CN102548002B - 基于多用户协同的无线资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多用户协同的无线资源分配方法，当系统分配给某个用户的信道资源小于该用户当前的总业务需要时，该用户就向周围的中继用户借用带宽，并以借用的带宽量和借用时间作为参数，对中继用户节点进行资金奖励。每个用户根据自己当前的业务量，决定是否借用带宽资源或者为其他用户的业务服务，体现了动态的带宽资源分配思想；采用了“奖罚”策略，既提升了带宽资源的利用率，又防止某个用户过分占用中继用户的带宽资源，从而提升网络整体性能。

Description

基于多用户协同的无线资源分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体的说是一种基于多用户协同的无线资源分配方法，可以提高无线带宽资源使用率，进而提高网络总吞吐量的方法。用于解决在无线局域网环境中由于用户业务动态变化的需求，导致系统分配给用户的带宽资源不合理的问题。

背景技术

近年来，随着移动互联网的快速发展，人们对移动业务的要求不断增长，移动通信的用户量和业务量也在不断增长，因此，如何在有限的带宽资源中为尽可能多的用户业务服务已经显得十分重要了。

然而，在现有的无线网络环境中，带宽资源分配算法是一种静态的分配算法，即初始条件下，固定各个用户节点与基站之间通信所使用的带宽资源，不考虑用户业务的动态变化。这种算法导致某些用户节点的带宽资源短缺，而另外一些用户的带宽资源未被充分使用。当大量用户业务分别接入到基站的不同信道时，有些信道由于用户业务没有到达或者到达的用户业务较少，就会处于空闲或者轻负荷状态；与此同时，有些信道会因为用户业务到达的太多而导致带宽资源不够用，处于超负荷状态。当信道处于轻负荷状态时，就不能完全利用基站分配给此用户的带宽资源，这对于整个系统来说是一种资源的浪费；当信道处于超负荷状态时，有些新到达的用户业务由于没有可用带宽资源，就不得不被丢弃，降低了网络对用户的服务。

因此，为了满足用户业务的动态移动性和带宽资源需求量不断增加的趋势，必须很好的解决带宽资源分配不合理的现象。

发明内容

基站分配给用户带宽资源和用户的业务需求量之间存在着严重的不匹配情况(例如，某个时刻，一些用户业务的带宽资源需求量很大，但是基站分配的带宽资源量不能满足这些用户业务的带宽资源需求量，而一些用户业务的带宽资源需求量不大甚至为0，那么这些带宽资源就被浪费了)，本发明利用中继用户节点使得用户可以智能的使用带宽资源，减少这种不匹配现象的发生，从而最大化网络总体吞吐量。

本发明公开了一种业务高速移动情况下，基于“奖罚策略”的信道资源分配的优化算法，即基于多用户协同的无线资源分配方法，用于提高网络整体性能。

其核心思想为：当系统分配给某个用户的信道资源小于该用户当前的总业务需要时，该用户就向周围的中继用户借用带宽，并以借用的带宽量和借用时间作为参数，对中继用户节点进行资金奖励。实验结果证明，本发明可以最大化的使用有限的带宽资源，提高整个网络系统总的吞吐量。

其具体实施步骤如下：

转发数据之前：用户首先判断自己的带宽资源量是否够用，如果不够用就向周围有剩余带宽资源的用户租用带宽资源，租用的带宽资源量取决于该用户此刻的资金值、需要借用的带宽资源量和中继用户的剩余带宽资源，取三者中的小者；

转发数据期间：由于用户业务离开的随机性，用户对自己的剩余带宽资源实时更新(业务离开就增加相应数值，否则保持不变)，当发现剩余带宽资源可以为被中继用户服务的业务服务时，就停止使用中继用户转发数据，并给予中继用户相应的资金奖励，自己的资金减少相应值。

上述基于奖罚策略的协同通信中，“借用的实际带宽资源”为用户此时间段的资金值、需要借用带宽资源和中继用户剩余带宽资源中的最小者，目的是为了满足用户可以为中继用户付相应的费用，当资金不足时，用户就不能向中继用户借用带宽，有效的防止了网络中某些用户无休止的占用中继用户带宽的自私行为。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)每个用户根据自己当前的业务量，决定是否借用带宽资源或者为其他用户的业务服务，体现了动态的带宽资源分配思想；

2)采用了“奖罚”策略，既提升了带宽资源的利用率，又防止某个用户过分占用中继用户的带宽资源，从而提升网络整体性能。

总之，本发明在真正意义上体现了用户业务资源移动性对带宽资源分配的影响，实施起来更加简单和灵活方便，具有很好的使用价值。

附图说明

图1是本发明的一个具体实物图；

图2是本发明的流程图；

图3为一个含有两个基站、两个用户的示意图；

图4为采用本发明的示意图；

图5为网络总吞吐量比较；

图6为带宽资源使用情况的比较；

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

参考图1和图2，本发明的一个具体步骤如下：

1)用户监测到有业务到达。

2)用户对自己的剩余带宽资源进行检测，判断其值是否大于0。如果大于0，则执行第3步；否则，执行第4步。

3)对此用户处的剩余带宽资源和当前到达的业务的带宽资源需求量进行比较。如果剩余带宽资源大于当前到达的业务的带宽资源需求量，说明此用户处的带宽资源可以为该业务服务，下一步执行第1步，否则执行第4步。

