CN102695133A - 异构网络下的多播业务资源管理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种异构网络下的多播业务资源管理系统及其方法，对任一多播服务，在基站和其覆盖的每一个用户设备间引入代价因子，用户设备可以根据比较不同基站提供的代价因子来选取所要接入的基站并反馈给基站，基站可以根据代价因子来确定是否使用单播信道或者多播信道，同时基站可以根据当前用户设备对基站的选择以及基站对单播信道和多播信道的选择来更新代价因子的值并发送给对应用户设备。本发明通过不同接入技术下的各个基站间资源的合理管理和分配，来实现多播服务资源消耗的优化。

Description

异构网络下的多播业务资源管理系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术领域的系统及其资源管理方法，具体地涉及一种异构网络下的多播业务资源管理系统及其方法。

背景技术

随着人类对无线通信需求的日益增加，以无线通信方式提供多媒体服务越来越受到关注，手机电视以及可视电话会议等应用将在未来几年得到普及。对于高速率和高服务质量的多媒体传输，单播已经不能满足要求。在这种情况下，多播与广播被认为是提高频谱利用率的最有效的方式。为此，3GPP与3GPP2均定义了多媒体广播多播服务，分别命名为MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service，多媒体广播多播业务）和BCMCS（Broadcast Multicast Service，广播多播业务）。两者都在各自组织中得到了广泛讨论，并处于不断演进的过程中。广播多播服务的出现，使得向大量用户提供多媒体业务成为现实。其最大优点在于取代了原有多路单播及点对点（PTP）的连接模式而采用多播的传输模式。多播模式因其可将相同的数据内容发送给小区中的多个用户，避免了重复传输大量相同数据而造成的空中接口拥塞，极大地提高整个网络的资源利用率。因此，多播传输方式正日益成为多点无线通信中采用的传输方式。

另一方面，无线通信系统的发展和演进造就了多种异构网络并存的局面，如3GPP中的GSM（Global System of Mobile communication，全球移动通信系统）、UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）和LTE（Long TermEvolution,长期演进），3GPP2中的CDMA2000（Code Division Multiple Access 2000，码分多址2000）以及IEEE中的WLAN（Wireless Local Area Networks，无线局域网）和WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互联接入）。为提供无缝接入以及无处不在的服务享受，异构网络的融合和协作成为当今移动通信讨论和研究的热点。同时，不同接入技术之间的配合也能达到资源优化管理和节能的目的。

目前，3GPP中已有专题在讨论不同接入技术间的节能问题，但并没有关于多播业务如MBMS在不同接入技术间的资源管理问题的讨论。另外，在涉及异构网络下的资源问题时，现有系统往往采用集中式的管理或者在不同的接入技术间引入直接的信令交互，这样就不可避免地给系统带来了额外的开销。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种异构网络下的多播业务资源管理系统及其方法，通过不同接入技术下的各个基站间资源的合理管理和分配，来实现多播服务资源消耗的优化。

本发明提供一种异构网络下的多播业务资源管理系统，对任一多播服务，在基站和其覆盖的每一个需要接收该服务的用户设备间引入代价因子，用户设备可以根据比较不同基站提供的代价因子来选取所要接入的基站并反馈给基站，基站可以根据代价因子来确定是否使用单播信道或者多播信道，同时基站可以根据当前用户设备对基站的选择以及基站对单播信道和多播信道的选择来更新代价因子的值并发送给对应用户设备。

所述代价因子储存在基站和用户设备中，任一多播服务以及参与该服务的任一基站与该基站覆盖范围内的任一接收该服务的用户对应一个特定的代价因子，其初始值可以设为对应基站与用户设备间单播信道所需功率值。

根据本发明的一个方面，提供一种异构网络下的基站多播业务资源管理装置，包括用户选择收集模块、单播多播信道选择模块、代价因子更新模块和代价因子传输模块，其中：

所述用户选择收集模块与所述代价因子更新模块相连接，所述用户选择收集模块包括基站多播系统的一部分，用于接收用户设备反馈的基站选择信息，并将其传输给所述代价因子更新模块；

所述单播多播信道选择模块与所述代价因子更新模块相连接，所述单播多播信道选择模块包括处理器单元（比如一个中央处理器CPU），用以根据所述代价因子更新模块中储存的任一多播服务的当前代价因子值来确定是否对该服务使用单播信道和多播信道，并将选择信息传输给所述代价因子更新模块；

所述代价因子更新模块与所述单播多播选择模块和所述代价因子传输模块相连接，所述代价因子更新模块包括处理器单元和存储器单元（比如RAM存储器），存储器单元储存当前代价因子值并可以将其传输给所述单播多播选择模块和所述代价因子传输模块，处理器单元用以根据用户对基站的选择以及基站对单播信道和多播信道的选择更新代价因子的值；

