CN105188091B - 异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，包括：a).判断负载是否超门限；b).根据负载差值应大于预设门限值以及必须与待减负网络存在重叠覆盖区域，确定出待增负网络集合；c).采用综合考虑业务速率、公平性、用户QoS收益和网络无线资源利用率的用户选择策略，选择出目标切换用户；d).目标终端的切换，通过基于效用函数和模糊逻辑的网络选择算法，确定出待增负网络，并切换目标；e).判断负载是否均衡。本发明的负载均衡方法，当存在过载网络时，则自动查找出合适的待增负网络和切换目标用户，将用户切换至待增负网络中，实现对过载网络的减负，保证了各个无线网络的良好运行，保证了用户可始终获得满意的服务。

Description

异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法

技术领域

本发明涉及一种异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，更具体的说，尤其涉及一种在异构网络出现负载不均衡的状况时，可有效提高网络资源的整体利用率和对用户的服务质量的基于强制切换的负载均衡方法。

背景技术

随着人们对于无线网络通信的要求不断提高，单一网络无法满足用户需求，因此各种无线接入网络技术层出不穷，不同接入技术的性能和所适用的场景不同。下一代的无线网络将是多种无线网络相互覆盖共存互补的融合异构网络系统。用户为了获得满意的服务，可以在各种网络间进行无缝切换。

针对异构无线网络系统中各网络间存在的业务量分布不均匀、各类资源模块未得到合理分配和利用的情况下，提出负载均衡技术。负载均衡技术的研究是异构网络无线资源管理研究中至关重要的一方面。负载均衡机制是在重载网络和轻载网络之间进行合理的均衡，灵活分配和动态调整网络的可用资源，降低呼叫阻塞率或切换失败率，最大程度地提高各类无线网络资源的利用率和用户满足度。

根据对当前异构无线网络负载均衡机制中的一些已有算法进行归纳，可以将异构无线网络负载均衡算法分为两大类：基于接入控制的负载均衡算法和基于垂直切换的负载均衡算法。基于接入控制的负载均衡算法是在保证已有业务的通信质量的基础上，判断是否允许新到达的呼叫接入系统，以及合理地选择网络，使得新呼叫接入系统后不会出现负载分布不均的现象。基于垂直切换的负载均衡就是在满足一定触发条件时，如系统的负载不均衡程度达到了门限值，将一定数量的业务切换到负载较轻的网络中，从而防止高负载网络性能恶化，实现系统负载均衡。目前的负载均衡算法在一定程度上解决了网络间的负载不均衡的问题。但在大部分算法没有同时考虑到网络端和用户端的利益，并且在切换用户和目标网络的选择等方面缺乏更加准确的判断和全面的考虑。。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法。

本发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，其特别之处在于，通过以下步骤来实现：a).判断负载是否超门限，网络管理中心周期性地监测系统中各网络的负载情况，如果存在网络的负载值超过过载门限值，则开启迟滞定时器；如果定时时间到仍有过载网络则执行步骤b)，如无过载网络，否则表明无线网络系统负载均衡，继续判断；b).确定待增负网络集合，选取负载值最高的网络作为待减负网络，计算其余网络与待减负网络之间的负载差值，根据负载差值应大于预设门限值以及必须与待减负网络存在重叠覆盖区域这两个条件，确定出可选择待增负网络集合，执行步骤c)；c).选择切换用户，采用综合考虑业务速率、公平性、用户QoS收益和网络无线资源利用率的用户选择策略，选择出合适的用户作为目标切换终端，执行步骤d)；d).目标终端的切换，通过基于效用函数和模糊逻辑的网络选择算法，确定出待增负网络，并将步骤c)中获取的目标切换至待增负网络，执行步骤e)；e).判断负载是否均衡，目标切换至待增负网络后，更新各网络的负载情况，计算网络系统负载值的标准差，如果标准差大于门限值，说明网络系统负载不均衡，则跳转执行步骤a)，进行下一轮的负载均衡算法；如果标准差小于或等于门限值，则本轮的负载均衡算法结束，网络管理中心继续监测整个系统的网络负载状态。

本发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，步骤a)中所述的网络负载值是指连接到一个基站的所有用户需要的资源所占该基站总资源的比例；某一基站的负载值定义如下：