4)向其他用户发起借用带宽资源的请求。

5)判断其他用户是否在当前时刻有剩余带宽资源。如果有，就进行第6步；否则，就将此业务丢弃，因为没有可用的带宽资源来为该业务服务。

6)需要借用带宽资源的用户选择一个用户作为自己的中继用户。

7)比较需要借用的带宽资源和中继用户剩余带宽资源，选择小者，作为可供选为最终借用的带宽资源的一个参数。

8)比较借用带宽资源的用户的资金与第7步中选出的小者，选择小者作为此时间段中最终的带宽资源借用量。

9)时间段结束时，对所有用户的资金和剩余带宽资源进行更新。借用带宽资源的用户将自己的资金减少“借用的带宽资源×借用时间”，同时更新剩余带宽资源(可能其他被服务的业务此刻结束了，这时对应的剩余带宽资源就会增加)；中继用户将自己的资金增加“借用的带宽资源×借用时间”，剩余带宽资源也相应更新。

10)在下一个时间间隔中，重新判断借用带宽资源的用户的剩余带宽资源是否可以为被中继服务的业务进行服务，如果可以则进行下面的步骤；否则执行第13步。

11)该用户亲自传输此被中继服务的业务。

12)更新中继用户和借用带宽资源的用户的资金和剩余带宽资源。

13)重复执行第1步。

图3为一个含有两个基站、两个用户的系统示意图，用户S1和S2分别从基站BS1和BS2获得带宽资源，S1请求的数据速率为40Mbps，S2请求的数据速率为20Mbps。假设，用户在每个信道可获得的最大带宽资源为30Mbps。

采用现有的通信方式传输数据时，S1可以完全使用系统提供的带宽资源，并且有10Mbps的数据被丢弃；S2只使用了系统提供的20Mbps带宽资源，10Mbps的带宽资源被浪费了。由此可以见，当用户业务的带宽资源需求量不同时，会导致带宽资源被不合理使用的情况。

图4为在上述含有两个基站、两个用户的系统中采用基于“奖罚”策略的传输机制的示意图。从图4中可看出，S1从BS1首先获得30Mbps的系统提供的最大带宽资源，S2则获得BS2提供的20Mbps的带宽资源。此外，S2有剩余带宽资源未被使用，而S1的部分数据被丢弃，如果S1当前的资金充足，则S2充当中继用户，为S1传输数据，同时获得来自于S1的资金奖励。经此改进，S1和S2都完全使用了基站分配的30Mbps带宽资源，更好的服务了用户，提高了网络的总吞吐量。

从图4还可以看出，采用中继用户传输数据时，被中继用户S2传输的数据经过两个时隙到达目的用户S1，则该部分数据的实际速率减半。

图5和图6是仿真结果，蓝线代表本发明中继算法的输出值，红线代表现有的通信传输机制的输出值。参数是，基站为每个用户分配的固定带宽资源为30Mbps，用户的每个业务占用的带宽资源为20Mbps，每个用户业务的到达和离开服从“M/M/1”型队列，仿真的是系统中一共有6个用户的情况。其中，图5是网络总吞吐量的比较(单位为Mbps)，图6是带宽资源使用情况的比较(即，“用户使用的总带宽资源量”与“用户的总带宽资源需求量”的比值)。仿真结果表明，本发明提出的算法确实可以提高网络总吞吐量，满足用户业务对带宽资源的动态需求。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于多用户协同的无线资源分配方法，其特征在于，当系统分配给某个用户的信道资源小于该用户当前的总业务需要时，该用户就向周围的中继用户借用带宽，并以借用的带宽量和借用时间作为参数，对中继用户节点进行资金奖励；

所述方法具体执行以下步骤：

1)用户监测到有业务到达；

2)用户对自己的剩余带宽资源进行检测，判断其值是否大于0；如果大于0，则执行第3步；否则，执行第4步；

3)对此用户处的剩余带宽资源和当前到达的业务的带宽资源需求量进行比较；如果剩余带宽资源大于当前到达的业务的带宽资源需求量，说明此用户处的带宽资源可以为该业务服务，下一步执行第1步，否则执行第4步；

4)向其他用户发起借用带宽资源的请求；

5)判断其他用户是否在当前时刻有剩余带宽资源；如果有，就进行第6步；否则，就将此业务丢弃，因为没有可用的带宽资源来为该业务服务；

6)需要借用带宽资源的用户选择一个用户作为自己的中继用户；

7)比较需要借用的带宽资源和中继用户剩余带宽资源，选择小者，作为可供选为最终借用的带宽资源的一个参数；

8)比较借用带宽资源的用户的资金与第7步中选出的小者，选择小者作为此时间段中最终的带宽资源借用量；

9)时间段结束时，对所有用户的资金和剩余带宽资源进行更新；借用带宽资源的用户将自己的资金减少“借用的带宽资源×借用时间”，同时更新剩余带宽资源；中继用户将自己的资金增加“借用的带宽资源×借用时间”，剩余带宽资源也相应更新；

10)在下一个时间间隔中，重新判断借用带宽资源的用户的剩余带宽资源是否可以为被中继服务的业务进行服务，如果可以则进行下面的步骤；否则执行第13步；

11)该用户亲自传输此被中继服务的业务；

12)更新中继用户和借用带宽资源的用户的资金和剩余带宽资源；

13)重复执行第1步。

2.根据权利要求1所述的基于多用户协同的无线资源分配方法，其特征在于，转发数据之前：用户首先判断自己的带宽资源量是否够用，如果不够用就向周围有剩余带宽资源的用户租用带宽资源，租用的带宽资源量取决于该用户此刻的资金值、需要借用的带宽资源量和中继用户的剩余带宽资源，取三者中的小者；转发数据期间：由于用户业务离开的随机性，用户对自己的剩余带宽资源实时更新，当发现剩余带宽资源可以为被中继用户服务的业务服务时，就停止使用中继用户转发数据，并给予中继用户相应的资金奖励，自己的资金减少相应值。