所述代价因子传输模块负责将当前的代价因子值传输给对应用户设备。

根据本发明的另一个方面，提供一种异构网络下的用户设备多播业务资源管理装置，包括代价因子接收模块、基站选择模块、基站选择信息传输模块，其中：

所述代价因子接收模块与所述基站选择模块相连接，所述代价因子接收模块包括用户设备的一部分和存储器单元，用于接收能覆盖其的每一个基站传输的对应代价因子值并储存在存储器单元，并可以将当前代价因子值传输给所述基站选择模块；

所述基站选择模块与所述基站选择信息传输模块相连接，所述基站选择模块包括处理器单元，用以比较所述代价因子接收模块储存的任一多播服务对应的所有覆盖该用户设备的基站所提供的当前代价因子值来确定选择哪一个基站来接收该服务；

所述基站选择信息传输模块用于根据所述基站选择模块所提供的选择信息向对应每一个能覆盖其的基站反馈其是否接入。

根据本发明的又一个方面，还提供一种异构网络下的多播业务资源管理方法，对任一多播服务，包括以下步骤：

第一步：所述基站多播业务资源管理装置向其覆盖范围内所有用户设备传输当前对应代价因子值；

第二步：所述用户设备多播业务资源管理装置根据比较当前覆盖其的所有基站提供的当前代价因子值，来决定接入哪个基站；

第三步：所述用户设备多播业务资源管理装置反馈给基站是否选择接入；

第四步：所述基站多播业务资源管理装置根据当前代价因子值来确定是否使用单播信道和多播信道，第四步可以和第一、二、三步并行；

第五步：所述基站多播业务资源管理装置根据当前用户设备对基站的选择以及基站对单播信道和多播信道的选择来更新代价因子的值；

第一、二、三、四、五步可能会重复多次；

第六步：若代价因子不再更改，或者预设时间期满，基站根据当前选择进行承载建立或者释放；

第七步：若承载建立，多播服务开始。

目前，现有技术缺乏对异构网络下的多播资源管理问题的讨论和研究，本发明的一个创新点在于弥补了这一技术空白。另一方面，在涉及异构网络下的资源问题时，现有系统往往采用集中式的管理或者在不同的接入技术间引入直接的信令交互，这样就不可避免地给系统带来了额外的开销。而本发明的另一优势在于，整个系统的资源分配和协调过程采用的是分布式的管理，也不需要不同接入技术间的交互，这无疑给系统的设计和实施带来了便利。另外，本发明的数学背景在于，对原有问题进行0-1线性规划建模，其中的0-1变量为用户设备对某基站的选取与否、基站对单播信道的选取与否和基站对多播信道的选取与否，通过对其拉格朗日对偶函数的分解和讨论得出分布式方法，且该方法最优，本发明中的代价因子对应于该最优化问题的拉格朗日乘子。

附图说明

图1为本发明的异构网络下的基站多播业务资源管理装置的结构示意图；

图2为本发明的异构网络下的用户设备多播业务资源管理装置的结构示意图；

图3为根据本发明的异构网络下的多播业务资源管理方法的流程图；

图4为本发明实施例仿真效果示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，以下实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

在本发明的一个实施例中，对任一多播服务，在基站和其覆盖的每一个需要接收该服务的用户设备间引入代价因子，用户设备可以根据比较不同基站提供的代价因子来选取所要接入的基站并反馈给基站，基站可以根据代价因子来确定是否使用单播信道或者多播信道，同时基站可以根据当前用户设备对基站的选择以及基站对单播信道和多播信道的选择来更新代价因子的值并发送给对应用户设备。

所述代价因子储存在基站和用户设备中，任一多播服务以及参与该服务的任一基站与该基站覆盖范围内的任一接收该服务的用户对应一个特定的代价因子，其初始值可以设为对应基站与用户设备间单播信道所需功率值。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，所述基站多播业务资源管理装置用户选择收集模块101、单播多播信道选择模块102、代价因子更新模块103和代价因子传输模块104。

所述用户选择收集模块101与所述代价因子更新模块103相连接，所述用户选择收集模块101包括基站多播系统的一部分，用于接收用户设备反馈的基站选择信息，并将其传输给所述代价因子更新模块103；

所述单播多播信道选择模块102与所述代价因子更新模块103相连接，所述单播多播信道选择模块102包括处理器单元（比如一个中央处理器CPU），用以根据所述代价因子更新模块103中储存的任一多播服务的当前代价因子值来确定是否对该服务使用单播信道和多播信道，并将选择信息传输给所述代价因子更新模块103。具体地，对任一多播服务,若基站与其覆盖范围内任一用户i对应的当前代价因子值大于基站给用户i提供单播信道所需功率值，则基站决定对用户i采用单播信道，否则决定不使用单播信道。具体地，对任一多播服务，若基站与其覆盖范围内所有用户对应的当前代价因子值之和大于基站提供多播信道所需功率值，则基站决定采用多播信道提供服务，否则不决定使用多播信道；

