CN104581826B - 一种动态负载均衡方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动态负载均衡方法及系统，所述方法包括：计算待均衡小区及其相邻小区的平均负载；根据平均负载计算待均衡小区与每个相邻小区需均衡的负载数量；在待均衡小区所属终端中选择可均衡共享终端，根据需均衡的负载数量在相邻小区间进行负载均衡。与现有技术相比，本发明弥补了现有各种负载均衡算法对网络调整频繁、影响用户感知的缺点，实现动态负载调整，满足了重负载条件下系统性能对负载的高均衡性要求。

Description

一种动态负载均衡方法及系统

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种动态负载均衡方法及系统。

背景技术

现有移动通信网络中，在2G、TD-SCDMA（Time Division-Synchronous CodeDivision Multiple Access，时分同步的码分多址）、WCDMA（Wideband Code DivisionMultiple Access，宽带码分多址）等多种网络共存的情况下，如何合理的对网络资源进行调度，分配各网络负载是各运营商所面临的现实问题，也是提高网络利用率，提高用户服务质量所必须研究的重要因素。

针对以上问题，现有技术提出了各种解决方案。有方案提出使用接收信号强度、用户移动速度和WLAN（Wireless Local Area Network，无线局域网）网络吞吐量作为判决参数的基于模糊逻辑的算法。有方案根据不同业务对服务质量（QoS）的不同要求，提出以最小化实时业务切换时延、最大化非实时业务吞吐量为目标的基于接收信号强度的算法。

3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）的提案中提出了CRRM(Common Radio Resource Management，通用无线资源管理)的概念，通过CRRM服务器对WCDMA、GSM/EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，增强型数据速率）融合无线蜂窝网络进行统一的资源管理。作为融合网络中无线资源分配的策略管理者，CRRM服务器的主要任务是在切换和呼叫建立过程中，对候选目标小区分优先级进行处理。针对不同业务类型，定义了以下两种算法：

(1)针对实时业务定义了系统间切换算法，在负载较高的情况下，将实时业务切换到负载低的接入网络中，或重新尝试接入，从而达到降低阻塞率的目的；

(2)针对非实时业务定义了系统间网络控制小区重选算法，当小区负载较高时，重新分发非实时业务到其它无线接入网络中，从而获得较高的平均吞吐量。

具体来说，在实现本发明的过程中，发明人发现现有的方案存在如下缺点：

现有技术往往不考虑2G小区与TD小区在数据业务速率性能上的差异，将数据业务用户均衡到2G小区造成用户速率下降、感知变差；现有技术不考虑现网不支持从2G向TD网络进行CS（Circuit Switch，电路交换）业务切换的现状，算法无法应用到现网；简单的基于小区负载门限作为负荷均衡的依据，若门限设置过高则可能高负荷小区不能及时获得均衡，造成新用户接通率受到影响；若门限设置过低则可能引起不必要的用户切换，造成掉话、掉线的隐患增多。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种动态负载均衡方法及系统。

