CN105722233A - 一种异构网络无线资源动态管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种异构网络无线资源动态管理方法，包括当同一个接入点下存在同一个工作频段的多个设备时，首先则分析所述多个设备工作特性，其次，分析设备的工作优先级，最后，分析设备的数量；所述方法使得高优先级的设备优先得到无线资源，在同等优先级情况下，则优先照顾工作特性为突发模式的设备，保证无线资源的最大利用率。本发明实现了异构网络下，尤其是针对无线自组网部分，在频谱相关干扰严重的智能设备间进行有效的无线资源动态管理，实现频谱的高效利用，降低无线通信设备之间的相互干扰，提高异构网络整体的工作稳定性。

Description

一种异构网络无线资源动态管理方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种异构网络的无线资源管理方法。

背景技术

随着移动通信和互联网技术的高速发展，涌现出了大量不同类型的通信网络，使用户置身于一种复杂多样的异构网络(HeterogeneousNetwork)环境中，信息获取和传输的手段以及数据存储和共享的方式发生了很大变化。当前，网络形式种类繁多，各具特点，它们之间是一种共存发展的关系，并且从经济和技术上考虑(在今后很长一段时间内没有哪一种网络能够独自满足各类用户多样化的通信服务需求)，预期这种关系仍将长期存在。这些网络涵盖有线通信网络(主要是PSTN网络和因特网)、无线通信网络和卫星通信网络，特别是体现在各种新兴的无线通信网络方面，包括2G和3G蜂窝移动通信网络(如GSM、UMTS、CDMA2000等)、无线个域网(WPAN，如802.15)、无线局域网(WLAN，如802.11)、无线城域网(WMAN，如802.16)、无线广域网(WWAN，如802.20)、移动Adhoc网络(MANET)、无线传感网(WSN)和无线Mesh网(WMN)等。尽管这些异构网络为用户提供了多种多样的通信方式和网络接人手段，但是如果它们之间不能实现有效互联互通，则会产生许多信息孤岛，无法提供具有端到端服务质量(QoS)保证的通信服务，从而大大削弱网络的整体效用和用户的服务体验。因此，异构网络融合互通不仅是构建无所不在的通信网络的迫切需求，也是今后信息网络发展的必然趋势。异构网络融合必须充分利用不同网络间的互补特性，解决多种不同类型网络的有机融合问题。具体来讲，异构网络融合就是采用通用的、开放的技术实现不同网络或网元的互联、互通和集成，涉及到接入网融合、核心网融合、终端融合、业务融合和运营管理融合等方面。

异构网络之间的协作和融合已成为目前业界关注的焦点。通过异构网络融合，可以充分利用不同类型的网络技术优势，获得多方面的收益：可以极大提升单个网络的性能，在支持传统业务的同时也为引入新的服务创造了条件；可以扩大网络的总体覆盖范围，使网络具有更好的可扩展性；可以平衡网络业务负载，增加系统容量；可以充分利用现有各种网络的资源，降低网络运营商和服务商成本，增强竞争力；可以向不同用户提供各种各自所需的服务，更好地满足用户多样性的需求，提高用户的满意度；可以提高网络的可用性和可靠性，增强系统的可生存性。

目前多网融合的发展方向主要有两个：一个是以IP骨干网为基础的网络融合，另一个是基于Ad-hoc的多网融合。基于Ad-hoc的多网融合系统可以扩展无线通信的覆盖范围，提高资源利用率、改善系统吞吐量，平衡业务流量，降低移动终端的功耗，成为近年来国内外研究的热点，特别是在无线自组网与蜂窝移动通信系统的结合方面取得了一系列研究成果，提出了许多实用的网络模型，如A2GSM(AdhocassistedGSM)、MCN(Multi—hopCellularnetwork)、SOPRANO(Self-organizingPacketRadioAdhocNet—workswithOverlay)、iCAR(IntegratedCellularandAd-hocRelayingSystem)、UCAN(UnifiedCellularandAd-hocnetworkarchitecture)等。A2GSM在传统蜂窝网络中支持移动终端多跳中继，以增加系统容量、增强网络覆盖和解决始终存在的蜂窝覆盖盲区问题；MCN提出允许数据包从移动节点多跳传输到蜂窝通信系统基站的集成通信网络模型；SOPRANO将蜂窝网与无线白组网相结合，在蜂窝网中引入动态分布的具有路由中继转发功能的无线路由器，以提供无线因特网和多媒体服务；iCAR的基本思想是通过设置一定数量的自组网中继站(ARS)，实现小区间业务流量的负载均衡，以控制网络拥塞、疏导热点区域及避免掉话等。