所述代价因子更新模块103与所述单播多播选择模块102和所述代价因子传输模块104相连接，所述代价因子更新模块103包括处理器单元和存储器单元（比如RAM存储器），存储器单元储存当前代价因子值并可以将其传输给所述单播多播选择模块102和所述代价因子传输模块104，处理器单元用以根据用户对基站的选择以及基站对单播信道和多播信道的选择更新代价因子的值。具体地，对任一多播服务，若基站覆盖范围内任一用户i决定接入该基站并且基站决定提供给用户i单播信道或者提供多播信道，或者用户i决定不接入该基站并且基站既不提供给用户i单播信道也不提供多播信道，则对应代价因子保持不变；若用户i决定接入该基站而基站既不提供给用户i单播信道也不提供多播信道，则增加对应代价因子的值，增加的步长值可以事先给定；若用户i决定不接入该基站而基站决定提供给用户i单播信道或者提供多播信道或者两者皆提供，或者用户i决定接入该基站并且基站决定提供给用户i单播信道且提供多播信道，则减少对应代价因子的值，减少的步长值可以事先给定；

所述代价因子传输模块104负责将当前的代价因子值传输给对应用户设备。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，所述用户设备多播业务资源管理装置包括代价因子接收模块201、基站选择模块202、基站选择信息传输模块203，其中，

所述代价因子接收模块201与所述基站选择模块202相连接，所述代价因子接收模块201包括用户设备的一部分和存储器单元，用于接收能覆盖其的每一个基站传输的对应代价因子值并储存在存储器单元，并可以将当前代价因子值传输给所述基站选择模块202；

所述基站选择模块202与所述基站选择信息传输模块203相连接，所述基站选择模块202包括处理器单元，用以比较所述代价因子接收模块201储存的任一多播服务对应的所有覆盖该用户设备的基站所提供的当前代价因子值来确定选择哪一个基站来接收该服务。具体地，对任一多播服务,比较所有代价因子值，选择其中一个当前所提供的代价因子值最低的基站，并将选择信息提供给所述基站选择信息传输模块203；

所述基站选择信息传输模块203用于根据所述基站选择模块202所提供的选择信息向对应每一个能覆盖其的基站反馈其是否接入。

如图3所示，在本发明的另一个实施例中，所述异构网络下的多播业务资源管理方法,对任一多播服务，包括以下步骤：

第一步：所述基站多播业务资源管理装置向其覆盖范围内所有用户设备传输当前对应代价因子值；

第二步：所述用户设备多播业务资源管理装置根据比较当前覆盖其的所有基站提供的当前代价因子值，来决定接入哪个基站；

第三步：所述用户设备多播业务资源管理装置反馈给基站是否选择接入；

第四步：所述基站多播业务资源管理装置根据当前代价因子值来确定是否使用单播信道和多播信道，第四步可以和第一、二、三步并行；

第五步：所述基站多播业务资源管理装置根据当前用户设备对基站的选择以及基站对单播信道和多播信道的选择来更新代价因子的值；

第一、二、三、四、五步可能会重复多次；

第六步：若代价因子不再更改，或者预设时间期满，基站根据当前选择进行承载建立或者释放；

第七步：若承载建立，多播服务开始。

不失一般性，本发明实施例对7个UMTS小区和7个CDMA2000小区的交互重叠场景进行了仿真。仿真中假设单播功率在1瓦特与2瓦特之间均匀分布，多播功率取7.6瓦特。若不采用异构接入技术间的资源管理和协调，那么UMTS和CDMA2000只需要分别对接入其基站的用户进行分开管理即可，且假设每个基站采用功率计数方法来进行单播多播信道的切换，即基站对某个多播组提供单播信道的功率之和大于多播信道功率时，基站则采取多播信道而不使用单播信道，反之则使用单播信道而不使用多播信道。仿真中比较了不采用异构接入技术间的资源管理和协调情况下的功率消耗和采用本发明情况下的功率消耗。仿真结果如图4所示，可见本发明能有效的节省功率。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种异构网络下的多播业务资源管理系统，其特征在于，对任一多播服务，在基站和其覆盖的每一个需要接收该服务的用户设备间引入代价因子，用户设备可以根据比较不同基站提供的代价因子来选取所要接入的基站并反馈给基站，基站可以根据代价因子来确定是否使用单播信道或者多播信道，同时基站可以根据当前用户设备对基站的选择以及基站对单播信道和多播信道的选择来更新代价因子的值并发送给对应用户设备。