其中，假设基站总资源为R_c(Mchips/s)，基站当前连接用户数为M。每个用户i所需比特速率定义为GR(i)(kbits/s)，调制编码速率为R_mc(i)(bits/symbol)，与之对应的扩频因子为SF(i)(chips/symbol)；若考虑的不是扩频系统，则定义为SF(i)＝1(chips/symbol)；该公式适用于不同的无线接入技术，采用公式(1)进行统一定义，可以忽略不同无线接入网络之间的异构性；其中，GR(i)为用户所需要的传输比特率。

本发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，步骤a)中网络的负载分为轻载、平衡、过载、重载4种状态，定义网络i的三个门限值thd_iL、thd_iB、thd_iH分别为轻载门限、平衡门限、过载门限；

如果系统中第i个网络的负载ρ_i(t)小于轻载门限，ρ_i(t)＜thd_iL，则称该网络i在时刻t处于轻载状态；

如果系统中第i个网络的负载ρ_i(t)大于轻载门限并小于平衡门限，thd_iL＜ρ_i(t)＜thd_iB，则称该网络i在时刻t处于平衡状态；

如果系统中第i个网络的负载ρ_i(t)大于平衡门限并小于过载门限，thd_iB＜ρ_i(t)＜thd_iH，则称该网络i在时刻t处于过载状态；

如果系统中第i个网络的负载ρ_i(t)大于过载门限，ρ_i(t)＞thd_iH，则称该网络i在时刻t处于重载状态；

步骤b)中所述的待增负网络集合的确定通过以下步骤来实现：

b-1).统计超载和未超载集合，无线网络系统中，网络负载为轻载或平衡状态的划入为未超载网络，为过载和重载状态的划入为超载网络，进而建立超载网络集合U_C和未超载网络集合U_NC；b-2).确定待减负网络，从U_C中选择负载值最大的网络U_max，将其作为待减负网络；b-3).计算负载差值，分别计算U_max与U_NC中每一个网络的负载差值Δρ；b-4).与门限值的比较，将步骤b-3)中计算的负载差值Δρ与预先设定的负载差值的门限值thd_ρ进行比较，以避免目标用于在负载差值过小的两个无线网络中进行切换；b-5).组成集合U_z，将所有大于thd_ρ的Δρ所对应的网络组成一个集合U_z，若不存在大于thd_ρ的Δρ，说明虽然存在过载网络，但由于过载网络与其他网络间的差值较小，网络系统处于整体负载较高但均衡的状态，不需要进行负载均衡调整；b-6).是否存在重叠区域的筛选，从集合U_z中去除与U_max不存在重叠区覆盖区域的网络，因为只有存在重叠覆盖区域的网络之间才可进行用户的切换；此时集合U_z中的网络是与U_max重叠覆盖的网络，且负载较轻，可以作为增负网络的待选对象。

本发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，步骤c)中所述切换用户的选择通过以下步骤来实现：c-1).确定目标用户的选择范围，目标用户应该在U_max与步骤b-6)最终确定的U_z集合重叠覆盖的区域内进行选择；c-2).参照业务速率的选择，按照“用户业务的传输速率大小应尽量可以平衡网络之间的负载差值”为原则，选取业务速率合适的用户作为切换用户；c-3).参照公平性的选择，用于用户在网络间切换时存在切换时延，因此按照“尽量选择之前未曾被选中作为切换目标的用户作为切换用户”为原则，选择切换用户；c-4).根据QoS收益和资源利用率进行用户选择，具体通过以下步骤来实现：c-4-1).计算终端的QoS收益，用户终端的QoS可体现用户对所接受服务的满意度，在目标用户选择时应选择QoS收益较小的用户作为切换目标；令I标示所有用户的集合，令J表示所有无线接入网络RAN的集合，定义接入到RAN_j∈J的终端i∈I的QoS收益函数如公式(2)所示：

其中RT代表实时业务，NRT代表非实时业务；对于实时业务，使用平均时延来衡量用户的收益，时延越小，收益越高，对实时业务的时延进行归一化，其中表示平均时延的期望值；对于非实时业务，使用业务的平均速率来衡量用户收益，速率越大，收益越高；表示对非实时业务的速率进行归一化，β_rt、β_nrt为常量，决定了收益函数的陡峭程度；c-4-2).计算无线资源利用率，在选择切换用户时，应选择网络资源利用率低的用户进行切换，终止其对网络的低效占用；终端i在接入的网络j中的资源占用率通过公式(3)进行求取：