从全球范围看，欧盟对于异构网络融合的研究居于领先地位，开展了一系列研究项目。BRAIN项目提出了无线局域网与通用移动通信系统(UMTS)融合的开放体系结构；DRIVE项目研究了蜂窝网和电视广播网的融合问题；MOBYDICK项目重点探讨了在IPv6网络体系下的移动网络和WLAN的融合问题；MAGNET项目通过设计、研发和实现个人网络(PN)来为移动用户在异构网络环境中提供无处不在、安全的个人服务；EuQoS项目侧重于研究异构网络的端到端QoS技术。WINNER项目希望以一个无处不在的无线通信系统代替目前多种系统(蜂窝、WLAN和短距离无线接入等)共存的格局，提高系统的灵活性和可扩展性，能够在各种无线环境下自适应地提供各种业务和服务。这些项目研究范围涵盖接入、网络和业务等方面，既相互竞争又相互合作，从多个层面和角度对异构网络融合问题进行了有意义的研究。虽然这些项目提出了不同网络融合的思路和方法，但与多种异构网络融合的目标仍有一定距离。最近环境感知网络(AmbientNetwork)项目提出的基于认知网络和无线自组网的网络融合理念，为异构网络融合的实现提供了更有效的途径。

AmbientNetwork项目(简称AN)始于2004年，历时四年，是欧盟第六框架计划下的一个大型合作项目。它的目标是促进异构无线网络之间的有效互联和协作，使得用户无论使用何种网络都能够享有丰富易用的服务。AN项目的研究工作涉及到很多方面，包括移动性管理、多种无线接入方式、无线资源管理、动态网络连接和路由、服务感知自适应传输以及异构网络的统一动态融合机制等。AN是一种基于异构网络问的动态合成而提出的全新的网络观念，它不是以拼凑的方式对现有的体系进行扩充，而是通过制定灵活即时生效的网间协议为用户提供访问任意网络的能力。AN最大的特点就是采用了多无线接入技术(MRA)，MRA技术可使终端具有同时与多个接入网络保持多条独立网络连接的能力，进而实现终端在不同网络间的无缝移动和数据的多跳传输。而多无线电协作技术是MRA技术的延伸和扩展，其主要功能是实现多无线电问资源共享和不同网络间的动态协同。

面对种类和数量众多的无线设备在异构网络工作，空中无线资源大概在433Mhz、470Mhz、900Mhz、1800Mhz、2.4Ghz、5.8Ghz，每个频谱上都有可能工作多个无线设备，比如2.4Ghz频段下有蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等。目前没有相关的异构网络在如何协调如此众多的无线网络设备在无线资源有限的环境下的协作，有效利用无线频谱，降低邻区干扰实现各个设备的可靠通信这些关键问题上给出解决方案。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提出了一种异构网络无线资源动态管理方法，使得高优先级的设备优先得到无线资源，在同等优先级情况下，则优先照顾工作特性为突发模式的设备，保证无线资源的最大利用率。

本发明通过以下技术方案实现：

一种异构网络无线资源动态管理方法，所述方法包括：确认在同一个接入点下是否存在同一个工作频段的多个设备，如果不存在，则判断相邻频段是否有可能有干扰，如果存在相邻频段则进行备注；如果存在，首先则分析所述多个设备工作特性，其次，分析设备的工作优先级，最后，分析设备的数量，其中所述工作特性包括设备无线数据传输模式，所述无线数据传输模式包括突发模式和连续模式；所述方法使得高优先级的设备优先得到无线资源，在同等优先级情况下，则优先照顾工作特性为突发模式的设备，保证无线资源的最大利用率。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括建立设备接入列表，所述列表包括设备ID、工作频率、工作特性、周期特征以及优先级。

作为本发明的进一步改进，所述无线数据传输模式还包括固定周期模式，分配资源时，先保证高优先级的设备优先得到无线资源，在优先级一样时，按照突发模式、固定周期模式、连续模式的顺序来分配无线资源给设备。

