CN102196498B

CN102196498B - 一种高速载波负载调配方法

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Publication number: CN102196498B
Application number: CN201010125008.2A
Authority: CN
Inventors: 蔡春雷; 申志坚; 宋建霞; 张力强
Original assignee: TD Tech Ltd
Current assignee: TD Tech Ltd
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-03-12
Also published as: CN102196498A

Abstract

本发明提供了一种高速(HS)载波负载调配方法，针对具有多个HS载波的小区，综合考虑用户流量、载波流量和载波的在线用户数，根据这些参数进行负载均衡的调整，从而可以达到有效提高网络容量、提升用户感受度的目的。

Description

一种高速载波负载调配方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统中的负载均衡技术，特别是涉及一种高速(HS)载波负载调配方法。

背景技术

目前，HS业务具有共享数据信道(HS-PDSCH/E-PUCH)的特点，即对于同一载波上的HS用户，在空口使用的是一条公共的带宽有限的通道。当有用户空闲时其资源就可以释放给进行业务的用户，当多个用户都进行业务时，就使用调度算法控制每个用户的流量，达到多用户同时进行业务，共享有限带宽的目的。

随着TD技术的发展和用户的增加，HS载波的数量越来越多，当前系统，HS载波间资源是不能共享的，而用户进行怎样的业务是非常随机的。这种情况下，系统会出现将几个进行大业务的用户集中在某个载波，这样，由于资源受限，导致该载波上的业务速率很慢，而另一些载波上则可能出现用户数据流量需求较少，资源空闲的情况。因此，需要提出一种负载调配方法，以解决上述问题。目前，已提出的负载调配方法主要有两种。

一种是基于用户数的负载调配，该方法通过判断各载波上的用户数来确定是否进行负载调整和新用户的接入，通过使各载波上的用户数保持在合理的范围内，来达到均衡网络负载的目的。由于实际应用中，不同用户的业务流量开销差异很大，有可能会出现，一个用户的业务流量开销大于多个用户的业务流量开销之和。因此，用户数量的均衡并不意味着负载的均衡。这样，采用基于用户数的负载调配方法会导致负载不均衡的问题。例如，对于两个HS载波的场景，A载波有三个用户都在做文字的QQ聊天，B载波有1个用户但是在做FTP下大文件，此时，如果有新用户接入，则按照基于用户数的负载调配方法，则会将新用户接入到用户数量小但是流量大的载波B上，而这将会导致B载波的流量负荷过高，而A载波流量负荷过低。

另一种是基于业务类型的负载调配，该方法通过分析各载波上的业务类型，来判断是否进行负载调整，通过使各载波在业务类型上保持均衡，来达到均衡网络负载的目的。由于实际应用中，同一业务类型的不同业务可能使用的流量差别很大，例如，同属于HTTP业务的文件下载业务和网页浏览业务在流量的开销上有着明显的差异。这样，将会导致该方法在某些负载不均衡的情况下不进行任何调整操作。例如，对于场景：A载波有2个用户都在HTTP下载数据，B载波有2个用户都在做HTTP浏览网页，在该场景下，采用基于业务类型的负载调配方法将不会做任何调整，而实际上A载波上的流量要明显大于B载波上的流量，也就是说，此场景下两载波上的负载是不均衡的，需要进行相应的均衡调整。

由此可见，现有的负载调配方法不能有效地实现负载均衡。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高速载波负载调配方法，该方法能有效实现负载均衡，提高网络容量。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种高速载波负载调配方法，该方法包括以下步骤：

a、在每个预设的负载调整周期，无线网络控制器(RNC)确定当前预设时间段内各在线用户的业务量，根据所述各在线用户的业务量和所述各在线用户所在的载波，确定当前所述时间段内各载波的流量；

b、判断是否存在所述流量大于预设最大流量阈值的载波，如果是，则执行步骤c，否则退出当前负载调整周期的负载调配流程；

c、判断是否存在所述流量小于预设最小流量阈值的载波，如果是，则执行步骤d，否则，执行步骤f；

d、从所述流量小于所述最小流量阈值的载波中，选择所述流量最小的载波作为调入载波C_入；

e、判断所述流量大于所述最大流量阈值的载波中是否存在能获得满足预设增益条件的载波，如果不存在，则执行步骤f，如果存在，则从所述满足预设增益条件的载波中，选择所述流量最大的载波作为调出载波，并选择所述调出载波上满足所述增益条件的最大所述业务量的用户作为调整用户，执行步骤I，

