CN103974333A - 针对svc视频业务和移动速度的负载均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对SVC视频业务和移动速度的负载均衡方法，解决现有负载均衡时，切换时延过大或切换失败所导致的单业务传输中断问题。其实现步骤为：(1)蜂窝网基站判断小区的负载状态；(2)选择能实现负载均衡的待切换终端；(3)确定切换终端及目标接入网；(4)蜂窝网基站与目标接入点AP进行信息交互；(5)视频服务器将视频流媒体业务拆分成基本层数据文件和增强层数据文件，将增强层数据文件切换到无线局域网WLAN进行传输；(6)切换完成后再次判断小区负荷；(7)结束本次流程。本发明将多模终端的视频流媒体业务的增强层数据文件切换到无线局域网传输，改善了蜂窝网的负荷水平，可用于负荷分布不均衡的异构网络中。

Description

针对SVC视频业务和移动速度的负载均衡方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及蜂窝网负载均衡的方法，可用于对进行大量视频业务下载的蜂窝网实现负载均衡。

背景技术

未来的通信网络将是一个多种接入技术共存、相互补充的异构网络，在异构网络环境中，同一区域会被多种类型的网络重叠覆盖。同时，多模终端的出现，促使单个终端设备能够同时与多种网络建立连接，并行地传输数据。

目前，随着智能多模终端的日益普及和移动互联网应用的飞速发展，移动数据流量呈现爆炸式增长，特别是高清视频业务的出现大大增加了蜂窝网络的负载压力，致使蜂窝网络有限的资源无法支撑大量用户的多媒体应用需求。为了保证用户的业务体验，满足用户对数据业务的需求，可采用多路径传输机制实现异构网络间的负载均衡。有效的负载均衡是改善网络运行质量的重要途径，可用于缓解或解决异构网络中资源分布不均的问题，从而提升系统的容量和服务质量，提高日益紧张的无线资源利用率。无线局域网WLAN以其技术体制简单、接入灵活、成本低、建网和维护容易受到运营商的青睐，面对海量的数据业务，WLAN成为分流蜂窝网络数据流量的重要手段。

高度压缩数字视频编解码器标准H.264可伸缩视频编码SVC将视频信息按照重要性分解，利用可伸缩视频编码SVC数据流的分层结构，将其中的基本层和增强层抽取为多个子数据流，并保持基本层子数据流能够独立解码，在接收端将接收到的子数据流重组成可解码的可伸缩视频编码SVC数据流，可伸缩视频编码SVC允许一次压缩后的视频能以不同的码率、帧率、空间分辨率和视频质量解码。

上海交通大学无锡研究院的专利申请文件“一种基于负载均衡和Qos的异构网络切换方法”(公开号CN103648129A，申请号201310647234.0，申请日2013.12.04)公开了一种针对WiFi、UMTS异构网络下负载均衡的方法，该方法综合考虑用户业务模型，通过将网络接入点的Qos指标进行归一化处理，根据网络接入点的负载情况，给出一个综合评分，根据综合评分和业务情况进行异构网络间的业务切换，从而实现异构网络间的负载均衡，保证了系统层面的高吞吐率和稳定性。

该方法的存在的不足是，在切换过程中将用户的业务全部进行垂直切换，由于异构网络间差异，通过传统的切换控制来进行负载均衡，容易造成切换失败或切换时延过大，导致单业务的传输中断或数据分组的丢失，破坏单业务的完整性、实时性，浪费网络资源，影响用户体验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对SVC视频业务和移动速度的负载均衡，以解决切换过程中多路径传输的业务中断问题，进而保证单业务的实时性和完整性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)蜂窝网基站判断小区的负载状态：

蜂窝网基站周期性检测小区的物理资源块使用率，如果物理资源块使用率小于80％，则判定该小区处于低负载状态，执行步骤(7)；否则，判定该小区处于高负载状态，执行步骤(2)；

(2)选择待切换终端：

蜂窝网基站检测并选中正在进行视频流媒体业务下载的多模终端，所选中终端上报其移动速度，基站按照移动速度由低到高次序排列其中为速度门限值，对于移动速度在以下的终端UE₁,UE₂,……,UE_N，基站得到一个待切换终端列表，将这些终端标记为能实现负载均衡的待切换终端；

(3)确定切换终端及目标接入网：

若待切换终端列表非空，将其中首个终端作为进行负载均衡的切换终端，选择后将该终端从待切换终端列表中删除，所选中的终端根据接收到的无线接入点AP广播消息确定目标无线接入点AP，执行步骤(4)；