一种动态负载均衡方法，所述方法包括：

计算待均衡小区及其相邻小区的平均负载；

根据所述平均负载计算所述待均衡小区与每个相邻小区需均衡的负载数量；

在所述待均衡小区所属终端中选择可均衡共享终端，根据所述需均衡的负载数量在所述相邻小区间进行负载均衡。

所述方法还包括：

预先设定动态负载均衡门限，在所述待均衡小区负载未达到所述动态负载均衡门限时，不对所述待均衡小区进行负载均衡。

所述动态负载均衡门限根据如下方法设定：

所述待均衡小区i的负载与其相邻小区j的负载分别为L_i和L_j，两者的负载差为：

Δ=L_i-L_j；

所述动态负载调控门限为：

其中，T_L和T_H分别为预先设定的负载控制启动门限和资源预留门限，β（0<β<1）为预先设定的比例值；

当Δ>Δ_T时，进行负载均衡。

所述方法还包括：

计算所述待均衡小区i针对m个相邻小区的相邻小区间切换负载评估值{l_e(i,k),…,l_e(i,k+m)}；

根据如下顺序调整待均衡小区i与其m个相邻小区的负载：

如果l_e(i,j)小于等于所有共享终端均切换到相邻小区；如果l_e(i,j)值大于选择部分共享终端切换到相邻小区。

所述方法还包括：

若所述待均衡小区i为GSM小区且所属部分共享终端的业务类型为语音业务，则在与其TD-SCDMA相邻小区进行相邻小区间切换负载评估时，不计算所述语音业务共享终端。

所述方法还包括：

若所述待均衡小区所属共享终端在其多个相邻小区覆盖范围内，则按如下原则选择相邻小区进行负载评估：

若共享终端当前进行的业务为语音业务且此共享终端的相邻小区中存在GSM小区，则选择信号强度最好的GSM小区进行负载评估；

若共享终端当前进行的业务为PS业务且此共享终端的相邻小区中存在TD-SCDMA小区，则选择信号强度最好的TD-SCDMA小区进行负载评估；

若共享终端的相邻小区中无TD-SCDMA相邻小区，则网络选择信号强度最好的GSM小区进行负载评估。

一种动态负载均衡系统，所述系统包括平均负载计算单元、负载需求计算单元及负载均衡单元，其中，

所述平均负载计算单元，用于计算待均衡小区及其相邻小区的平均负载；

所述负载需求计算单元，用于根据所述平均负载计算所述待均衡小区与每个相邻小区需均衡的负载数量；

所述负载均衡单元，用于在所述待均衡小区所属终端中选择可均衡共享终端，根据所述需均衡的负载在所述相邻小区间进行负载均衡。

所述系统还包括均衡门限设定单元，用于预先设定动态负载均衡门限，在所述待均衡小区负载未达到所述动态负载均衡门限时，不对所述待均衡小区进行负载均衡。

所述系统还包括负载均衡估值单元，用于计算所述待均衡小区i针对m个相邻小区的相邻小区间切换负载评估值；

根据所述负载评估值与负载值的关系，确定切换到相邻小区的共享终端数量。

所述系统还包括共享终端识别单元，用于在所述待均衡小区所属终端中选择处于待均衡小区与相邻小区覆盖重叠区的终端作为共享终端；

所述负载均衡单元从所述共享终端识别单元获取共享终端信息，并从中选择可均衡共享终端。

本发明通过计算待均衡小区及其相邻小区的平均负载；根据平均负载计算待均衡小区与每个相邻小区需均衡的负载数量；在待均衡小区所属终端中选择可均衡共享终端，根据需均衡的负载数量在相邻小区间进行负载均衡。与现有技术相比，本发明弥补了现有各种负载均衡算法对网络调整频繁、影响用户感知的缺点，实现动态负载调整，满足了重负载条件下系统性能对负载的高均衡性要求。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的动态负载均衡方法原理流程图；

图2为本发明实施例2提供的动态负载均衡系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。但本发明的实施方式不限于此。

本发明各个实施例中，提供一种基于动态负载调控门限进行负载调整，不仅满足了重负载条件下系统性能对负载的高均衡性要求，也限制了轻负载条件下不必要的均衡操作，且其可与现有负荷均衡算法结合使用提升现有算法性能。

如图1所示，为本发明实施例1提供的动态负载均衡方法原理流程图，具体如下：

步骤10，计算待均衡小区及其相邻小区的平均负载。

根据负载均衡算法的需要本发明定义了如下参数：

首先，我们将终端按其所在位置可以分为两种类型，一种是处于覆盖重叠区的终端：共享终端；另一种是处于非覆盖重叠区的终端：局部终端。只有共享终端能接收多个小区的信号，可以选择接入小区；而局部终端只能收到一个小区的信号，不能选择接入小区。共享终端负载指共享终端对当前接入小区产生的负载。实际上，对于小区间负载均衡实际上是在共享终端之间进行，将待均衡小区的部分或全部共享终端均衡到相邻小区中去，从而实现负载均衡。

小区负载是小区i的负载L_i指当前接入到此小区的所有局部、共享终端产生的负载和。

若待均衡小区i的负载为L_i，m个相邻小区的负载为{L_k,…,L_k+m}，计算这m+1个小区的平均负载这个平均负载反映了待均衡小区与其相邻小区负载负担程度，从而可以判定该待均衡小区是否需要进行负载均衡。

为了减少不必要的负载均衡操作，本发明实施例引入了动态负载调控门限的概念。这主要是因为在系统的负载较轻时，即使不同小区间负载相对较大，也无需进行负载均衡调整。而当系统的负载较重时，系统性能的恶化对业务量波动更加敏感，在负载差较小时就应进行负载均衡调整。