所述增益条件为T_入+T_UE+AG＜T_出，其中，T_入为所述载波C_入的所述流量，T_出为所述流量大于所述最大流量阈值的任一载波C_出的所述流量，T_UE为载波C _出上的一个用户的所述业务量，AG为预设的增益阈值；

f、判断是否存在所述流量小于所述最大流量阈值且当前在线用户数小于预设的最少用户阈值的载波，如果存在，则在所述流量小于所述最大流量阈值且当前在线用户数小于预设的最少用户阈值的载波中，选择当前在线用户数最小的载波作为调入载波，否则，退出当前负载调整周期的负载调配流程；

g、判断是否存在所述流量大于所述最大流量阈值且当前在线用户数大于预设的最多用户阈值的载波，如果存在，则执行步骤h，否则，退出当前负载调整周期的负载调配流程；

h、从所述流量大于所述最大流量阈值且当前在线用户数大于所述最多用户阈值的载波中，选择所述流量最大的载波作为调出载波，并从该调出载波中选择所述业务量最小的用户作为调整用户；

I、所述RNC发起所述调整用户的无线资源重配流程，将所述调整用户从所述调出载波调整到所述调入载波。

综上所述，本发明提出的方法，针对具有多个HS载波的小区，综合考虑用户流量、载波流量和载波的在线用户数，根据这些参数进行负载均衡的调整，从而可以达到有效提高网络容量、提升用户感受度的目的。

附图说明

图1为本发明实施例一的流程图；

图2为图1中步骤105～106的流程图。

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。

在实际应用中，如果多个资源完全独立，则网络的总容量为各资源的容量单独计算后再相加所得到的容量；如果多个资源可以共享的话，则网络的总容量是所有资源和的容量，这个容量要比各独立部分的容量和大的多。例如，在GoS＝10％的情况下，如果存在3个独立的信道，则通过查表可知每个信道能够支持0.11Erl的业务，共支持0.33Erl的业务；而如果存在3个共享的信道，则通过查表可知这3个共享的信道可以支持1.27Erl的业务。下面可通过对一示例场景中三种不同情况下的用户速率、载波利用率、载波平均速率等指标的分析，对上述规律做进一步的说明。

示例场景为：一个小区的HSDPA载波，有三个时隙的HS-PDSCH，假定当前空口条件下载频平均速率1Mbps。在某个时间段，有4个用户接入，其中用户1和用户2进行的是数据下载业务下载文件100MB，用户3进行的是带宽为64kpbs的流媒体业务，用户4进行的是浏览网页的交互类业务。假设该用户打开的网页为100KB，每各1分钟打开一个网页(忽略非打开网页时间段的流量)。

情况1：

情况1为最理想的情况，即该小区有4个以上的HS载波，上述用户各自占用一个载波。该情况下：

用户1、用户2下载文件所需要的时间为：100×8/1＝800s＝13.3分钟，平均速率为1000kbps；

用户3平均速率64kbps；

用户4打开网页的时间为：100*8/1000＝0.8s，平均速率100*8/(60+0.8)＝13kbps。

情况2：

如果该小区只有两个载波，小区的准入采用用户数负载均衡的策略，则每个载波都会安排两个用户，而哪两个用户在一起是随机的。用户1和用户2被安排在一个同载波，概率有50％。情况2中，用户1和用户2共享一个载波资源，平均速率为500kbps，该情况下：

用户1用户2下载文件的时间为：100×8/0.5＝1600s＝26.7分钟，与情况1相比，业务速率降低50％；

用户3：由于优先级较高业务速率不受影响；

用户4打开网页的时间为100*8/(1000-64)＝0.855s，与情况1相比，业务速率降低了6.4％；平均速率100*8/(60+0.855)＝13kbps。