其中，α_i,j表示终端与接入网络之间的信道；R_i,j(α_i,j)表示终端在接入网络j中每单位带宽所获得的实际速率；表示终端在接入网络j中理论上可以获得的最大速率；ρ_i,j越大说明网络信道状况越好，终端的无线资源利用率就越高；c-4-3).求取QoS收益和无线资源利用率综合收益，定义w_i,j为用户i在网络j中的QoS收益和无线资源利用率综合收益值，其通过公式(4)进行求取：

w_i,j＝αU_i,j+βρ_i,j (4)

其中，α和β为加权因子，分别表示U_i,j和ρ_i,j所占的权重；c-4-4).选取目标切换用户，根据步骤c-4-3)计算的w_i,j值，选择w_i,j值最小的用户作为目标切换用户。

本发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，步骤d)中通过基于效用函数和模糊逻辑的网络选择算法确定出待增负网络通过以下步骤来实现：d-1).去除不能覆盖用户的网络，目标切换用户选定后，检测用户所处的网络覆盖范围内存在哪些网络，将不能覆盖用户的网络从待选增负网络集合U_C中去除，执行步骤d-2)；d-2).判断是否只有一个可选网络，判断步骤d-1)中所获取的待选增负网络集合U_C中是否只有一个可选网络，如果只有一个可选网络，则将其作为目标增负网络，并将目标用户切换至该网络；如果有两个或两个以上的网络，则执行步骤d-3)；d-3).判断用户的业务类型，判断待切换目标用户所进行的业务是否是实时业务，如果是实时业务则执行步骤d-4)；如果不是实时业务，则执行步骤d-5)；d-4).判断UMTS网络数量，判断网络集合U_C中是否是有且只有一个UMTS网络，如果是，则将该UMTS网络作为待增负网络；如果有两个或两个以上的UMTS网络，则执行步骤d-6)；d-5).判断WLAN网络数量，判断网络集合U_C中是否是有且只有一个WLAN网络，如果是，则将该WLAN网络作为待增负网络；如果有两个或两个以上的WLAN网络，则执行步骤d-6)；d-6).确定待增负网络，根据基于效用函数和模糊逻辑的网络选择算法确定待增负网络，并将目标用于切换至待增负网络。

本发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，步骤d-6)中所述的根据基于效用函数和模糊逻辑的网络选择算法确定待增负网络通过以下方法来实现：

若目标用户为实时业务，则将实时业务阻塞率的效用函数和网络均衡的效用函数作为模糊逻辑系统的输入量；

实时业务阻塞率的效用函数通过公式(5)进行求取：

U_RT(j)＝lgP_RT(j)/lgP_{RT_max} (5)

其中，P_RT(j)表示网络j中实时业务的实际阻塞率，P_{RT_max}表示实时业务所能容忍的最大阻塞率；网络阻塞率越小，效用函数值越大；

网络均衡的效用函数通过公式(6)进行求取：

假设业务m接入到网络j中，x_i为业务m接入到网络j时网络i的负载，x_j为业务m接入前网络j的负载；W_j,m指网络j为业务m提供的带宽，W_T,i指网络j允许接入的最大负载，W_T,j指网络j允许接入的最大负载，K为可选网络的总数；则系统的负载越均衡，效用值就越大；

然后将U_RT(j)和U_B(j)作为两个输入变量进行模糊化、模糊推理和去模糊化；将模糊逻辑系统的最大输出值所对应的网络作为待增负网络；

若目标用户为非实时业务，将业务传输时间的效用函数U_NRT和均衡效用函数U_B(j)作为模糊逻辑系统的输入变量；

非实时业务的传输时间的效用函数通过公式(7)进行求取：

其中，T_{NRT_avg}表示网络中非实时业务的平均传输时间，T_NRT(j)表示网络j中的非实时业务的传输时间，T_{NRT_max}表示非实时业务所允许的最大传输时间；