设某一待均衡小区i的负载大于其相邻小区j的负载，两者的负载分别为L_i和L_j，两者的负载差为：

Δ=L_i-L_j；

定义动态负载调控门限为：

其中，T_L和T_H分别为预先定义的“负载控制启动门限”和“资源预留门限”，β（0<β<1）为预定义的比例值。则当且仅当在以下条件成立时发生时才进行负载调控：

Δ>Δ_T。

ΔT将随着负载条件（即L_i）的变化而变化，因此算法对于负载均衡要求也是动态适应的。当所有小区的负载均低于T_L时，可以认为系统负荷很轻且工作良好，没有必要进行负载均衡控制。当L_i从0变化到T_H时，ΔT也会自适应地从T_L变化到βT_L。这样，自适应的负载差容限能够根据网络负载的变化情况，动态调整系统对于负载均衡的需求。不仅满足了重负载条件下系统性能对负载的高均衡性要求，也限制了轻负载条件下不必要的均衡操作。

步骤20，根据平均负载计算待均衡小区与每个相邻小区需均衡的负载数量。

计算m个相邻小区每个需增加的负载也就是在负载均衡的前提下，计算每个相邻小区可以增加的负载数量，这样才可以把待均衡小区的共享终端有序的均衡到各个相邻小区中去。

进一步的，共享终端评估负载是对于一个当前接入到待均衡小区i，同时在相邻小区j覆盖范围内的共享终端s，评估负载L_e(j,s)指根据测量的终端s和小区j之间的信道质量，评估出的终端s转接入到小区j时，对小区j产生的负载。

计算待均衡小区i针对m个相邻小区的相邻小区间切换负载评估值{l_e(i,k),…,l_e(i,k+m)}。之后需要根据这个负载评估值来确定具体的各个相邻小区负载均衡的数量。

实际上，还需要进行相邻小区间切换负载评估。假设小区i和小区j有重叠覆盖区域，重叠区域内当前接入到小区i的终端为{s1,…,sk}，则针对小区i的小区j的评估负载指共享终端{s1,…,sk}评估负载的和，即：

步骤30，在待均衡小区所属终端中选择可均衡共享终端，根据需均衡的负载数量在相邻小区间进行负载均衡。

根据如下顺序调整小区i与其m个相邻小区的负载，即调整部分共享终端切换到相邻小区。

即如果l_e(i,j)小于表示共享区内所有共享终端转换后对相邻小区的负载增加值还不能使相邻小区达到平均负载值，此时所有共享终端都切换到相邻小区。如果l_e(i,j)值大于表示所有共享终端转换后将使相邻小区的负载值高于平均负载值，这时应该选择部分共享终端切换到相邻小区，这些共享终端对相邻小区的负载增加值小于等于

因网络不支持语音业务从GSM到TD-SCDMA系统的切换，所以若小区i为GSM小区且某些用户的业务类型为语音业务，则在与其TD-SCDMA相邻小区进行相邻小区间切换负载评估时不计算这些语音用户。

若某用户在其多个相邻小区覆盖范围内，则按如下原则选择相邻小区进行负载评估：若用户终端当前进行的业务为语音业务且此用户的相邻小区中存在GSM小区，则选择信号强度最好的GSM小区进行负载评估；若用户终端当前进行的业务为PS业务且此用户终端的相邻小区中存在TD-SCDMA小区，则选择信号强度最好的TD-SCDMA小区进行负载评估；若无TD-SCDMA相邻小区，则网络选择信号强度最好的GSM小区进行负载评估。

如图2所示，为本发明实施例2提供的动态负载均衡系统结构示意图，该系统包括平均负载计算单元100、负载需求计算单元200及负载均衡单元300，具体如下：

平均负载计算单元100，用于计算待均衡小区及其相邻小区的平均负载；

负载需求计算单元200，用于根据平均负载计算待均衡小区与每个相邻小区需均衡的负载数量；

负载均衡单元300，用于在待均衡小区所属终端中选择可均衡共享终端，根据需均衡的负载在相邻小区间进行负载均衡。

进一步的，该系统还包括均衡门限设定单元400，用于预先设定动态负载均衡门限，在待均衡小区负载未达到动态负载均衡门限时，不对待均衡小区进行负载均衡。

进一步的，该系统还包括负载均衡估值单元500，用于计算待均衡小区i针对m个相邻小区的相邻小区间切换负载评估值；

根据负载评估值与负载值的关系，确定切换到相邻小区的共享终端数量。

进一步的，该系统还包括共享终端识别单元600，用于在待均衡小区所属终端中选择处于待均衡小区与相邻小区覆盖重叠区的终端作为共享终端；

负载均衡单元300从共享终端识别单元获取共享终端信息，并从中选择可均衡共享终端。

需要说明的是：上述实施例提供的动态负载均衡系统在动态负载均衡时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的动态负载均衡系统与动态负载均衡方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

