CN105530049A - 一种室内可见光异构网络中的负载均衡方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种室内可见光异构网络中的负载均衡方法及装置。移动终端被多个可见光AP重叠覆盖，可见光AP实现负载均衡的一种方法，当移动终端接收到多个光功率时，向覆盖其的可见光AP发送信息，可见光AP将这些信息发送给可见光管理单元，可见光管理单元根据计算出每个终端设备对应覆盖下可见光AP的参数值，向参数值最大的可见光AP发送请求接入终端设备列表，可见光管理单元根据可见光AP相关信息确定该可见光AP当前效用值，找出效用值大于阈值的终端设备，通知可见光AP接入该终端设备，可见光AP向终端设备发送接入信号，终端设备接入该可见光AP。应用本发明实施例所提供的技术方案，实现负载均衡，提高资源利用率。

Description

一种室内可见光异构网络中的负载均衡方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种室内可见光异构网络中的负载均衡方法及装置。

背景技术

可见光通信(VisibleLightCommunication,VLC)系统作为5G网络的一种很有前途的室内小小区系统，提供了超过3Gbps的巨大的数据传输速率的潜力，同时满足节能照明的需求。此外，可见光通信充分利用免授权频谱带宽，可以卸载射频(RF)网络的负载，并且显著提高网络容量，无需额外的电磁干扰。

但是，单一的可见光网络存在一些潜在的缺点：

1)由于光为视距传播，在非视距条件下性能差；

2)由于可见光接入节点的覆盖范围较小，终端设备移动时会在可见光小区覆盖范围内频繁切换；

3)由于光的视距传播特性，使得可见光上行信道易受阻挡，导致上行信道通信条件差。

为克服这些缺点，构建了VLC-LTE异构网络，使LTE网络和VLC网络相互补充，以提供可靠低时延的上行信道，并达到高数据服务速率以及无缝连接的目的。

在现有技术中的VLC-LTE异构网络中，在对终端设备进行接入时，是基于最大参考信号接收功率(RSRP)的，但因RSRP受可扩展性、切换开销、以及公平性的限制，不适用于异构网络的负载均衡。因此，提出一个适用于VLC-LTE异构网络的负载均衡的方案是一项亟待研究的关键问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种室内可见光异构网络中的负载均衡方法及装置，用以实现VLC-LTE异构网络中的负载均衡。

为了达到上述目的，本发明实施例公开了一种室内可见光异构网络中的负载均衡方法，所述方法包括以下步骤：

可见光管理单元接收可见光接入节点转发的每个终端设备向可见光接入点发送的接入请求，其中每个终端设备发送的接入请求中携带该终端设备的位置信息，及所述终端设备当前所在的每个可见光接入节点服务下的下行速率；

可见光管理单元针对每个终端设备的接入请求，计算该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，确定该终端设备待接入的每个可见光接入节点，其中所述终端设备位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内；

可见光管理单元针对每个终端设备，按参数值从大到小的顺序，依次根据每个可见光接入节点自身及与该可见光接入节点相邻的每个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量，以及接收到的该终端设备与对应的每个可见光接入节点的参数值，确定该可见光接入节点当前对应的效用值；当效用值大于设定阈值时，通知所述终端设备接入该可见光接入节点。

可选的，所述针对每个终端设备的接入请求，计算该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值包括：

根据确定该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，其中w_i,j为终端设备i相对于可见光接入节点j的参数值，θ_i,j∈[0,π]为终端设备i的移动方向与终端设备i的位置及该可见光接入节点j所在位置的连线之间的夹角，为终端设备i被可见光接入节点j服务时的下行速率。

可选的，所述根据每个可见光接入节点自身及与该可见光接入节点相邻的每个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量，以及接收到的该终端设备与对应的每个可见光接入节点的参数值，确定该可见光接入节点当前对应的效用值包括：

根据确定该可见光接入节点当前对应的效用值，其中P_w(S)为第w个可见光接入节点当前对应的效用值，V_w＝{j∈Ve(w,j)＝1}，V_w为与可见光接入节点w相邻的可见光接入节点的数量，其中所述数量中包括所述可见光接入节点w，f_w为第w个可见光接入节点的负载均衡因子，w_i,w是终端设备i相对于可见光接入节点w的参数值，k_j为V_w中第j个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量。