然后对两个输入变量U_NRT和U_B(j)进行模糊化、模糊推理和去模糊化；将模糊逻辑系统的最大输出值所对应的网络作为待增负网络。

本发明的有益效果是：本发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，针对多种无线网络相互覆盖共存互补的现状，为了提高无线网络的服务质量，当存在过载网络时，则自动查找出合适的待增负网络和切换目标用户，将用户切换至待增负网络中，实现对过载网络的减负，保证了各个无线网络的良好运行，保证了用户可始终获得满意的服务。

发明的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法中，将网络间的负载差值须超过过载门限值作为负载均衡机制触发的条件之一，有效避免了均衡机制的频繁触发；在负载均衡算法的切换用户的选择中，综合考虑了网络的重叠覆盖范围、业务速率、用户QoS收益和网络资源利用率方面的因素，在降低算法复杂度的同时保证了算法的精确性；在负载均衡算法的待增负网络选择方法中，分别针对实时业务和非实时业务设计了各自的算法流程，能够更好地选择出合适的目标切换网络，并且提高了用户的满意度和整体系统的无线网络资源利用率。

附图说明

图1为本发明的异构无线网络系统的原理图；

图2为本发明的确定待减负网络和可选待增负网络集合流程图；

图3为本发明的待增负网络选择流程图；

图4为本发明的模糊逻辑系统的原理图；

图5为本发明的matlab中模糊逻辑系统结构图；

图6为本发明的模糊化的隶属度函数图；

图7为本发明的模糊规则推理图；

图8为本发明的模糊逻辑系统的输入输出计算效果图；

图9为本发明的算法整体流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

图1为异构无线网络的系统图，本发明采用的网络是最常见的通用移动通信系统UMTS和无线局域网WLAN。在该网络系统中包括两个UMTS和四个WLAN，网络的基站和无线接入点在图中已标出，分别为BS1、BS2、AP1、AP2、AP3、AP4,为了算法表示的便利性，将其对应的六个网络分别标记为U1、U2、U3、U4、U5、U6。用户终端在整个网络中随机分布，图中将有代表性的几个终端进行了标记，分别为UE1、UE2、UE3、UE4、UE5、UE6。UE1处于网络U1和U3的重叠覆盖区域内；UE2处于U1、U2、U4、U5的重叠覆盖区域内；UE3处于U1、U2、U5的重叠覆盖区域内；UE4处于U1、U2的重叠覆盖范围内；UE5处于U2、U6的重叠覆盖区域内。

下面根据该异构无线网络系统图举例说明本发明所提出的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡算法。步骤如下：

系统的网络管理中心周期性监测系统中各网络的负载状况，假设发现U1为过载网络，而U2、U3、U4、U5、U6均为未过载网络。则过载网络集合为U_C＝{U1}，未过载网络集合为U_NC＝{U2 U3 U4 U5 U6}。

(二)选择负载值最大的网络作为待减负网络，并且根据一定的条件确定出可选择的待增负网络集合。具体步骤：

(1)选择负载值最大的网络U1为待减负网络U_max，分别计算U1和U2、U3、U4、U5、U6之间的负载差值Δρ。

(2)将Δρ和预先设定的负载门限值thd_ρ进行比较。

(3)假设经计算发现U1和U2、U4、U5、U6的负载差值Δρ均大于门限值thd_ρ，则将这四个网络组成一个集合U_z＝{U2 U4 U5 U6}。

(4)将与U1没有网络重叠覆盖范围的U6从U_z中去除，则此时U_z＝{U2 U4 U5}。则U_z中的各网络作为可选待增负网络。

(三)根据用户选择策略进行目标切换用户的选择。在实际运算中本步骤选择出的目标切换用户只有一个，但为了方便对第(四)步中算法可能存在的各种可能情况进行讨论，所以假设选择出三个用户：UE2、UE3、UE4。

选择完用户后，将不能覆盖用户的网络从U_z中去除。则当目标用户为UE2时，对应的U_z＝{U2 U4 U5}；当目标用户为UE3时，对应的U_z＝{U2 U5}；当目标用户为UE4时，对应的U_z＝{U2}。

