CN105636227A - 在平行网络下的动态无线资源管理和接口控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在平行网络下的动态无线资源管理和接口控制方法，本发明提出提供一种无线网络资源管理和接口控制技术，用于优化整个网络中无线资源的均衡分配，提高网络资源的利用效率，在保证用户需求的基础上，使网络接入更多移动用户，本发明是一种异构网中的无线资源管理和接口控制技术，该技术通过设计合适的网络效用函数以及相应的资源管理和接口控制算法对整个网络资源进行均衡，使得在相同情况下资源利用率更高，可接入用户数量更多。

Description

在平行网络下的动态无线资源管理和接口控制方法

技术领域

本发明涉及一种在平行网络下的动态无线资源管理和接口控制方法。

背景技术

异构网是指两个或以上的无线通信系统采用不同的接入技术，或者是采用相同的无线接入技术但属于不同的无线运营商，利用现有的无线通信系统，通过系统之间的融合，使多系统之间取长补短来满足未来移动通信业务需求。而为了实现这一目标，就需要有一种优秀的无线资源管理方案。

无线资源管理(Radioresourcemanagement,RRM)主要可以分为两类：网络层面(network-level)和连接层面(connection-level)：

网络层面是指将网络中有限资源分配到不同的服务区，并使得不同接入网络的利用率达到最大。连接层面是一种短时快速的资源分配技术，对应的是某一服务区内用户的接入与分离，并在用户接入或者离开该服务区后仍使得该服务区的资源利用率最大。用户在网络中的切换可以分为三类，新用户接入网络，用户分离出当前网络，以及用户在网络中的切换(包括水平切换和垂直切换两种类型)，无论是网络层亦或是连接层的资源管理，其最终目的都是根据系统、用户、业务等需求，对有限资源进行管理和分配，最终优化整个网络的运行，使其利用率最大化。

目前对无线资源管理和接口控制的一个方法是假定知道每个移动用户接入到网络不同基站时可以计算出其网络效用，然后选择接入到网络效用最高的基站。然而这种方法需要已知网络内所有移动用户的位置，然后统一分配资源和接口给用户。当用户的位置和数量是动态变化时，这种方法需要对整个网络内的用户接入情况重新计算，然后再分配网络资源和接口，这在实时环境下的适应性很差。

本发明的无线资源管理和接口控制技术主要应对于实时动态环境下的资源分配和接口管理，相比当前的资源分配和接口管理技术，能够更好的适应动态环境，在保证用户需求的基础上，网络能够接入更多的用户。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出提供一种无线网络资源管理和接口控制技术，用于优化整个网络中无线资源的均衡分配，提高网络资源的利用效率，在保证用户需求的基础上，使网络接入更多移动用户：

一种在平行网络下的动态无线资源管理和接口控制方法，其包括下列步骤：

A、首先对基站进行标记，根据各基站的覆盖范围和重叠情况进行区域划分，首先进入的基站标记为1，相邻基站标记为2，重叠区域标记为12，判断基站之间是否有干扰，对重叠干扰区和重叠无干扰区进行划分；

B、用户进入，如果进入的是重叠无干扰区，则进入步骤C；如果进入的是重叠有干扰区，则进入步骤D；如果进入的是无重叠无干扰区，分辨进入的是哪个基站的无重叠无干扰区，判断该基站的容量是否足够，如果足够，直接接入，如果不够，判断重叠区域内是否有接入本基站的用户，然后判断相邻基站还有足够的容量接入新用户，如果两个条件都满足，将重叠区域的原来接入本基站的用户移到相邻基站，将新进入的用户接入到本基站中；

C、调用网络利用率效用函数分别进行计算,其中p_l表示用户接入基站l(l＝1,2)的代价，x_i表示用户i接入带宽，ω和α都是固定常量，表示利用函数的取值范围和形状，根据计算结果，哪个基站的效用函数计算值大，就接入哪个基站；

D、设每个基站有个N个物理资源块(PRB)，在重叠区域用户选择基站PRB时，需要避免选择被其他用户在相邻基站所使用的编号,就是调用网络效用函数 $\underset{p_{k,n}{p^{\′}}_{k,n}}{max}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n\∈N}{\mathrm{\Σ}}{r}_{k,n}+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n\∈N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}{r}_{k,n}^{\′}$