可选的，所述方法还包括：

当终端设备位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内，其该至少两个可见光接入节点当前对应的效用值都小于设定阈值时，向所述终端设备发送接入失败响应信息。

可选的，所述方法还包括：

当所述终端设备只唯一位于一个可见光接入节点的覆盖范围内时，通知所述终端设备接入该唯一一个可见光接入节点；

当所述终端设备未位于可见光接入节点的覆盖范围内时，通知所述终端设备接入LTE网络。

为了达到上述目的，本发明实施例还公开了一种室内可见光异构网络中的负载均衡装置，所述装置包括：

接收单元，用于接收可见光接入节点转发的每个终端设备向可见光接入点发送的接入请求，其中每个终端设备发送的接入请求中携带该终端设备的位置信息，及所述终端设备当前所在的每个可见光接入节点服务下的下行速率；

确定单元，用于针对每个终端设备的接入请求，计算该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，确定该终端设备待接入的每个可见光接入节点，其中所述终端设备位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内；

计算通知单元，用于针对每个终端设备，按参数值从大到小的顺序，依次根据每个可见光接入节点自身及与该可见光接入节点相邻的每个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量，以及接收到的该终端设备与对应的每个可见光接入节点的参数值，确定该可见光接入节点当前对应的效用值；当效用值大于设定阈值时，通知所述终端设备接入该可见光接入节点。

可选的，所述确定单元，具体用于根据确定该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，其中w_i,j为终端设备i相对于可见光接入节点j的参数值，θ_i,j∈[0,π]为终端设备i的移动方向与终端设备i的位置及该可见光接入节点j所在位置的连线之间的夹角，为终端设备i被可见光接入节点j服务时的下行速率。

可选的，所述计算通知单元，具体用于根据确定该可见光接入节点当前对应的效用值，其中P_w(S)为第w个可见光接入节点当前对应的效用值，V_w＝{j∈V|e(w,j)＝1}，V_w为与可见光接入节点w相邻的可见光接入节点的数量，其中所述数量中包括所述可见光接入节点w，f_w为第w个可见光接入节点的负载均衡因子，w_i,w是终端设备i相对于可见光接入节点w的参数值，k_j为V_w中第j个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量。

可选的，所述计算通知单元，还用于当终端设备位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内，其该至少两个可见光接入节点当前对应的效用值都小于设定阈值时，向所述终端设备发送接入失败响应信息。

可选的，所述计算通知单元，还用于当所述终端设备只唯一位于一个可见光接入节点的覆盖范围内时，通知所述终端设备接入该唯一一个可见光接入节点；当所述终端设备未位于可见光接入节点的覆盖范围内时，通知所述终端设备接入LTE网络。

本发明实施例提供了一种室内可见光异构网络中的负载均衡方法及装置，该方法中可见光管理单元接收可见光接入点转发的移动终端向可见光接入点发送的接入请求，其中每个终端设备发送的接入请求中携带该终端设备与对应的可见光接入节点的位置信息，及所述终端设备在所述可见光接入节点服务下的下行速率，可见光管理单元根据这些信息计算所述终端设备的参数值，选出第一可见光接入点，且所述多个终端设备位于至少两个可见光节点的覆盖范围内，所述第一可见光接入节点对应的参数值最大。可见光管理单元针对每个终端设备，根据第一可见光接入节点根据自身及相邻的每个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量，以及接收到的该终端设备与对应的每个可见光接入节点的参数值，确定该终端设备当前对应的效用值，连接效用值大于设定阈值的终端设备。在本发明实施例中通过可见光管理单元获取每个终端设备当前的位置信息及所在的每个可见光接入节点服务下的下行速率，从而确定每个终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，从参数值从大到小的顺序，依次根据每个可见光接入节点当前对应的效用值，判断该终端设备是否能够接入该可见光接入节点，当效用值大于设定阈值时，通知终端设备接入该可见光接入节点，从而保证终端设备在接入可见光接入节点时，考虑了可见光接入节点的最大可接入终端设备的数量和终端设备的移动情况，实现了负载均衡，提高了资源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种室内可见光异构网络中的负载均衡方法的示意流程图；