若待切换终端列表为空，则执行步骤(7)；

(4)业务切换请求判断：

4a)基站向该目标无线接入点AP发送切换请求消息；

4b)判断目标接入点AP是否允许业务切换：若目标无线接入点AP可承载的速率大于等于待切换终端的当前业务传输速率，则执行4c)；否则，执行4d)；

4c)目标无线接入点AP向蜂窝网基站发送切换请求允许消息，执行步骤(5)；

4d)目标无线接入点AP向蜂窝网基站发送切换请求拒绝消息，并将所选终端继续保留在蜂窝网中，返回步骤(3)；

(5)业务切换：

视频服务器将所选终端视频流媒体业务编码转换成高度压缩数字视频编解码器标准H.264可伸缩视频编码SVC标准格式，并将其拆分为基本层数据文件和增强层数据文件；

对增强层数据文件和基本层数据文件采用多路径并行传输，即将增强层数据文件切换到无线局域网WLAN进行传输，将基本层数据文件通过蜂窝网进行传输，以保证用户体验；

(6)切换完成后判断：

当增强层数据文件切换到无线局域网WLAN进行传输后，再次检测蜂窝网小区负荷水平，若物理资源块使用率小于70％，执行步骤(7)；否则，返回步骤(3)；

(7)结束本次流程，等待下一周期负载均衡，返回步骤(1)；

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1)本发明采用了高度压缩数字视频编解码器标准H.264可伸缩视频编码SVC技术，对视频流媒体业务进行拆分，将码率较高的增强层数据文件切换到无线局域网WLAN进行传输，降低了蜂窝网负荷水平，实现了蜂窝网的负载均衡。

2)本发明考虑了终端的移动速度，有效避免由于移动终端快速离开无线局域网WLAN小区所带来的过多切换次数和不必要的切换时延。

3)本发明由于终端始终不解除与蜂窝网基站的连接，蜂窝网基站始终能不间断地向终端传输基本层数据文件，即使终端在切换过程中出现时延过大或者切换后无线局域网WLAN链路断开，终端也能接收到基本层数据文件，保证了视频流媒体业务的连续性，实现了视频的流畅播放。

附图说明

图1是本发明使用的场景示意图；

图2是本发明的实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

参照图1，本发明使用的场景包含一个蜂窝网基站、若干个无线局域网WLAN接入点AP，多模终端在蜂窝网与无线局域网WLAN重叠覆盖范围内，每个无线接入点AP中的多模终端个数和每个多模终端的位置都是非均匀分布。

参照图2，本发明在图1所述的场景中进行负载均衡实现的具体步骤如下：

步骤1：蜂窝网基站判断小区的负载状态。

蜂窝网基站周期性测量小区的物理资源块使用率，物理资源块使用率为网络中所有业务流量占用的带宽与网络总带宽的比例；利用物理资源块使用率判断当前小区的负载状况，如果物理资源块使用率小于80％，则判定该小区处在低负载状态，执行步骤7；否则，判定该小区处在高负载状态，执行步骤2。

步骤2：选择待切换终端。

蜂窝网基站检测并选中已接入网络中正在进行视频流媒体业务下载的多模终端，所选中的终端上报其移动速度，蜂窝网基站按照移动速度由低到高次序排列其中是移动速度门限值，用以有效避免移动终端快速离开无线局域网WLAN小区所带来的过多切换次数和不必要的切换时延；

对于移动速度门限值以下的用户UE₁,UE₂,……,UE_N，网络侧得到一个终端列表，当前蜂窝网基站将这些终端标记为能进行负载均衡的待切换终端。

步骤3：确定切换终端及目标接入网。

若待切换终端列表非空，将其中首个终端作为负载均衡的切换终端，选择后将该终端从可进行负载均衡切换的终端列表中删除，根据选中的终端所接收到的不同网络广播消息确定目标接入网AP，终端向蜂窝网基站上报目标接入点AP名称，蜂窝网基站与目标接入点AP进行切换过程的信息交互；