$\begin{array}{cc}s.t.& C1:\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n\∈N}{\mathrm{\Σ}}{r}_{k,n}>R_{\min },\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n\∈N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}{r}_{k,n}^{\′}>R_{\min }^{\′}\end{array}$

$C2:\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_{k,n}<P_t,\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_{k,n}^{\&prime;}<P_t^{\&prime;}$

$C3:\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;N}{\&Sigma;}{p}_{k,n}{I}_{n,k}\&le;I_k^{th},\&ForAll;k$

$C4:\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;N}{\&Sigma;}{p}_{k,n}^{\&prime;}{I}_{n,k}^{\&prime;}\&le;I_k^{\&prime;th},\&ForAll;k$

$C5:p_{k,n}>0,p_{k,n}^{\&prime;}>0,\&ForAll;k,n$

其中其中p_k,n在n个PRB上第k个用户的发射功率，对应的信号增益，是对应另一基站的增益，p_e是基站发射功率，N₀是加性高斯白噪声功率谱密度，Γ是信噪比的差，可以表示为相应的数据传输速率为：r_k,n＝log(1+H_k,n)，当用户进入网络时，如果在重叠区域，则需要根据公式(1)的计算结果，选择使得利用率最大的基站接入，同时选择的PRB编号必须与接入相邻基站的用户所使用的不相同，即：假定选择将连入第一个基站的重叠区域的用户m连接到相邻基站，如果m所使用的PRB编号k没有被连入相邻基站中的用户占用(考虑到B区也有用户接入)，那么m直接选择相邻基站中的k，如果被占用，那么搜索相邻基站中所有未被占用的PRB，并选出一个与在重叠区域接入第一个基站的不同的编号分配给m，这样原来接入第一个基站的用户切换到相邻基站后，第一个基站就可以将原来编号为k的PRB分配给本基站无干扰重叠区中的用户。

优化地，第一代码、第二代码设置为A、B或者1、2。

本发明的可移动路障系统，具有以下优点：

本技术本发明提供一种无线网络资源管理和接口控制技术，该技术分为两个部分，第一部分是网络重叠区域不考虑干扰情况下的网络效用函数设计以及基于此效用函数的无线资源管理和接口控制算法；第二部分是网络重叠区域考虑干扰的情况下网络效用函数的设计以及基于此效用函数的无线资源管理和接口控制算法。

无干扰条件的网络效用函数设计主要考虑不同接入网络所获得的效用以及使用此网络所需要付出的代价，无线资源管理和接口控制算法选择可以使效用函数最大的基站接入。当新用户只能接入一个基站，而该节点由于容量问题已无法接入时，可以重新分配接入到该基站的重叠区域的用户到相邻节点，从而使得该基站有资源可以分配给新用户。

有干扰条件的网络效用函数设计在考虑不同接入网络所获得的效用以及使用此网络所需要付出代价的同时，还需要避免或者使得重叠区域的信道干扰低于阈值。无线资源管理和接口控制算法选择可以使效用函数最大的基站接入。当新用户只能接入一个基站，而该节点由于容量问题已无法接入时，网络在避免干扰或信道干扰低于阈值的基础上重新分配接入到该基站的重叠区域的用户到相邻节点，从而使得该基站有资源可以分配给新用户。

本发明是一种异构网中的无线资源管理和接口控制技术，该技术通过设计合适的网络效用函数以及相应的资源管理和接口控制算法对整个网络资源进行均衡，使得在相同情况下资源利用率更高，可接入用户数量更多。

附图说明

图1为本发明的系统模拟图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对发明的技术方案作进一步详细的说明。

结构见图1，对本发明进一步详细说明。

由于实际网络环境比较复杂，为了便于描述，本实施例将网络环境简化为图1所示。

参考图1系统模型图，在本实例中只考虑2个基站BS₁和BS₂，根据基站的覆盖范围以及重叠情况将网络分为A,B,C三个区域，从图中可知，在A、B区域的只能接入BS₁或者BS₂，在C区两个都可以接入。移动用户在不同时刻随机依次进入网络，位置随机。

