权重；
所述负荷能力包括所述核心网节点的物理容量或CPU处理能力。
进一步的，当所述核心网节点增加其物理容量或者CPU处理能力之后，无线网络节点增加所述核心网节点的权重，当所述核心网节点减少其物理容量或者CPU处理能力之后，无线网络节点降低所述核心网节点的权重。
进一步的，当核心网节点的负荷增加达到临界阈值时，核心网节点通知无线网络节点，无线网络节点拒绝用户的其他业务，仅处理到该核心网节点的紧急呼叫请求。
进一步的，新增加核心网节点时，无线网络节点将新增加的核心网节点的权重设置为最大值；
当某个核心网节点被删除后，无线网络节点将该被删除的核心网节点的权重设置为0。
本发明提出的负荷分担方法，eNodeB能够根据对应MME的剩余处理能力来动态调整权重值，从而使得池内所有的MME的负荷接近于平均值；该方法不仅考虑了MME的内存使用率，还可以考虑MME的CPU处理能力等其他因素。这样在增加MME或者删除MME的时候，尤为便捷。
附图说明
图1是现有技术中Iu Flex的的架构图；
图2是现有技术中S1-MME Flex的的架构图；
图3是现有技术中无线网络系统选择核心网节点的流程示意图；
图4是本发明实施例的核心网节点之间实现负荷分担的流程示意图；
图5是本发明实施例中当MME负荷改变时，通知所有eNodeB进行权重调整的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
图4是本发明实施例的核心网节点之间实现负荷分担的流程示意图，主要步骤如下：
步骤401，eNodeB进行上电初始化；
步骤402，eNodeB进入等待消息状态；
步骤403，如果eNodeB发现到一个MMEi的S1 SCTP(Stream ControlTransmission Protocol，流控制传输协议)连接建立成功之后，则进入步骤404；
步骤404，eNodeB将到该MME(i)的MMEWeight(i)权重设为最大值，比如10，表示该MME(i)的剩余处理能力为100％，之后，转入步骤402；
通过上述步骤，当池中所有MME和eNodeB都上电，并且没有用户接入的时候，每个eNodeB上，每个MME的权重值都为最大值10，这样，eNodeB后续会将用户平均分配到每个MME上去。
步骤405，如果eNodeB收到MME(i)的权重调整请求，则进入步骤406；
步骤406，eNodeB将对该MME(i)的MMEWeight(i)权重进行调整，调整之后，转入步骤402；
步骤407，如果eNodeB发现到一个MMEi的S1 SCTP连接被删除之后，则进入步骤408；
步骤408，eNodeB将到该MME(i)的MMEWeight(i)权重设为0，之后，转入步骤402，这样eNodeB将不再将后续任何业务路由到该MME上去。
其中，步骤406中对MME权重的具体调整过程请参见图5，图5说明了当MME负荷发生变化时，通过发送权重修改通知消息通知eNodeB该MME的权重进行修改或调整：
步骤501，MME通知和该MME相连的池内所有eNodeB进行权重调整。
上述权重修改通知消息并不一定是定时发送的，而是当MME的负荷到达设定阈值的时候，才通知和该MME相连的所有eNodeB调整权重。这个设定阈值是运营商可以配置的，比如当负荷改变到达10％的倍数的时候才发起权重修改通知消息。
权重修改通知消息中带有该MME的负荷信息(如该MME当前的负荷信息)，eNodeB根据该MME的负荷信息，对该MME的权重进行修改。例如，当MME通知eNodeB目前负荷已经到达10％，则eNodeB将到该MME的权重减少为9；当MME通知eNodeB目前负荷已经到达20％，则eNodeB将到该MME的权重减少为8；以此类推。MME向eNodeB发送的负荷信息既可以是MME目前已经达到的负荷信息，也可以是MME目前剩余的负荷信息。
当然，MME也可以根据自己的负荷决定其权重的增加或者减少，这时，通知消息中就带有eNodeB对权重进行修改的请求。eNodeB收到该通知消息之后，直接按照该请求进行增加或者减少该MME的权重。
当MME负荷升高的时候，eNodeB中将权重减少的好处是使得eNodeB将后续接入的用户尽可能的选择到其他权重较高(相对应的负荷较低)的MME。这样可以使得整个池中的所有MME达到相同的负荷，从而达到负荷的均衡分担。
由于负荷信息是MME自己定义的，因此，可以考虑的因素可以不仅仅是MME的内存使用率，同时也可以考虑MME的CPU处理能力等其他因素，综合确定该MME的负荷信息。另外该负荷信息只和本MME相关，不需要参考其他MME的负荷信息，因此减少了运营商配置的复杂性。
当MME的负荷能力增加后，例如MME增加物理容量或者CPU处理能力之后，可以通知eNodeB增加该MME的权重，这样可以吸引更多的用户注册到该MME，而对其他MME的权重没有任何影响。同样的，当MME删除部分容量或者处理能力的时候，MME可以根据自己目前的总的容量或者处理能力，通知eNodeB减少权重，以减少用户注册到该MME中。
运营商还可以通过配置，使得MME的负荷超过一定临界阀值时，将拒绝接受新的用户接入该MME。这时，MME通知eNodeB将MMEWeight改小，比如只要将该MME向eNodeB发起的权重修改通知消息中的负荷信息设为90％，或者将剩余负荷信息设为10％，eNodeB收到之后，会将该MME的权重设为1。对于新进入该池的用户，因为相比池中其他MME，该MME的权重非常小，eNodeB选择该MME的概率会很低；同时，对于在该池中已经注册的用户，eNodeB根据UE发上来的CN节点选择信息，选择了该MME之后，如果判断是到该MME的Attach(附着)、TAU(Tracking AreaUpdate，跟踪区更新)以及非紧急呼叫的Service Request(服务请求)，则直接拒绝。Service Request的另外一种拒绝方式是eNodeB把消息发送到MME，由MME拒绝。对于紧急呼叫的Service Request，则可以继续处理。这样可以减少该MME的负荷，当MME的负荷降低的时候，MME又可以通知eNodeB增加该MME的权值，这样该MME就可以收到用户请求了。