(四)根据(三)中所选择的用户，分以下几种情况进行讨论：

对于用户UE4，由于U_z中可选网络只有U2，所以确定U2为待增负网络，将UE4切换至U2。

对于用户UE3，由于U2中可选网络有U2、U5，所以需要判断UE3所进行的业务是实时业务还是非实时业务。若为实时业务，因为U2为UMTS网络，而U5为WLAN网络，所以选择U2为待增负网络；若为非实时业务，则选择U5为待增负网络。

对于用户UE2，由于U_z中可选网络有U2、U4、U5，所以需要判断UE2所进行的业务是实时业务还是非实时业务。若为实时业务，因为只有U2为UMTS网络，这时选择U2为待增负网络；若为非实时业务，因为U4、U5均为WLAN网络，所以需要进入基于效用函数和模糊逻辑算法的网络选择算法进一步地计算。

选择基于效用函数和模糊逻辑的网络选择算法的最大输出值所对应的网络作为待增负网络，然后将用户切换至待增负网络。

更新各网络的负载情况，计算网络系统负载率的标准差，如果标准差大于门限值，说明网络系统负载不均衡，则进入(一)进行下一轮的负载均衡算法；否则算法结束，网络管理中心继续监测整个系统的网络负载状态。

图2为发明的确定待减负网络和可选待增负网络集合流程图，该流程图对应的具体步骤为：

a：统计出超载网络的集合U_C和未超载网络的集合U_NC；

b：并从U_C中选择负载值最大的网络U_max，将其作为待减负网络；

c：分别计算U_max和U_NC中每一个网络的负载差值Δρ；

d：将Δρ与预先设定的负载差值门限值thd_ρ进行比较；之所以考虑网络间负载差值Δρ的大小，是为了避免网络间频繁的切换。处于相同负载状态的两个网络，例如均处于过载状态，则无需进行负载均衡算法的执行；处于不同负载状态，若负载差值过小，也不会触发负载均衡机制，例如过载状态的网络不能将负载转移至平衡状态的网络。

e：将所有大于thd_ρ的Δρ所对应的网络组成一个集合U_Z，若不存在大于thd_ρ的Δρ，则说明虽存在过载网络，但由于过载网络和其他网络间的负载差值较小，网络系统处于整体负载较高但均衡的状态，不需要进行负载均衡调整，算法结束。

f：从集合中去除与U_max不存在重叠覆盖区域的网络，因为重叠覆盖的网络间才可进行用户的切换，所以过载网络只能选择与其存在重叠覆盖区域的网络作为增负网络。此时U_Z集合中的网络是与U_max重叠覆盖的网络，且负载较轻，可作为增负网络的待选对象。

图3本发明的待增负网络选择流程图，该流程图所对应的具体步骤为：

a：确定可选待增负网络集合U_Z。选定用户后，检测在用户所处的网络覆盖范围内存在哪些网络，将不能覆盖用户的网络从待选增幅网络集合U_Z中去除。

b：若此时可选待增负网络集合U_Z中只有一个可选网络，则将其作为目标增负网络，否则进入c。

c：判断用户所进行的业务是否是实时业务，若是则进入d，否则进入e。

d：若U_Z中有且只有一个UMTS网络，则将该UMTS网络确定为待增负网络，否则进入f。

e：若U_Z中有且只有一个WLAN网络，则将该WLAN网络确定为待增负网络，否则进入f。

f：根据基于效用函数和模糊逻辑算法确定待增负网络，并将用户切换至待增负网络。

图4为本发明的模糊逻辑系统结构图，在本发明中模糊逻辑的处理所使用的工具是matlab中的fuzzy工具箱，图5为matlab中对应的模糊逻辑系统结构图。本发明的模糊逻辑系统采用的是两个输入变量一个输出变量的逻辑结构。模糊逻辑系统可以分为三部分：模糊化、模糊推理、解模糊化。

(1)模糊化。

模糊化是将系统的输入量转化成模糊量。首先将输入量转化成模糊控制器要求的输入量，然后对输入量进行尺度变换，最后进行模糊化处理，用模糊集合表示，如{低，中，高}。每个变量的等级序列中的元素均有隶属度，因此用隶属度函数来表示变量和等级序列之间的隶属关系。