对于无干扰场景，假定BS₁采用WLAN，BS₂采用CDMA，由于使用的是不同频段，所以两个基站的重叠区域C是无干扰的。

网络利用率是指网络中分配给用户一定带宽所获得的效用与选择该基站或节点所需要付出的代价的差值，其效用函数定义为：

$\underset{p_l\&GreaterEqual;0}{min}\underset{i}{\&Sigma;}\underset{x_i\&GreaterEqual;0}{max}\left(\mathrm{\&omega;}log\right({\mathrm{\&alpha;x}}_i)-x_i{p}_l)---\left(1\right)$

其中p_l表示用户接入基站l(l＝1,2)的代价，x_i表示用户i接入带宽，ω和α都是固定常量，表示利用函数的取值范围和形状。其物理意义是在使得接入网络的所有用户的效用值最大时，每个用户应该选择接入哪个基站。

当用户进入网络时，如果在重叠区域C，则需要根据公式(1)的计算结果，选择使得利用率最大的基站接入。

如果在区域A或者B，那么当基站容量足够时，则直接接入网络；如果基站容量不足(以新用户进入A区为例)，先看重叠区域是否有接入基站BS₁的用户，基站BS₂是否还有足够的容量接入新用户，如果两个都满足，那么将在重叠区域中，原来接入BS₁的用户切换到BS₂中，这样重新分配接口后，BS₁将有足够的资源将分配给新进入A区的用户。

对于需要考虑干扰的场景，这里假定每个基站都采用OFDM技术，每个基站有N个物理资源块(Physicalresourceblock，PRB)。这样在重叠区域，如果出现两个用户分别连接到BS₁和BS₂，并且使用相同编号的PRB，那么显然两者之间是会存在干扰的。为了避免干扰，在重叠区域用户选择基站PRB时，需要避免选择被其他用户在相邻基站所使用的编号。

对于一个基站，第k个用户使用第n个PRB时，其SINR表示为：

$H_{k,n}=\frac{p_{k,n}{g}_{k,n}^H}{\mathrm{\&Gamma;}(N_{0}B+p_e{g}_{k,n}^e)}---\left(2\right)$

其中p_k,n在n个PRB上第k个用户的发射功率，对应的信号增益，是对应另一基站的增益，p_e是基站发射功率，N₀是加性高斯白噪声功率谱密度，Γ是信噪比的差，可以表示为

相应的数据传输速率为：

r_k,n＝log(1+H_k,n)(3)

综上，网络效用函数的目标函数可以表示为：

$\underset{p_{k,n}{p^{\&prime;}}_{k,n}}{max}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}{r}_{k,n}+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n\&Element;N^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}{r}_{k,n}^{\&prime;}$

$\begin{array}{cc}s.t.& C1:\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}{r}_{k,n}>R_{\min },\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n\&Element;N^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}{r}_{k,n}^{\&prime;}>R_{\min }^{\&prime;}\end{array}$

$C2:\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_{k,n}<P_t,\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_{k,n}^{\&prime;}<P_t^{\&prime;}$

$C3:\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;N}{\&Sigma;}{p}_{k,n}{I}_{n,k}\&le;I_k^{th},\&ForAll;k---\left(4\right)$

$C4:\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;N}{\&Sigma;}{p}_{k,n}^{\&prime;}{I}_{n,k}^{\&prime;}\&le;I_k^{\&prime;th},\&ForAll;k$

$C5:p_{k,n}>0,p_{k,n}^{\&prime;}>\&ForAll;k,n$

其中第一项表示基站BS₁的总网络效用(传输速率)，第二项表示BS₂的总网络效用，C1是初始条件下已接入一定数量的用户，因此有最小传输速率，C2表示每个基站接入用户总功率之和不能大于基站功率，C3和C4表示对干扰的限制，C5表示用户需要接入网络，为此功率不能为0。本实例中，当重叠区域中接入不同基站的用户所使用的PRB编号不同时，就认为干扰不存在。