综上，本发明各个实施例中，通过计算待均衡小区及其相邻小区的平均负载；根据平均负载计算待均衡小区与每个相邻小区需均衡的负载数量；在待均衡小区所属终端中选择可均衡共享终端，根据需均衡的负载数量在相邻小区间进行负载均衡。与现有技术相比，本发明弥补了现有各种负载均衡算法对网络调整频繁、影响用户感知的缺点，实现动态负载调整，满足了重负载条件下系统性能对负载的高均衡性要求。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种动态负载均衡方法，其特征在于，所述方法包括：

计算待均衡小区及其相邻小区的平均负载；

根据所述平均负载计算所述待均衡小区与每个相邻小区需均衡的负载数量；

在所述待均衡小区所属终端中选择可均衡共享终端，根据所述需均衡的负载数量在所述相邻小区间进行负载均衡；

所述方法还包括：

计算所述待均衡小区i针对m个相邻小区的相邻小区间切换负载评估值{l_e(i,k), …,l_e(i,k+m)}；

根据如下顺序调整待均衡小区i与其m个相邻小区的负载：

上述公式中，k从0开始取值，l_e(i,j)为终端从小区i切换到相邻小区j时，在相邻小区j产生的负载，为相邻小区j需增加的负载，为向上取整，L′为小区负载；

如果l_e(i,j)小于等于所有共享终端均切换到相邻小区；如果l_e(i,j)值大于选择部分共享终端切换到相邻小区。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

预先设定动态负载均衡门限，在所述待均衡小区负载未达到所述动态负载均衡门限时，不对所述待均衡小区进行负载均衡。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述动态负载均衡门限根据如下方法设定：

所述待均衡小区i的负载与其相邻小区j的负载分别为L_i和L_j，两者的负载差为：

Δ＝L_i-L_j；

所述动态负载调控门限为：

其中，T_L和T_H分别为预先设定的负载控制启动门限和资源预留门限，β为预先设定的比例值，其中，0<β<1；

当Δ>Δ_T时，进行负载均衡。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述待均衡小区i为GSM小区且所属部分共享终端的业务类型为语音业务，则在与其TD-SCDMA相邻小区进行相邻小区间切换负载评估时，不计算所述语音业务共享终端。

5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述待均衡小区所属共享终端在其多个相邻小区覆盖范围内，则按如下原则选择相邻小区进行负载评估：

若共享终端当前进行的业务为语音业务且此共享终端的相邻小区中存在GSM小区，则选择信号强度最好的GSM小区进行负载评估；

若共享终端当前进行的业务为PS业务且此共享终端的相邻小区中存在TD-SCDMA小区，则选择信号强度最好的TD-SCDMA小区进行负载评估；

若共享终端的相邻小区中无TD-SCDMA相邻小区，则网络选择信号强度最好的GSM小区进行负载评估。

6.一种动态负载均衡系统，其特征在于，所述系统包括平均负载计算单元、负载需求计算单元及负载均衡单元，其中，

所述平均负载计算单元，用于计算待均衡小区及其相邻小区的平均负载；

所述负载需求计算单元，用于根据所述平均负载计算所述待均衡小区与每个相邻小区需均衡的负载数量；

所述负载均衡单元，用于在所述待均衡小区所属终端中选择可均衡共享终端，根据所述需均衡的负载在所述相邻小区间进行负载均衡；

所述负载均衡单元还用于，计算所述待均衡小区i针对m个相邻小区的相邻小区间切换负载评估值{l_e(i,k), …,l_e(i,k+m)}；

根据如下顺序调整待均衡小区i与其m个相邻小区的负载：

上述公式中，k从0开始取值，l_e(i,j)为终端从小区i切换到相邻小区j时，在相邻小区j产生的负载，为相邻小区j需增加的负载，为向上取整，L′为小区负载；

如果l_e(i,j)小于等于所有共享终端均切换到相邻小区；如果l_e(i,j)值大于选择部分共享终端切换到相邻小区。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括均衡门限设定单元，用于预先设定动态负载均衡门限，在所述待均衡小区负载未达到所述动态负载均衡门限时，不对所述待均衡小区进行负载均衡。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括负载均衡估值单元，用于计算所述待均衡小区i针对m个相邻小区的相邻小区间切换负载评估值；

根据所述负载评估值与负载值的关系，确定切换到相邻小区的共享终端数量。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括共享终端识别单元，用于在所述待均衡小区所属终端中选择处于待均衡小区与相邻小区覆盖重叠区的终端作为共享终端；

所述负载均衡单元从所述共享终端识别单元获取共享终端信息，并从中选择可均衡共享终端。