2.根据权利要求1所述的异构网络下的多播业务资源管理系统，其特征在于，所述代价因子储存在基站和用户设备中，任一多播服务以及参与该服务的任一基站与该基站覆盖范围内的任一接收该服务的用户对应一个特定的代价因子，其初始值可以设为对应基站与用户设备间单播信道所需功率值。

3.一种异构网络下的基站多播业务资源管理装置，其特征在于，包括用户选择收集模块、单播多播信道选择模块、代价因子更新模块和代价因子传输模块；其中：

所述用户选择收集模块与所述代价因子更新模块相连接，所述用户选择收集模块包括基站多播系统的一部分，用于接收用户设备反馈的基站选择信息，并将其传输给所述代价因子更新模块；

所述单播多播信道选择模块包括处理器单元，用以根据所述代价因子更新模块中储存的任一多播服务的当前代价因子值来确定是否对该服务使用单播信道和多播信道，并将选择信息传输给所述代价因子更新模块；

所述代价因子更新模块包括处理器单元和存储器单元，存储器单元储存当前代价因子值并可以将其传输给所述单播多播选择模块和所述代价因子传输模块，处理器单元用以根据用户对基站的选择以及基站对单播信道和多播信道的选择更新代价因子的值；

所述代价因子传输模块负责将当前的代价因子值传输给对应用户设备。

4.根据权利要求3所述的异构网络下的基站多播业务资源管理装置，其特征在于，所述单播多播信道选择模块，对任一多播服务，若基站与其覆盖范围内任一用户i对应的当前代价因子值大于基站给用户i提供单播信道所需功率值，则基站决定对用户i采用单播信道，否则决定不使用单播信道。

5.根据权利要求3所述的异构网络下的基站多播业务资源管理装置，其特征在于，所述单播多播信道选择模块，对任一多播服务，若基站与其覆盖范围内所有用户对应的当前代价因子值之和大于基站提供多播信道所需功率值，则基站决定采用多播信道提供服务，否则不决定使用多播信道。

6.根据权利要求3所述的异构网络下的基站多播业务资源管理装置，其特征在于，所述代价因子更新模块，对任一多播服务，若基站覆盖范围内任一用户i决定接入该基站并且基站决定提供给用户i单播信道或者提供多播信道，或者用户i决定不接入该基站并且基站既不提供给用户i单播信道也不提供多播信道，则对应代价因子保持不变；若用户i决定接入该基站而基站既不提供给用户i单播信道也不提供多播信道，则增加对应代价因子的值，增加的步长值可以事先给定；若用户i决定不接入该基站而基站决定提供给用户i单播信道或者提供多播信道或者两者皆提供，或者用户i决定接入该基站并且基站决定提供给用户i单播信道且提供多播信道，则减少对应代价因子的值，减少的步长值可以事先给定。

7.一种异构网络下的用户设备多播业务资源管理装置，其特征在于，包括代价因子接收模块、基站选择模块、基站选择信息传输模块；

所述代价因子接收模块与所述基站选择模块相连接，所述代价因子接收模块包括用户设备的一部分和存储器单元，用于接收能覆盖其的每一个基站传输的对应代价因子值并储存在存储器单元，并可以将当前代价因子值传输给所述基站选择模块；

所述基站选择模块包括处理器单元，用以比较任一多播服务对应的所有覆盖其的基站所提供的当前代价因子值来确定选择哪一个基站来接收该服务；

所述基站选择信息传输模块用于根据所述基站选择模块所提供的选择信息向对应每一个能覆盖其的基站反馈其是否接入。

8.根据权利要求7所述的异构网络下的用户设备多播业务资源管理装置，其特征在于，所述基站选择模块，对任一多播服务，比较所有对应代价因子值，选择其中一个当前所提供的代价因子值最低的基站，并将选择信息提供给所述基站选择信息传输模块。

9.一种采用权利要求2和权利要求7所述装置的异构网络下的多播业务资源管理方法，其特征在于，对任一多播服务，包括以下步骤：

第一步：所述基站多播业务资源管理装置向其覆盖范围内所有用户设备传输当前对应代价因子值；

第二步：所述用户设备多播业务资源管理装置根据比较当前覆盖其的所有基站提供的当前代价因子值，来决定接入哪个基站；

第三步：所述用户设备多播业务资源管理装置反馈给基站是否选择接入；

第四步：所述基站多播业务资源管理装置根据当前代价因子值来确定是否使用单播信道和多播信道，第四步可以和第一、二、三步并行；

第五步：所述基站多播业务资源管理装置根据当前用户设备对基站的选择以及基站对单播信道和多播信道的选择来更新代价因子的值；

第一、二、三、四、五步可能会重复多次；

第六步：若代价因子不再更改，或者预设时间期满，基站根据当前选择进行承载建立或者释放；

第七步：若承载建立，多播服务开始。

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