图2为本发明实施例提供的可见光和LTE异构融合网络模型图；

图3为本发明实施例提供的可见光信道模型中入射角、反射角和接收器视角示意图；

图4为本发明实施例提供的异构融合网络负载均衡方法具体示意场景图；

图5为本发明实施例提供的负载均衡方法的效用示意图；

图6为本发明实施例提供的负载均衡方法的吞吐量示意图；

图7为本发明实施例提供的负载均衡方法的切换示意图；

图8为本发明实施例提供的负载均衡方法的公平性示意图；

图9为本发明实施例提供的一种室内可见光异构网络中的负载均衡装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例所提供的一种室内可见光异构网络中的负载均衡方法的实施流程图，该方法可以包括以下步骤：

S1：可见光管理单元接收可见光接入节点转发的每个移动终端向可见光接入点发送的接入请求，其中每个终端设备发送的接入请求中携带该终端设备的位置信息，及所述终端设备当前所在的每个可见光接入节点服务下的下行速率。

可见光管理单元位于可见光接入节点(AP)端且与可见光AP独立，可见光管理单元可以与可见光AP进行通信，获取并存储终端设备的相关信息、可见光AP的相关信息，并根据存储的信息进行相关计算，确定每个可见光AP接入的终端设备。

当终端设备发送接入请求时，将该接入请求发动到对应的某一可见光AP，该接入请求中携带该终端设备的位置信息，及所述终端设备当前所在的每个可见光接入节点服务下的下行速率，终端设备位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内，该某一可见光AP位该至少两个可见光AP中的任意一个。

S2：可见光管理单元针对每个终端设备的接入请求，计算该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，确定该终端设备待接入的每个可见光接入节点，其中所述终端设备位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内。

可见光管理单元当前可能接收到了多个终端设备发送的接入请求，其中每个终端设备都位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内。可见光管理单元针对每个终端设备分别进行计算，确定该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值。

具体的，在本发明实施例中所述针对每个终端设备的接入请求，计算该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值包括：

根据确定该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，其中w_i,j为终端设备i相对于可见光接入节点j的参数值，θ_i,j∈[0,π]为终端设备i的移动方向与终端设备i的位置及该可见光接入节点j所在位置的连线之间的夹角，为终端设备i被可见光接入节点j服务时的下行速率。

S3：可见光管理单元针对每个终端设备，按参数值从大到小的顺序，依次根据每个可见光接入节点自身及与该可见光接入节点相邻的每个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量，以及接收到的该终端设备与对应的每个可见光接入节点的参数值，确定该可见光接入节点当前对应的效用值；当效用值大于设定阈值时，通知所述终端设备接入该可见光接入节点。

具体的，在本发明实施例中所述根据每个可见光接入节点自身及与该可见光接入节点相邻的每个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量，以及接收到的该终端设备与对应的每个可见光接入节点的参数值，确定该可见光接入节点当前对应的效用值包括：

根据确定该可见光接入节点当前对应的效用值，其中P_w(S)为第w个可见光接入节点当前对应的效用值，V_w＝{j∈V|e(w,j)＝1}，V_w为与可见光接入节点w相邻的可见光接入节点的数量，其中所述数量中包括所述可见光接入节点w，f_w为第w个可见光接入节点的负载均衡因子，w_i,w是终端设备i相对于可见光接入节点w的参数值，k_j为V_w中第j个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量。其中，设定阈值可以根据需要进行设定，例如可以为1*10⁵、2*10⁵、2.5*10⁵等。

在本发明实施例中通过可见光管理单元获取每个终端设备当前的位置信息及所在的每个可见光接入节点服务下的下行速率，从而确定每个终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，按照参数值从大到小的顺序，依次根据每个可见光接入节点当前对应的效用值，判断该终端设备是否能够接入该可见光接入节点，当效用值大于设定阈值时，通知终端设备接入该可见光接入节点，从而保证终端设备在接入可见光接入节点时，考虑了可见光接入节点的最大可接入终端设备的数量和终端设备的移动情况，实现了负载均衡，提高了资源利用率。