情况3：

情况3中用户1和用户2被安排在了不同载波，这种概率有50％，这种情况下，在优先级较高的用户3和用户4进行业务时，优先级较低的用户1和用户2会降速。在情况3下：

用户1：下载文件的时间为100×8/(1-0.064)＝855s，业务速率降低了6.4％；

用户2：下载文件的时间为100×8/(1-0.013)＝811，业务速率降低了1％；

用户3：速率不变化；

用户4：如果系统设置交换类优先级大于背景类，打开网页的速率仍然为0.8s；如果交换类和背景类优先级相同，打开网页的速率仍然为1.6s；该用户的平均速率100*8/(60)＝13kbps；

综上所述，各用户在上述三种情况下进行业务时的速率如表1所示：

场景	最理想情况	用户1、2同载波	用户1、2不同载波
				用户1	1Mbps	500kbps	936kbps
用户2	1Mbps	500kbps	987kbps
				用户3	64kbps	64kbps	64kbps

用户4	峰值1Mbps 平均值：13kbps	峰值936kbps 平均值：13kbps	峰值1Mbps/500kbps 平均值：13kbps
				业务期间载波平均速率	4载波 2.077Mbps	2载波 1.077Mbps	2载波 2Mbps
业务期间载波利用率	52％	54％	100％

表1

从表1中可以明显看出，用户1和用户2不同载波时用户的感受度要好很多，几乎和一个用户一个载波的情况相同。因此，在实际应用中应该降低将两个大业务用户分配在同一载波的概率，以实现流量负载的均匀分配。

基于此，本发明的核心思想是：针对具有多个HS载波的小区，将综合考虑用户流量、载波流量和载波的在线用户数，根据这些参数进行负载均衡的调整，从而可以达到有效提高网络容量、提升用户感受度的目的。

图1为本发明实施例一的流程图。如图1所示，该实施例一包括：

步骤101、在每个预设的负载调整周期，RNC确定当前预设时间段内各在线用户的业务量，根据所述各在线用户的业务量和所述各在线用户所在的载波，确定当前所述时间段内各载波的流量。

本步骤，用于获得当前一段时间内各在线用户的业务量和各载波的流量，以便在后续步骤中根据这些数据，综合考虑流量和用户数量进行负载的调整。

这里，所述负载调整周期，用于限定负载调整的间隔，其具体大小可由本领域人员根据实际需要确定，较佳地，可以取30s。

所述预设时间段，用于限定当前所确定的在线用户的业务量和载波流量的时间范围，即当前时间点之前的一段时间，该时间段大小可由本领域人员根据实际需要确定，需要从实现的复杂度和数据的准确性方面进行折衷，较佳地，可以取60s。

具体地，如何确定当前时间段内各在线用户的业务量为本领域人员所已知，在此不再赘述。

这里，通过分别累积各载波上当前在线用户的业务量即可得到各载波的当前流量。

步骤102、判断是否存在所述流量大于预设最大流量阈值的载波，如果是，则执行步骤103，否则退出当前负载调整周期的负载调配流程。

本步骤通过判断当前是否存在流量过大的载波，来确定当前负载调整周期内是否需要进行负载调整，即如果不存在流量过大的载波则即出当前负载调整周期的负载调配流程。

这里，所述最大流量阈值用于界定载波的流量是否过大，其具体大小可由本领域人员根据实际需要设定。

步骤103、判断是否存在所述流量小于预设最小流量阈值的载波，如果是，则执行步骤104，否则，执行步骤107。

本步骤，用于根据载波的流量判断是否存在可以调入的载波，如果没有可转入步骤107，通过从在线用户数量的角度判断是否存在可以调入的载波，以便从用户数量的角度考虑是否可以进行负载调整。

这里，最小流量阈值用于界定载波流量是否较少，如果一载波的流量小于该值则说明该载波可以进一步承载新的业务，同时不会对该载波上其他已有业务的速率有太大影响。最小流量阈值的具体值可由本领域人员根据实际需要设定。