若待切换终端列表为空，表示终端已不能实现负载均衡，结束本次流程，等待下一周期负载均衡，执行步骤7。

步骤4：业务切换请求判断。

4a)蜂窝网基站向目标接入点AP发送切换请求消息，其中切换请求消息包括当前业务的传输速率需求和传输时延需求；

4b)判断目标接入点AP是否允许业务切换：若目标接入点AP剩余可承载的速率大于等于待切换终端的当前业务速率，则执行步骤4c；否则，执行步骤4d，

其中，目标接入点AP剩余可承载的速率，是指网络剩余的可用带宽所能支持的最大速率；待切换终端当前业务传输速率，是指待切换终端的增强层数据文件传输速率；

4c)目标接入点AP向蜂窝网基站发送切换请求允许消息，执行所选终端向目标接入网的切换过程，执行步骤5；

4d)目标接入点AP向蜂窝网基站发送切换请求拒绝消息，并将所选终端继续保留在蜂窝网中，返回步骤3。

步骤5：业务切换。

视频服务器将所选终端视频流媒体业务编码转换成高度压缩数字视频编解码器标准H.264可伸缩视频编码SVC标准格式，并将其拆分为基本层数据文件和增强层数据文件，对增强层数据文件和基本层数据文件采用多路径并行传输，即将增强层数据文件切换到无线局域网WLAN进行传输，将基本层数据文件通过蜂窝网进行传输，以保证用户体验；

需要说明的是：在切换增强层数据文件过程中，终端始终不解除与蜂窝网基站的连接，即使终端在切换过程中出现时延过大或者切换后无线局域网WLAN链路断开，终端也能接收到基本层数据文件，保证了视频流媒体业务的连续性，实现了视频的流畅播放。

步骤6：切换完成后判断。

当增强层数据文件切换到无线局域网WLAN进行传输后，再次检测蜂窝网小区负荷水平，若物理资源块使用率小于70％，执行步骤7；否则，返回步骤3，继续在待切换终端列表中选择切换终端，通过切换所选终端的增强层数据文件实现负载均衡，直到蜂窝网小区负荷水平小于70％，即满足负荷要求为止。

步骤7：终止，结束本次流程，等待下一周期负载均衡，返回步骤1。

Claims (6)

1.一种针对SVC视频业务和移动速度的负载均衡方法，包括如下步骤：

(1)蜂窝网基站判断小区的负载状态：

蜂窝网基站周期性检测小区的物理资源块使用率，如果物理资源块使用率小于80％，则判定该小区处于低负载状态，执行步骤(7)；否则，判定该小区处于高负载状态，执行步骤(2)；

(2)选择待切换终端：

蜂窝网基站检测并选中正在进行视频流媒体业务下载的多模终端，所选中终端上报其移动速度，基站按照移动速度由低到高次序排列其中为移动速度门限值，对于移动速度在以下的终端UE₁,UE₂,…,UE_N，基站得到一个待切换终端列表，将这些终端标记为能实现负载均衡的待切换终端；

(3)确定切换终端及目标接入网：

若待切换终端列表非空，将其中首个终端作为进行负载均衡的切换终端，选择后将该终端从待切换终端列表中删除，所选中的终端根据接收到的无线接入点AP广播消息确定目标无线接入点AP，执行步骤(4)；

若待切换终端列表为空，则执行步骤(7)；

(4)业务切换请求判断：

4a)基站向该目标无线接入点AP发送切换请求消息；

4b)判断目标接入点AP是否允许业务切换：若目标无线接入点AP可承载的速率大于等于待切换终端的当前业务传输速率，则执行4c)；否则，执行4d)；

4c)目标无线接入点AP向蜂窝网基站发送切换请求允许消息，执行步骤(5)；

4d)目标无线接入点AP向蜂窝网基站发送切换请求拒绝消息，并将所选终端继续保留在蜂窝网中，返回步骤(3)；

(5)业务切换：

视频服务器将所选终端视频流媒体业务编码转换成高度压缩数字视频编解码器标准H.264可伸缩视频编码SVC标准格式，并将其拆分为基本层数据文件和增强层数据文件；

对增强层数据文件和基本层数据文件采用多路径并行传输，即将增强层数据文件切换到无线局域网WLAN进行传输，将基本层数据文件通过蜂窝网进行传输，以保证用户体验；

(6)切换完成后判断：

当增强层数据文件切换到无线局域网WLAN进行传输后，再次检测蜂窝网小区负荷水平，若物理资源块使用率小于70％，执行步骤(7)；否则，返回步骤(3)；

(7)结束本次流程，等待下一周期负载均衡，返回步骤(1)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)中的物理资源块使用率，是指网络中所有业务流量占用的带宽与网络总带宽的比例。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(3)中的待切换终端列表为空，表示待切换终端不能实现负载均衡，结束本次流程，等待下一周期负载均衡。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(4)中的切换请求消息，包括视频流媒体业务的传输速率需求和传输时延需求。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(4)中的目标无线接入点AP剩余可承载的速率，是指网络的剩余可用带宽所能支持的最大速率。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(4)中的待切换终端当前业务传输速率，是指待切换终端的增强层数据文件传输速率。