具体的，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，在确定终端设备接入的可见光接入节点时，是按照参数值从大到小的顺序，依次确定每个可见光接入节点当前对应的效用值，当效用值大于设定阈值时，通知所述终端设备接入该可见光接入节点。

因为终端设备在至少两个可见光AP的重叠覆盖区域内，针对每个可见光AP，根据终端设备i的移动方向与终端设备i的位置及该可见光接入节点j所在位置的连线之间的夹角，为终端设备i被可见光接入节点j服务时的下行速率，可以确定该终端设备相对于该可见光AP的参数值。

针对每个终端设备当确定了该终端设备相对于每个可见光AP的参数值后，先找参数值的最大值对应的可见光AP，根据该可见光AP自身及与该可见光接入节点相邻的每个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量，以及接收到的该终端设备与对应的每个可见光接入节点的参数值，确定该可见光接入节点当前对应的效用值。判断效用值是否大于设定阈值，当效用值大于设定阈值时，通知终端设备接入该可见光AP。如果该可见光AP的效用值不大于设定阈值，可见光管理单元查找除该最大值外的参数值中的最大值对应的可见光AP，并仍按照上述方式确定该终端设备是否能够接入该可见光AP。之后的过程与上述过程类似，这里就不再赘述。

本发明实施例所针对的是可见光和LTE异构融合网络，针对的是终端设备位于光重叠区域中时的负载均衡方法。可见光和LTE异构网络的模型图如图2所示，图中位于天花板上的每一个菱形表示的是可见光AP，中间的环形结构为可见光管理单元，可见光管理单元是位于可见光AP端的，且与可见光AP是独立的，位于地面处的每一个椭圆表示的是终端设备。可见光管理单元存储终端设备的相关信息、可见光AP的相关信息，并进行相关计算，确定每个可见光AP接入的终端设备。

其中，可见光信道模型如下：可见光的直射路径损耗，可由下式得出。

其中，m是可见光AP的辐射模式，此处m值为1，A是安装于终端设备上的光电探测器的接收面积参照表1本发明实施例中其取值为1cm²，D_d是可见光AP与终端设备之间的距离，ψ是入射角，φ是发射角，T_s(ψ)是位于终端设备的光滤波器增益，g(φ)是位于终端设备的光聚能器增益，φ_c是终端设备的光接收器视角，即FOV，当入射角小于FOV时，光接收器可以接收到LED功率，否则光接收器无法接收到LED功率。m＝1,T_s(φ)＝1,g(φ)＝1,A＝1cm²，可见光信道模型中入射角、反射角和接收器视角示意图如图3所示，图3中的d即为可见光AP(transmitter)与终端设备(receiver)之间的距离D_d，发射角φ为发射光线与图中所示虚线的夹角，所示虚线为可见光AP到地面的垂线；接收器的接收面为一个锥面，入射角ψ为入射光线与接收器的中垂线的夹角，该中垂线即为所述锥面的中垂线。

终端设备i被可见光APj服务的信干噪比为：

${\mathrm{SINR}}_i^j=\frac{{\mathrm{\γ}}^2{\left(P_i{H}_i^j\right)}^2}{N_{0}B+{\mathrm{\γ}}^2\underset{r\∈S_i}{\Σ}{\left(P_t{H}_i^r\right)}^2}$

就是用户i到可见光APj的路径损耗，是可见光APr到用户i的路径损耗，其中γ为光电转换效率，P_t为可见光AP的光发射功率，N₀为光噪声功率谱密度，B为可见光调制带宽，S_i为可见光AP覆盖区域范围内的用户集合。信道参数及其取值如表1所示：