步骤104、从所述流量小于所述最小流量阈值的载波中，选择所述流量最小的载波作为调入载波C_入。

本步骤，用于选择流量最小的载波作为当前调入载波，这样，调入载波是当前所有载波中空闲资源最多的载波，因此，可以最大程度减少由于负载的调整对调入载波已有业务的影响。

步骤105～106、判断所述流量大于所述最大流量阈值的载波中是否存在能获得满足预设增益条件的载波，如果不存在，则执行步骤107，如果存在，则从所述满足预设增益条件的载波中，选择所述流量最大的载波作为调出载波，并选择所述调出载波上满足所述增益条件的最大所述业务量的用户作为调整用户，执行步骤111，

所述增益条件为T_入+T_UE+AG＜T_出，其中，T_入为所述载波C_入的所述流量，T_出为所述流量大于所述最大流量阈值的任一载波C_出的所述流量，T_UE为载波C _出上的一个用户的所述业务量，AG为预设的增益阈值。

所述增益条件，用于从流量的角度判断是否存在可以获得增益的负载调整。

本步骤，用于选择能获得增益且流量最大的载波作为调出载波(即，将该载波上的一用户调出)，同时从该载波上选择能获得增益且业务量最大的用户作为调整用户，即在考虑获得增益的同时，优先选择流量大的载波上的大业务量的用户作为调整用户，这样可以最大程度地减少该流量大的载波上的流量，以获得较好的负载均衡效果。

这里，如果判定不存在上述能获得增益的载波，则说明从流量的角度选择调入、调出载波以及调整用户，无获得增益，因此，将转入步骤107，考虑从用户数量的角度进行负载调整。

AG用于设置期望的增益阈值，只有能达到该增益阈值时才进行负载调整。这样，如果AG的值过大，则会降低负载调整的概率，进而使本发明不能获得较好的负载均衡效果；而如果AG的值过小，则会导致出现频繁的负载调整，即出现乒乓效应。因此，AG的具体大小可由本领域人员根据实际需要综合考虑上述规律进行确定。

具体地，如图2所示步骤105～106的实现可以为：

步骤201、将所述流量大于所述最大流量阈值的载波按照流量进行排序，得到排序后的载波队列；

步骤202、从所述排序后的载波队列中，选择当前未被选择的所述流量最大的载波作为当前的候选调出载波，令T_出取值为该候选调出载波的所述流量；

步骤203、对所述候选调出载波上的在线用户按照所述业务量进行排序；

步骤204、从所述排序后的在线用户队列中，选择当前未被选择的所述业务量最大的用户作为当前的候选调出用户，令T_UE取值为该候选调出用户的所述业务量；

步骤205～208、判断T_入+T_UE+AG＜T_出是否成立，如果成立，则将所述候选调出载波作为所述调出载波，将所述候选调出用户作为所述调整用户，执行步骤111；否则，判断所述候选调出载波上是否存在未被选择的用户，如果存在，则转入执行步骤204，如果不存在，则判断所述载波队列中是否存在未被选择的载波，如果是，则转入执行步骤202，否则，执行步骤107。

步骤107～108、判断是否存在所述流量小于所述最大流量阈值且当前在线用户数小于预设的最少用户阈值的载波，如果存在，则在所述流量小于所述最大流量阈值且当前在线用户数小于预设的最少用户阈值的载波中，选择当前在线用户数最小的载波作为调入载波，否则，退出当前负载调整周期的负载调配流程。

本步骤，用于从用户数量的角度判断是否可以进行负载调整。这里，当判断出存在流量不是太高(即小于所述最大流量阈值)且当前在线用户数不是大多(即小于预设的最少用户阈值)的载波时，将选择其中的最小在线用户数的载波作为调入载波。接下来，将通过后续步骤选择可调出的载波。

而当判断出不存在上述载波时，则说明当前负载调整周期无法进行有效地负载调整，因此，将退出当前负载调整周期的负载调配流程。

步骤109、判断是否存在所述流量大于所述最大流量阈值且当前在线用户数大于预设的最多用户阈值的载波，如果存在，则执行步骤110，否则，退出当前负载调整周期的负载调配流程。