当用户进入网络时，如果在重叠区域C，则需要根据公式(1)的计算结果，选择使得利用率最大的基站接入，同时选择的PRB编号必须与接入相邻基站的用户所使用的不相同。

如果在区域A或者B，那么当基站容量足够时，则选择当前基站中未被使用的PRB接入网络；如果基站容量不足(以新用户进入A区为例)，先看重叠区域是否有接入基站BS₁的用户，基站BS₂是否还有足够的容量接入新用户，如果两条件都满足，假定选择将连入BS₁的重叠区域的用户m连接到BS₂，如果m所使用的PRB编号k没有被连入BS₂中的用户占用(考虑到B区也有用户接入)，那么m直接选择BS₂中的k，如果被占用，那么搜索BS₂中所有未被占用的PRB，并选出一个与在重叠区域接入BS₁的不同的编号分配给m，这样原来接入BS₁的用户切换到BS₂后，BS₁就可以将原来编号为k的PRB分配给区域A中的用户。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种在平行网络下的动态无线资源管理和接口控制方法，其特征在于：其包括下列步骤：

A、首先对基站进行标记，根据各基站的覆盖范围和重叠情况进行区域划分，首先进入的基站标记为第一代码，相邻基站标记为第二代码，重叠区域标记为第一代码+第二代码，判断基站之间是否有干扰，对重叠干扰区和重叠无干扰区进行划分；

B、用户进入，如果进入的是重叠无干扰区，则进入步骤C；如果进入的是重叠有干扰区，则进入步骤D；如果进入的是无重叠无干扰区，分辨进入的是哪个基站的无重叠无干扰区，判断该基站的容量是否足够，如果足够，直接接入，如果不够，判断重叠区域内是否有接入本基站的用户，然后判断相邻基站还有足够的容量接入新用户，如果两个条件都满足，将重叠区域的原来接入本基站的用户移到相邻基站，将新进入的用户接入到本基站中；

C、调用网络利用率效用函数分别进行计算,其中p_l表示用户接入基站l(l＝1,2)的代价，x_i表示用户i接入带宽，ω和α都是固定常量，表示利用函数的取值范围和形状，根据计算结果，哪个基站的效用函数计算值大，就接入哪个基站；

D、设每个基站有个N个物理资源块(PRB)，在重叠区域用户选择基站PRB时，需要避免选择被其他用户在相邻基站所使用的编号,就是调用网络效用函数 $\underset{p_{k,n}{p^{\&prime;}}_{k,n}}{max}\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;N}{\&Sigma;}{r}_{k,n}+\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;N^{\&prime;}}{\&Sigma;}{r}_{k,n}^{\&prime;}$

$\begin{array}{cc}s.t.& C1:\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;N}{\&Sigma;}{r}_{k,n}>R_{min},\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;N^{\&prime;}}{\&Sigma;}{r}_{k,n}^{\&prime;}>R_{\min }^{\&prime;}\end{array}$

$C2:\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;N}{\&Sigma;}{p}_{k,n}<P_t,\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;N}{\&Sigma;}{p}_{k,n}^{\&prime;}<P_t^{\&prime;}$

$C3:\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;N}{\&Sigma;}{p}_{k,n}{I}_{n,k}\&le;I_k^{th},\&ForAll;k$

$C4:\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}\underset{n\&Element;N}{\&Sigma;}{p}_{k,n}^{\&prime;}{I}_{n,k}^{\&prime;}\&le;I_k^{\&prime;th},\&ForAll;k$

$C5:p_{k,n}>0,p_{k,n}^{\&prime;}>0,\&ForAll;k,n$

其中其中p_k,n在n个PRB上第k个用户的发射功率，对应的信号增益，是对应另一基站的增益，p_e是基站发射功率，N₀是加性高斯白噪声功率谱密度，Γ是信噪比的差，可以表示为相应的数据传输速率为：r_k,n＝log(1+H_k,n)，当用户进入网络时，如果在重叠区域，则需要根据公式(1)的计算结果，选择使得利用率最大的基站接入，同时选择的PRB编号必须与接入相邻基站的用户所使用的不相同，即：假定选择将连入第一个基站的重叠区域的用户m连接到相邻基站，如果m所使用的PRB编号k没有被连入相邻基站中的用户占用(考虑到B区也有用户接入)，那么m直接选择相邻基站中的k，如果被占用，那么搜索相邻基站中所有未被占用的PRB，并选出一个与在重叠区域接入第一个基站的不同的编号分配给m，这样原来接入第一个基站的用户切换到相邻基站后，第一个基站就可以将原来编号为k的PRB分配给本基站无干扰重叠区中的用户。

2.根据权利要求1所述的在平行网络下的动态无线资源管理和接口控制方法，其特征在于：第一代码、第二代码设置为A、B或者1、2。