表1

因此，终端设备i接入可见光APj后，终端设备i被可见光接入节点j服务时的下行速率为：

$R_i^j=B{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_i^j)$

根据LTE信道模型，终端设备i接入LTE网络后可达到的速率为：

$R_i^0=B_0{\log }_2(1+\frac{p_0\·g_i}{N_0\·B_0})$

P₀为LTE基站发射功率，N₀为LTE信道噪声功率谱密度，B₀为LTE带宽，g_i为终端设备i在LTE网络中的信道增益。

在上述的VLC-LTE异构网络中，一些终端设备可能处于可见光AP重叠覆盖区域，为了达到负载的均衡，需要为这些终端设备选择合适的可见光AP接入，本发明实施例利用图论来描述网络拓扑和负载间的联系。

网络可见光AP覆盖图可定义为G_C＝{U,V,E_uv}的二部图，U＝{1,2,...,K}是用户终端设备集合，V＝{0,1,2,...,M}是LTE网络和可见光网络APs的集合。E_uv表示U和V之间的边，e_i,j＝1表示终端设备i在可见光APj的覆盖范围内，e_i,j＝0表示终端设备i未在可见光APj的覆盖范围内。

一个合法的接入结果是覆盖图G_C的子图其中每个终端设备最多可接入一个可见光AP，每个可见光AP最多可同时服务q_w个终端设备，即每个可见光AP最多可接入q_w个终端设备。

负载图定义为无向图G_L＝{V,E_vv}，E_vv是可见光APs间的边集合。e_i,j＝1表示可见光APi和可见光APj相邻，即可见光APi和可见光APj有重叠覆盖区域，e_i,j＝0表示可见光APi和可见光APj不相邻。

负载均衡的图是根据终端设备的位置动态生成的，而负载图可以精确反映重叠区域的覆盖情况。基于动态的负载图，本发明实施例定义了可见光APw的负载均衡因子为f_w：

$f_w=\frac{({\underset{j\∈V_w}{\Σ}{k}_j)}^2}{\left|V_w\right|\underset{j\∈V_w}{\Σ}{k}_j^2}$

其中，V_w＝{j∈V|e(w,j)＝1}表示可见光APw相邻可见光AP的集合，包括可见光APw自己。k_j定义了可见光APj已经接入的终端设备的数量。f_w的作用是帮助终端设备接入合适的可见光AP以达到负载均衡的目标。

基于上述负载均衡因子，建立终端设备集合F到可见光AP端结合W的匹配μ，定义如下：

匹配μ：F∪W→F∪W的所有子集：w∈μ(f)当且仅当μ(w)＝f；|μ(f)|∈2^w且μ(f)|≤q_f；|μ(w)|≤1，|μ(w)|∈F或

具体描述为：(域集合F并上集合W)到(域集合F并上集合W)的所有映射的子集。

(1)当且仅当匹配μ(w)＝f时，w属于匹配μ(f)，实际意义可理解为终端设备w接入可见光APf，则形成匹配μ，他们的匹配映射应该相对应，就是μ(w)＝f，w∈μ(f)。

(2)|μ(f)|∈2^w匹配总的情况数量要属于2^W，每个终端设备对于可见光APf有接入和不接入两种情况，共有w个终端设备，所以总的集合数为2^W。|μ(f)|≤q_f指每个可见光APf接入的终端设备数量要不超过q_f。

(3)|μ(w)|≤1指每个终端设备只能接入一个可见光AP或者选择不接入。|μ(w)|∈F指终端设备的匹配只能属于可见光AP的集合F，即接入的可见光AP属于可见光AP的集合F。指终端设备的匹配为空集，即所有的终端设备都选择不接入，是一种极端情况的存在。

可见光AP与终端设备的匹配μ的映射依据终端设备的参数值和网络的效用函数选择。考虑用户高服务速率和可靠性(低的切换开销)的要求，设计终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，该参数值通过以下偏好函数计算：

$w_{i,j}=e^{-{\mathrm{\θ}}_{i,j}}\·R_i^j$

w_i,j为终端设备i相对于可见光接入节点j的参数值，θ_i,j∈[0,π]为终端设备i的移动方向与终端设备i的位置及该可见光接入节点j所在位置的连线之间的夹角，为终端设备i被可见光接入节点j服务时的下行速率。