图6为模糊化的隶属度函数图，图中mf1、mf2、mf3分别表示等级序列中的三个元素，如{L，M，H}，其中L表低，M表示一般，H表示高。等级L和H采用的是trapmf函数，M采用的是trimf函数。

(2)模糊推理

模糊推理是基于模糊逻辑中的模糊推理规则进行推理，模糊逻辑推理中最重要的部分是模糊控制规则库，模糊规则的构成方法目前最常用的是Zadeh提出的利用语言变量构成模糊规则的方法，其表示形式为：

IF(满足预设条件)

THEN(得出相应结果)。

本发明的模糊规则库如图7所示。因为本发明的模糊逻辑系统有两个输入变量，且每个变量有三个模糊等级，所以共有3×3＝9条模糊规则。

(3)去模糊化

输入变量经过模糊化进入模糊规则库进行模糊推理，推理结束后得出的输出仍为模糊变量，需要经过去模糊化等到精确的输出值，本发明采用质心法进行解模糊。

图8为模糊逻辑系统的输入输出计算效果图。如图所示，当输入变量即实时业务的阻塞率效用函数值和负载均衡效用函数值分别为0.3和0.85时，系统的输出值为0.335。

图9为本发明的算法整体流程图，该流程图对应的具体步骤为：

a：系统的网络中心周期性地监测系统中各网络的负载情况，如果存在网络的负载值超过负载门限值，则开启迟滞定时器，若到时仍有过载网络则进行第二步，否则表明系统负载均衡，算法停止。

b：选择负载最高的网络作为待减负网络，计算其他网络和待减负网络间的负载差值，定义待增负网络集合，根据负载差值是否大于预设门限值以及其他网络是否和待增负网络重叠覆盖这两个条件，确定出可选择待增负网络集合。

c：从用户和网络双方角度出发，根据综合考虑了业务速率、用户QoS收益、网络无线资源利用率和公平性的用户选择策略，选择出合适的用户作为目标切换终端。

d：分别针对实时业务和非实时业务设计不同的目标增负网络选择流程，通过基于效用函数和模糊逻辑的网络选择算法确定待增负网络，并将目标终端由减负网络切换至待增负网络。

e：更新各网络的负载情况，计算网络系统负载率的标准差，如果标准差大于门限值，说明网络系统负载不均衡，则进入a进行下一轮的负载均衡算法；否则算法结束，网络管理中心继续监测整个系统的网络负载状态。

Claims (4)

1.一种异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).判断负载是否超门限，网络管理中心周期性地监测系统中各网络的负载情况，如果存在网络的负载值超过过载门限值，则开启迟滞定时器；如果定时时间到仍有过载网络则执行步骤b)，如无过载网络，否则表明无线网络系统负载均衡，继续判断；

b).确定待增负网络集合，选取负载值最高的网络作为待减负网络，计算其余网络与待减负网络之间的负载差值，根据负载差值应大于预设门限值以及必须与待减负网络存在重叠覆盖区域这两个条件，确定出可选择待增负网络集合，执行步骤c)；

c).选择切换用户，采用综合考虑业务速率、公平性、用户QoS收益和网络无线资源利用率的用户选择策略，选择出合适的用户作为目标切换终端，执行步骤d)；

d).目标终端的切换，通过基于效用函数和模糊逻辑的网络选择算法，确定出待增负网络，并将步骤c)中获取的目标切换至待增负网络，执行步骤e)；

e).判断负载是否均衡，目标切换至待增负网络后，更新各网络的负载情况，计算网络系统负载值的标准差，如果标准差大于门限值，说明网络系统负载不均衡，则跳转执行步骤a)，进行下一轮的负载均衡算法；如果标准差小于或等于门限值，则本轮的负载均衡算法结束，网络管理中心继续监测整个系统的网络负载状态；

步骤a)中所述的网络负载值是指连接到一个基站的所有用户需要的资源所占该基站总资源的比例；某一基站的负载值定义如下：

其中，假设基站总资源为R_c(Mchips/s)，基站当前连接用户数为M；每个用户i所需比特速率定义为GR(i)(kbits/s)，调制编码速率为R_mc(i)(bits/symbol)，与之对应的扩频因子为SF(i)(chips/symbol)；若考虑的不是扩频系统，则定义为SF(i)＝1(chips/symbol)；该公式适用于不同的无线接入技术，采用公式(1)进行统一定义，可以忽略不同无线接入网络之间的异构性；其中，GR(i)为用户所需要的传输比特率；