当池中某个MME的负荷超重的时候，通常整个池中所有MME的负荷都会很高，这种情况下，显然该池中的所有MME都是不适于再增加新的用户接入的。
当池中所有MME的负荷都很高的时候，运营商可以通过以下方式新增一个MME，并最终达到整个池中负荷均衡：当运营商决定需要新增一个MME来处理新增的用户时，在eNodeB和该新增MME建立S1的SCTP连接之后，eNodeB将该新增MME的权重MMEWeight设为最大值10。eNodeB在为新接入用户选择MME的时候，优先选择权重大的MME，因此该新增的MME被选中的概率最大。
当该新增MME的负荷达到了10％，MME于是通知eNodeB进行第一次权重调整。该池中所有eNodeB收到权重调整消息之后，将该新增MME的权重调整为9。
当该新增MME的负荷进一步升高，相应的在eNodeB中的权重将进一步下降，被eNodeB选中的概率也进一步下降。当然，这段时间中池中其他MME也可能被选中，但是由于该新增MME的权重比其他MME的权重都大，因此被选中的概率仍然比其他的MME都大。
当新增MME的负荷逐渐接近其他的MME的时候，该新增MME的权重也逐渐接近该池中其他MME权重，结果是eNodeB将在这些MME中平均选择，于是实现了池内所有MME的负荷分担，并且能够做到池内所有的MME的负荷接近于平均值。
应该理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明说明本发明的技术方案，并非用来限定本发明的实施范围；另外，本发明还可有其他实施例，熟悉本领域的技术人员凡是依本发明的技术方案所做出各种修改或者替换，在不背离本发明技术方案的精神及其实质的情况下，都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种核心网节点之间实现负荷分担的方法，无线网络节点为每个核心网节点设置权重，并根据各核心网节点的权重为用户终端选择核心网节点，其特征在于，
无线网络节点将每个核心网节点的初始权重值设置为定值；
当某个核心网节点的负荷发生变化后，通知无线网络节点，无线网络节点根据该核心网节点的通知调整其权重，以实现核心网节点之间的负荷分担。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述核心网节点的负荷包括该核心网节点的内存使用率或CPU占用率。
3.如权利要求1、或2所述的方法，其特征在于，
当某个核心网节点的负荷增加达到设定阈值后，向无线网络节点发送通知消息，无线网络节点减少该核心网节点的权重；
当某个核心网节点的负荷减少达到设定阈值后，向无线网络节点发送通知消息，无线网络节点增加该核心网节点的权重。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
核心网节点决定其权重的修改，向无线网络节点发送通知消息，所述通知消息中包括无线网络节点调整其权重的请求。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
核心网节点向无线网络节点发送的所述通知消息中包括该核心网节点的负荷信息，无线网络节点根据所述负荷信息决定所述核心网节点权重的修改。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述核心网节点的负荷信息为该核心网节点目前已经达到的负荷信息，或者该核心网节点目前剩余的负荷信息。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
当某个核心网节点的负荷能力发生变化后，通知无线网络节点，无线网络节点根据所述通知调整所述核心网节点的权重；
所述负荷能力包括所述核心网节点的物理容量或CPU处理能力。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
当某个核心网节点增加其物理容量或者CPU处理能力之后，无线网络节点增加所述核心网节点的权重，当某个核心网节点减少其物理容量或者CPU处理能力之后，无线网络节点降低所述核心网节点的权重。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
当核心网节点的负荷增加达到临界阈值时，核心网节点通知无线网络节点，无线网络节点拒绝用户到该核心网节点的其他业务，仅处理到该核心网节点的紧急呼叫请求。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
新增加核心网节点时，无线网络节点将新增加的核心网节点的权重设置为最大值；
当某个核心网节点被删除后，无线网络节点将该被删除的核心网节点的权重设置为0。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Effective date of registration: 20190124 Address after: Delaware Patentee after: Open Invention Network Co.,Ltd. Address before: 518057 Department of law, Zhongxing building, South hi tech Industrial Park, Nanshan District hi tech Industrial Park, Guangdong, Shenzhen Patentee before: ZTE Corp. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20110316 |