考虑系统公平性，在确定可见光接入节点当前对应的效用值时，可以通过效用函数来实现，其中效用函数如下：

$P_w\left(S\right)=f_w\underset{i\∈s}{\Σ}{w}_{i,w}$

其中P_w(S)为第w个可见光接入节点当前对应的效用值，V_w＝{j∈V|e(w,j)＝1}，V_w为与可见光接入节点w相邻的可见光接入节点的数量，其中所述数量中包括所述可见光接入节点w，f_w为第w个可见光接入节点的负载均衡因子，w_i,w是终端设备i相对于可见光接入节点w的参数值，k_j为V_w中第j个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量。

为了方便理解，下面以一个具体的实施例进行说明。

图4为异构融合网络负载均衡方法具体示意场景图，图中1、2、3、6、7、8为可见光AP，每个可见光AP如图中对应的圆形或者扇形区域。圆点表示已经接入可见光AP的终端设备，五角星为某时刻多个可见光AP覆盖下待接入可见光AP的终端设备。

对于可见光AP1、2、3、6、7、8，在可见光AP未达到其最大接入用户数的额定值quota前，quota为设置的每个可见光AP最大能接入的终端设备的数量。在其单一覆盖区域的终端设备可以直接接入可见光AP，但如果可见光AP已经接入的终端设备的数量达到quota，则接入LTE。

例如，quota＝8的场景，在其单一覆盖范围内的终端设备有64、58、78、45，根据本发明实施例提出的匹配算法，这些终端设备首先接入可见光AP2。

在可见光AP重叠区域存在终端设备11、13、16、40，终端设备11向可见光AP2、AP6发送自己位置信息和分别被这两个可见光AP服务时的下行速率信息；终端设备13向可见光AP2、AP7发送自己位置信息和分别被这两个可见光AP服务时的下行速率信息；终端设备16向可见光AP2、AP7发送自己位置信息和分别被这两个可见光AP服务时的下行速率信息；终端40向可见光AP1、AP2发送自己位置信息和分别被这两个可见光AP服务时的下行速率信息。

上述每个可见光AP将这些与终端设备相关的信息发送给可见光管理单元，可见光管理单元根据公式θ_i,j即为图4中的α_i,j，是终端设备i的移动方向与其位置到可见光APj向量的夹角，通过这个角度可以反应终端设备向可见光AP的移动情况，计算每个终端设备对覆盖可见光AP的参数值，向每个重叠区域中参数值最大的可见光AP发送终端设备请求接入列表。

可见光AP收到列表信息后，将自身及相邻的每个可见光接入节点AP已经接入的终端设备的数量，以及接收到的该终端设备与对应的每个可见光接入节点AP的参数值，发送到可见光处理单元，可见光处理单元根据这些信息计算列表中终端设备对应的效用值，效用值计算公式如下：其中

|V_w|表示可见光APw相邻可见光AP集合的数量，包括可见光APw自己,s为已经接入用户集合，k_j定义了可见光APj已经接入的终端设备的数量。

可见光管理单元对求得的效用函数找出值大于设定阈值的效用值对应的终端设备，并告知可见光AP，可见光AP向这些终端设备发送接入信号，接入相应的终端设备。最后，终端设备11接入可见光AP6，终端设备13接入可见光AP7，终端设备16接入可见光AP7，终端设备40接入可见光AP1。

综上，根据本发明的负载均衡方法最终可得，终端设备45、58、64、78接入可见光AP2，终端设备13、16、17、25、52接入可见光AP7，终端设备51、54、55、73接入可见光AP8。可见光AP2接入4个终端设备，可见光AP7接入5个终端设备，可见光AP8接入4个终端设备。

当利用传统的max-RSRP接入算法来计算终端设备的接入时，在该算法中终端设备将考虑信道条件最好的可见光AP接入，终端设备11、13、16、40、45、58、64、78接入可见光AP2，终端设备17、25、52接入可见光AP7，终端设备51、54、55、73接入可见光AP8。由于max-RSRP未考虑终端设备移动性和公平性，导致可见光AP2接入8个终端设备，可见光AP7接入3个终端设备，这会使可见光AP8的负载压力很大，网络均衡程度低，对于集中突发式的多用户接入情况处理能力差，降低网络的性能。而且，不考虑终端设备的移动性，会导致频繁的切换，产生不必要的切换开销。例如终端设备11、13、16、40，根据其运动方向，马上就会进入可见光AP6、7、8，所以如果提前接入这些可见光AP，可以减少切换。