步骤a)中网络的负载分为轻载、平衡、过载、重载4种状态，定义网络i的三个门限值thd_iL、thd_iB、thd_iH分别为轻载门限、平衡门限、过载门限；

如果系统中第i个网络的负载ρ_i(t)小于轻载门限，ρ_i(t)＜thd_iL，则称该网络i在时刻t处于轻载状态；

如果系统中第i个网络的负载ρ_i(t)大于轻载门限并小于平衡门限，thd_iL＜ρ_i(t)＜thd_iB，则称该网络i在时刻t处于平衡状态；

如果系统中第i个网络的负载ρ_i(t)大于平衡门限并小于过载门限，thd_iB＜ρ_i(t)＜thd_iH，则称该网络i在时刻t处于过载状态；

如果系统中第i个网络的负载ρ_i(t)大于过载门限，ρ_i(t)＞thd_iH，则称该网络i在时刻t处于重载状态；

步骤b)中所述的待增负网络集合的确定通过以下步骤来实现：

b-1).统计超载和未超载集合，无线网络系统中，网络负载为轻载或平衡状态的划入为未超载网络，为过载和重载状态的划入为超载网络，进而建立超载网络集合U_C和未超载网络集合U_NC；

b-2).确定待减负网络，从U_C中选择负载值最大的网络U_max，将其作为待减负网络；

b-3).计算负载差值，分别计算U_max与U_NC中每一个网络的负载差值Δρ；

b-4).与门限值的比较，将步骤b-3)中计算的负载差值Δρ与预先设定的负载差值的门限值thd_ρ进行比较，以避免目标用于在负载差值过小的两个无线网络中进行切换；

b-5).组成集合U_z，将所有大于thd_ρ的Δρ所对应的网络组成一个集合U_z，若不存在大于thd_ρ的Δρ，说明虽然存在过载网络，但由于过载网络与其他网络间的差值较小，网络系统处于整体负载较高但均衡的状态，不需要进行负载均衡调整；

b-6).是否存在重叠区域的筛选，从集合U_z中去除与U_max不存在重叠区覆盖区域的网络，因为只有存在重叠覆盖区域的网络之间才可进行用户的切换；此时集合U_z中的网络是与U_max重叠覆盖的网络，且负载较轻，可以作为增负网络的待选对象。

2.根据权利要求1所述的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，其特征在于，步骤c)中所述切换用户的选择通过以下步骤来实现：

c-1).确定目标用户的选择范围，目标用户应该在U_max与步骤b-6)最终确定的U_z集合重叠覆盖的区域内进行选择；

c-2).参照业务速率的选择，按照“用户业务的传输速率大小应尽量可以平衡网络之间的负载差值”为原则，选取业务速率合适的用户作为切换用户；

c-3).参照公平性的选择，用于用户在网络间切换时存在切换时延，因此按照“尽量选择之前未曾被选中作为切换目标的用户作为切换用户”为原则，选择切换用户；

c-4).根据QoS收益和资源利用率进行用户选择，具体通过以下步骤来实现：

c-4-1).计算终端的QoS收益，用户终端的QoS可体现用户对所接受服务的满意度，在目标用户选择时应选择QoS收益较小的用户作为切换目标；令I标示所有用户的集合，令J表示所有无线接入网络RAN的集合，定义接入到RAN_j∈J的终端i∈I的QoS收益函数如公式(2)所示：

其中RT代表实时业务，NRT代表非实时业务；对于实时业务，使用平均时延来衡量用户的收益，时延越小，收益越高，对实时业务的时延进行归一化，其中表示平均时延的期望值；对于非实时业务，使用业务的平均速率来衡量用户收益，速率越大，收益越高；表示对非实时业务的速率进行归一化，β_rt、β_nrt为常量，决定了收益函数的陡峭程度；

c-4-2).计算无线资源利用率，在选择切换用户时，应选择网络资源利用率低的用户进行切换，终止其对网络的低效占用；终端i在接入的网络j中的资源占用率通过公式(3)进行求取：