本步骤中，通过判断是否存在所述流量大于所述最大流量阈值且当前在线用户数大于预设的最多用户阈值的载波，确定是否存在从用户数量的角度需要调出用户的载波，如果存在，则通过后续步骤进行相应的负载调整，否则，说明从用户数量的角度不存在需要调出用户的载波，因此，直接退出当前负载调整周期的负载调配流程。

步骤110、从所述流量大于所述最大流量阈值且当前在线用户数大于所述最多用户阈值的载波中，选择所述流量最大的载波作为调出载波，并从该调出载波中选择所述业务量最小的用户作为调整用户。

本步骤，从流量大于最大流量阈值且当前在线用户数大于所述最多用户阈值的载波中，选择所述流量最大的载波作为调出载波，同时选择调出载波上业务量最小的用户作为调整用户，这样，可以缓解当前在线用户数较大且流量最大的载波上的负载，同时，对步骤107～108中所选择的调入载波上的用户影响较小，从而可以最大程度地获得负载均衡效果。

步骤111、所述RNC发起所述调整用户的无线资源重配流程，将所述调整用户从所述调出载波调整到所述调入载波。

本步骤用于根据上述步骤中所确定的调入、调出载波以及调整用户，发起发起所述调整用户的无线资源重配流程，将所述调整用户从所述调出载波调整到所述调入载波，具体实现方法为本领域人员所已知，在此不再赘述。

由此可见，本发明实施例一根据一段时间内在线用户的业务量、载波的流量和用户的数量，从流量和用户数量的角度，实现了HS载波的负载调配，并可以获得较好的负载均衡效果。下面通过表2和表3，将本发明实施例一与现有技术方案进行比较，对本发明在负载均衡方面的优势进行说明。

场景	基于用户数的负载均衡	合理性分析	本发明
				1：两个HS载波：A载波有2个用户都在做文字的 QQ聊天，B载波有2个用户都在做FTP下大文件；	不调整	B载波流量负荷过高用户感受下降，A载波流量负荷低，资源空闲	将1个FTP用户调整到A载波，将1个QQ用户调整到B载波
2：两个HS载波：A载波有三个用户都在做文字的 QQ聊天，B载波有1个用户但是在做FTP下大文件；有新用户接入。	将新用户接入到B载波	导致B载波的流量负荷过高，而A 载波流量负荷过低	将新用户接入到A载波
				3：两个HS载波：A，B载波都有两个用户，新用户接入到A载波，但之后，B 载波的用户下线，这样就出现了A载波有3个用户，而B载波空载。	调整用户到 B载波	如果A载波上的3 个用户多在做文字的QQ聊天，此时的调整只会带来网络负荷增加，不会有任何改善。	如果A载波的流量负荷高就调整，如果A载波流量负荷低就不调整

表2

表2为本发明与基于用户数的负载均衡算法的比较分析表。从表2中可以看出，本发明在很多场景下优于基于用户数量的载波均衡算法。

场景	基于服务类型的负载均衡	合理性分析	本发明
				Case4：两个HS载波：A 载波有两个FTP下载用户，数据源充足，空口质量好，两个互抢空口资源，速率不高；B载波有一个 FTP下载用户，但由于B 载波上的用户下载用的网络服务器受限速率很慢	不会做任何调整	B载波资源浪费	如果B载波流量非常低，则会调整一个A载波的用户到 B
Case5：两个HS载波：A 载波有两个FTP下载用户，数据源充足，空口质量好，两个互抢空口资源，速率不高；B载波有一个 FTP下载用户，但由于B 载波上的用户处在小区边缘，下载速率很低	不会做任何调整	B载波资源浪费	将A载波的用户调整到B载波，B载波的原用户速率可能会进一步下降，但A载波跳过来的用户速率会增加，小区流量会得到提升
				Case6：两个HS载波：A 载波有2个用户都在HTTP 下载数据，B载波有2个用户都在做HTTP浏览网页；	不会做任何调整	B载波资源浪费	调整一个A载波用户到B
Case7：两个HS载波：A 载波有2个用户都在HTTP 下载数据，B载波有2个用户都在做FTP下载；	调整B载波用户到A	调整不会带来增益	不调整。