在目标场景下的性能仿真如图5-8所示，图中K是终端设备数，quota是额定最大可接入负载数(终端设备数)，从图5中可以看出在可见光AP的最大可接入负载数(终端设备数)一样的情况下，本发明提出的负载均衡Matching匹配方法的效用值要比传统的max-RSRP方法高；从图6中可以看出在可见光AP的最大接入负载数(终端设备数)一样的情况下，随着接入终端设备数量的增长本发明的Matching匹配方法的系统吞吐量要优于传统的max-RSRP方法；从图7中可以看出在可见光AP的最大接入负载数(终端设备数)一样的情况下，随着接入终端设备数量的增长本发明的Matching匹配方法的接入可见光AP的终端设备的切换频率要比传统的max-RSRP方法低；从图8中可以看出在可见光AP的最大接入负载数(终端设备数)一样的情况下，随着接入终端设备数量的增长本发明的Matching匹配方法的可见光AP公平性指数要比传统的max-RSRP方法高。

从图中可以看出，本发明相较之最大参考信号功率(max-RSRP)接入策略而言，在网络效用、吞吐量、切换开销和公平性方面都有显著提升。

图9为本发明实施例提供的一种室内可见光异构网络中的负载均衡装置结构示意图，所述装置包括：

接收单元1001，用于接收可见光接入节点转发的每个终端设备向可见光接入点发送的接入请求，其中每个终端设备发送的接入请求中携带该终端设备的位置信息，及所述终端设备当前所在的每个可见光接入节点服务下的下行速率；

确定单元1002，用于针对每个终端设备的接入请求，计算该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，确定该终端设备待接入的每个可见光接入节点，其中所述终端设备位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内；

计算通知单元1003，用于针对每个终端设备，按参数值从大到小的顺序，依次根据每个可见光接入节点自身及与该可见光接入节点相邻的每个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量，以及接收到的该终端设备与对应的每个可见光接入节点的参数值，确定该可见光接入节点当前对应的效用值；当效用值大于设定阈值时，通知所述终端设备接入该可见光接入节点。

所述确定单元1002，具体用于根据确定该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，其中w_i,j为终端设备i相对于可见光接入节点j的参数值，θ_i,j∈[0,π]为终端设备i的移动方向与终端设备i的位置及该可见光接入节点j所在位置的连线之间的夹角，为终端设备i被可见光接入节点j服务时的下行速率。

所述计算通知单元1003，具体用于根据确定该可见光接入节点当前对应的效用值，其中P_w(S)为第w个可见光接入节点当前对应的效用值，V_w＝{j∈V|e(w,j)＝1}，V_w为与可见光接入节点w相邻的可见光接入节点的数量，其中所述数量中包括所述可见光接入节点w，f_w为第w个可见光接入节点的负载均衡因子，w_i,w是终端设备i相对于可见光接入节点w的参数值，k_j为V_w中第j个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量。

所述计算通知单元1003，还用于当终端设备位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内，其该至少两个可见光接入节点当前对应的效用值都小于设定阈值时，向所述终端设备发送接入失败响应信息。

所述计算通知单元1003，还用于当所述终端设备只唯一位于一个可见光接入节点的覆盖范围内时，通知所述终端设备接入该唯一一个可见光接入节点；当所述终端设备未位于可见光接入节点的覆盖范围内时，通知所述终端设备接入LTE网络。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种室内可见光异构网络中的负载均衡方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

可见光管理单元接收可见光接入节点转发的每个终端设备向可见光接入点发送的接入请求，其中每个终端设备发送的接入请求中携带该终端设备的位置信息，及所述终端设备当前所在的每个可见光接入节点服务下的下行速率；