其中，α_i,j表示终端与接入网络之间的信道；R_i,j(α_i,j)表示终端在接入网络j中每单位带宽所获得的实际速率；表示终端在接入网络j中理论上可以获得的最大速率；ρ_i,j越大说明网络信道状况越好，终端的无线资源利用率就越高；

c-4-3).求取QoS收益和无线资源利用率综合收益，定义w_i,j为用户i在网络j中的QoS收益和无线资源利用率综合收益值，其通过公式(4)进行求取：

w_i,j＝αU_i,j+βρ_i,j (4)

其中，α和β为加权因子，分别表示U_i,j和ρ_i,j所占的权重；

c-4-4).选取目标切换用户，根据步骤c-4-3)计算的w_i,j值，选择w_i,j值最小的用户作为目标切换用户。

3.根据权利要求2所述的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，其特征在于，步骤d)中通过基于效用函数和模糊逻辑的网络选择算法确定出待增负网络通过以下步骤来实现：

d-1).去除不能覆盖用户的网络，目标切换用户选定后，检测用户所处的网络覆盖范围内存在哪些网络，将不能覆盖用户的网络从待选增负网络集合U_C中去除，执行步骤d-2)；

d-2).判断是否只有一个可选网络，判断步骤d-1)中所获取的待选增负网络集合U_C中是否只有一个可选网络，如果只有一个可选网络，则将其作为目标增负网络，并将目标用户切换至该网络；如果有两个或两个以上的网络，则执行步骤d-3)；

d-3).判断用户的业务类型，判断待切换目标用户所进行的业务是否是实时业务，如果是实时业务则执行步骤d-4)；如果不是实时业务，则执行步骤d-5)；

d-4).判断UMTS网络数量，判断网络集合U_C中是否是有且只有一个UMTS网络，如果是，则将该UMTS网络作为待增负网络；如果有两个或两个以上的UMTS网络，则执行步骤d-6)；

d-5).判断WLAN网络数量，判断网络集合U_C中是否是有且只有一个WLAN网络，如果是，则将该WLAN网络作为待增负网络；如果有两个或两个以上的WLAN网络，则执行步骤d-6)；

d-6).确定待增负网络，根据基于效用函数和模糊逻辑的网络选择算法确定待增负网络，并将目标用于切换至待增负网络。

4.根据权利要求2所述的异构无线网络系统中基于强制切换的负载均衡方法，其特征在于，步骤d-6)中所述的根据基于效用函数和模糊逻辑的网络选择算法确定待增负网络通过以下方法来实现：

若目标用户为实时业务，则将实时业务阻塞率的效用函数和网络均衡的效用函数作为模糊逻辑系统的输入量；

实时业务阻塞率的效用函数通过公式(5)进行求取：

U_RT(j)＝lgP_RT(j)/lgP_{RT_max} (5)

其中，P_RT(j)表示网络j中实时业务的实际阻塞率，P_{RT_max}表示实时业务所能容忍的最大阻塞率；网络阻塞率越小，效用函数值越大；

网络均衡的效用函数通过公式(6)进行求取：

假设业务m接入到网络j中，x_i为业务m接入到网络j时网络i的负载，x_j为业务m接入前网络j的负载；W_j,m指网络j为业务m提供的带宽，W_T,i指网络j允许接入的最大负载，W_T,j指网络j允许接入的最大负载，K为可选网络的总数；则系统的负载越均衡，效用值就越大；

然后将U_RT(j)和U_B(j)作为两个输入变量进行模糊化、模糊推理和去模糊化；将模糊逻辑系统的最大输出值所对应的网络作为待增负网络；

若目标用户为非实时业务，将业务传输时间的效用函数U_NRT和均衡效用函数U_B(j)作为模糊逻辑系统的输入变量；

非实时业务的传输时间的效用函数通过公式(7)进行求取：

其中，T_{NRT_avg}表示网络中非实时业务的平均传输时间，T_NRT(j)表示网络j中的非实时业务的传输时间，T_{NRT_max}表示非实时业务所允许的最大传输时间；

然后对两个输入变量U_NRT和U_B(j)进行模糊化、模糊推理和去模糊化；将模糊逻辑系统的最大输出值所对应的网络作为待增负网络。