表3

表3为本发明与基于服务类型的负载均衡算法的比较分析表。由表3中可以看出根据业务类型判断业务流量需求是非常不可靠的，而本发明在很多场景下优于基于业务类型载波均衡算法。

下面通过一示例场景对本发明的技术效果做进一步的说明。

场景：对于3个HS载波小区，单载波平均带宽按900kbps计算，忙时负载40％情况下，每载波平均速率为360kbps/忙时。

计算：如果希望每个用户保障300kbps的带宽，则每个载波可以同时有3个用户使用，相当于每载波3个300kbps的信道。每个载波承载的业务强度为360/300＝1.2Erl。

如果业务量和资源都不变，可以计算用户感受情况如下：

1)载波资源之间带宽不可以共享的小区：每个载波的承载1.2Erl，每个载波信道数为3，则阻塞率GoS＝ErlangB(1.2，3)＝9％，即有9％的情况出现一个载波同时进行下载的用户数大于3个的情况，此时不能满足用户300kbps保障速率的希望。

2)进行载波间流量负载调整，载波资源之间带宽可以共享的小区：每个载波的负载1.2Erl，小区负载为3.6Erl，每个小区信道数为3*3＝9，则阻塞率GoS＝ErlangB(3.6，9)＝0.78％，即有只有0.78％的情况不能满足保障用户300kbps保障速率的希望。

3)在相同资源和业务量的情况下，用户感受度提高了(9％-0.78％)/9％＝91％，

如果对网络容量的用户感受要求是：用户不能达到300kbps的速率情况小于9％，则：

1)不能进行载波间流量共享的小区，ErlangB(载波容量，3)＝9％，载波容量＝1.2Erl，小区容量为1.2*3＝3.6Erl，即小区可以承载的平均流量为：3.6*300＝1080kbps；

2)对于能够进行载波共享的小区ErlangB(小区容量，9)＝9％，小区容量＝6.33Erl；即小区可以承载的平均流量为：6.33*300＝1899kbps；

3)在保障相同用户感受的情况下，系统容量提升：(1899-1080)/1080＝76％。

由此可见，本发明可以有效提高网络资源利用效率，均衡载波流量。实现小区内HS载波流量资源的共享可以在资源不变的情况下提高用户的感受度，或者，可以在用户感受度要求一定的情况下增加网络容量。在用户较大的多载波网络(如：A+B+C的网络)中效果会更加明显，本发明可以有效缩小WCDMA用户和TD-SCDMA用户的业务体验的差距。

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

1.一种高速HS载波负载调配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a、在每个预设的负载调整周期，无线网络控制器RNC确定当前预设时间段内各在线用户的业务量，根据所述各在线用户的业务量和所述各在线用户所在的载波，确定当前所述时间段内各载波的流量；

所述增益条件为T_入＋T_UE+AG<T_出，其中，T_入为所述载波C_入的所述流量，T_出为所述流量大于所述最大流量阈值的任一载波的所述流量，T_UE为载波C_出上的一个用户的所述业务量，AG为预设的增益阈值；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤e包括：

e1、将所述流量大于所述最大流量阈值的载波按照流量进行排序，得到排序后的载波队列；

e2、从所述排序后的载波队列中，选择当前未被选择的所述流量最大的载波作为当前的候选调出载波，令T_出为该候选调出载波的所述流量；

e3、对所述候选调出载波上的在线用户按照所述业务量进行排序；

e4、从所述排序后的在线用户队列中，选择当前未被选择的所述业务量最大的用户作为当前的候选调出用户，令T_UE为该候选调出用户的所述业务量；

e5、判断T_入＋T_UE+AG<T_出是否成立，如果成立，则将所述候选调出载波作为所述调出载波，将所述候选调出用户作为所述调整用户，执行步骤I；否则，判断所述候选调出载波上是否存在未被选择的用户，如果存在，则转入执行步骤e4，如果不存在，则判断所述载波队列中是否存在未被选择的载波，如果是，则转入执行步骤e2，否则，执行步骤f。