可见光管理单元针对每个终端设备的接入请求，计算该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，确定该终端设备待接入的每个可见光接入节点，其中所述终端设备位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内；

可见光管理单元针对每个终端设备，按参数值从大到小的顺序，依次根据每个可见光接入节点自身及与该可见光接入节点相邻的每个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量，以及接收到的该终端设备与对应的每个可见光接入节点的参数值，确定该可见光接入节点当前对应的效用值；当效用值大于设定阈值时，通知所述终端设备接入该可见光接入节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对每个终端设备的接入请求，计算该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值包括：

根据确定该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，其中_wi,j为终端设备i相对于可见光接入节点j的参数值，θ_i,j∈[0,π]为终端设备i的移动方向与终端设备i的位置及该可见光接入节点j所在位置的连线之间的夹角，为终端设备i被可见光接入节点j服务时的下行速率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个可见光接入节点自身及与该可见光接入节点相邻的每个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量，以及接收到的该终端设备与对应的每个可见光接入节点的参数值，确定该可见光接入节点当前对应的效用值包括：

根据确定该可见光接入节点当前对应的效用值，其中P_w(S)为第w个可见光接入节点当前对应的效用值，V_w＝{j∈Ve(w,j)＝1}，V_w为与可见光接入节点w相邻的可见光接入节点的数量，其中所述数量中包括所述可见光接入节点w，f_w为第w个可见光接入节点的负载均衡因子，w_i,w是终端设备i相对于可见光接入节点w的参数值，k_j为V_w中第j个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当终端设备位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内，其该至少两个可见光接入节点当前对应的效用值都小于设定阈值时，向所述终端设备发送接入失败响应信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述终端设备只唯一位于一个可见光接入节点的覆盖范围内时，通知所述终端设备接入该唯一一个可见光接入节点；

当所述终端设备未位于可见光接入节点的覆盖范围内时，通知所述终端设备接入LTE网络。

6.一种室内可见光异构网络中的负载均衡装置，其特征在于，所述装置包括：

接收单元，用于接收可见光接入节点转发的每个终端设备向可见光接入点发送的接入请求，其中每个终端设备发送的接入请求中携带该终端设备的位置信息，及所述终端设备当前所在的每个可见光接入节点服务下的下行速率；

确定单元，用于针对每个终端设备的接入请求，计算该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，确定该终端设备待接入的每个可见光接入节点，其中所述终端设备位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内；

计算通知单元，用于针对每个终端设备，按参数值从大到小的顺序，依次根据每个可见光接入节点自身及与该可见光接入节点相邻的每个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量，以及接收到的该终端设备与对应的每个可见光接入节点的参数值，确定该可见光接入节点当前对应的效用值；当效用值大于设定阈值时，通知所述终端设备接入该可见光接入节点。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定单元，具体用于根据确定该终端设备相对于每个可见光接入节点的参数值，其中w_i,j为终端设备i相对于可见光接入节点j的参数值，θ_i,j∈[0,π]为终端设备i的移动方向与终端设备i的位置及该可见光接入节点j所在位置的连线之间的夹角，为终端设备i被可见光接入节点j服务时的下行速率。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算通知单元，具体用于根据确定该可见光接入节点当前对应的效用值，其中P_w(S)为第w个可见光接入节点当前对应的效用值，V_w＝{j∈V|e(w,j)＝1}，V_w为与可见光接入节点w相邻的可见光接入节点的数量，其中所述数量中包括所述可见光接入节点w，f_w为第w个可见光接入节点的负载均衡因子，w_i,w是终端设备i相对于可见光接入节点w的参数值，k_j为V_w中第j个可见光接入节点已经接入的终端设备的数量。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算通知单元，还用于当终端设备位于至少两个可见光接入节点的覆盖范围内，其该至少两个可见光接入节点当前对应的效用值都小于设定阈值时，向所述终端设备发送接入失败响应信息。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算通知单元，还用于当所述终端设备只唯一位于一个可见光接入节点的覆盖范围内时，通知所述终端设备接入该唯一一个可见光接入节点；当所述终端设备未位于可见光接入节点的覆盖范围内时，通知所述终端设备接入LTE网络。