作为本发明的进一步改进，首先分析所述多个设备工作特性，其次，分析设备的工作优先级，最后，分析设备的数量，具体为：发现是否存在连续模式的设备，如果没有发现连续模式设备，进入流程A；如果发现存在连续模式的设备，则判断连续模式设备的数量，如果设备大于1个，则进入流程B；如果数量为1个，则进入流程C；

流程A：按照优先级来给突发模式的设备进行资源分配，如果存在高优先级的设备，优先分配资源给高优先级设备，等所述高优先级的设备完成工作后，再分配资源给低优先级设备；如果不存在高优先级的设备，则按照非抢占原则分配资源；

流程B：判断连续模式的设备优先级是否一样，如果一样，则判断是否存在突发模式的高优先级设备，如果存在，则分配资源给所述突发模式的高优先级设备，等所述突发模式的高优先级设备完成工作后，再分配资源给连续模式的设备；如果不一样，则判断是否存在突发模式的高优先级设备，如果存在，则分配资源给所述突发模式的高优先级设备，等所述突发模式的高优先级设备完成工作后，再分配资源给连续模式的高优先级设备，等所述连续模式的高优先级设备完成工作后，再分配资源给连续模式的低优先级设备；

流程C：判断连续模式的设备优先级是否高于突发模式的设备，如果连续模式的设备优先级高，则分配资源给所述连续模式的设备，等所述连续模式的高优先级设备完成工作后，再分配资源给突发模式的设备；如果突发模式的设备优先级高，则分配资源给所述突发模式的设备，等所述突发模式的设备完成工作后，再分配资源给连续模式的设备。

作为本发明的进一步改进，所述优先级分为“高”、“低”两种。

作为本发明的进一步改进，同一个接入点判断标准以IP地址为依据，或者以IP地址和端口号为依据。

作为本发明的进一步改进，同一优先级的相同工作特性的设备，采用非抢占原则分配资源，即先来先得。

本发明的有益效果是：本发明提出的异构网络无线资源动态管理方法保证整个应用场景不会出现整个系统相互无序竞争，最终导致相同频段的设备无法工作的情况。本发明解决了互联网+高速发展时代下异构网络多种设备共享和共同工作的可靠性问题。当面对无线频谱有限的现状，众多的无线设备如何共享频谱成为一个非常重要的关键问题。

附图说明

图1是本发明的异构网络无线资源动态管理方法示意图；

图2是本发明的方法的具体流程图；

图3是流程A的示意图；

图4是流程B的流程图；

图5是流程C的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明主要解决的问题就是在异构网络下，尤其是针对无线自组网部分，在频谱相关干扰严重的智能设备进行有效的无线资源动态管理，实现频谱的高效利用，降低无线通信设备之间的相互干扰，提高异构网络整体的工作稳定性。

异构网络主要都是通过IP网络进行异构，以及新近提出的Ad-hoc网络模式。由于在物理层面各个频段和协议的智能硬件无法进行MAC层的互通互联，因此需要在网络上层实现不同频段工作的智能硬件无线资源管理工作。因此，本发明的主要步骤如下：

1、设备接入信息分类管理。

在IP骨干网络层面管理所面向的异构网络设备接入，接入设备上报接入信息，即自身工作的接入点、工作频段和工作特性。其中，工作特性主要指设备无线数据传输模式，即工作于连续传输模式、突发传输模式、固定周期传输模式，本发明用突发模式、固定周期模式、连续模式来进行区分。工作于连续传输模式的设备一般比如流媒体，播放视频或者语音的设备；工作于突发传输模式的设备一般比如环境监测、工业监测、人体健康设备，这种设备不需要一直传输数据，而是在有新数据产生时才会传输数据。工作于固定周期传输模式的设备，也不需要一直传输数据，而是周期性地上报数据。周期，是指数据按照多长周期上报数据，有2种情况，第1种就是有固定的周期进行数据传输，本发明则直接给出周期时间来表示；第2种情况是没有固定上报的周期，完全按照工作需要决定是否进行数据上报，该种情况下本发明用NULL来表示(连续模式不存在周期，因此也用NULL表示)。工作频段，指无线设备采用在何种频段进行数据传输，本发明按照实际频段进行显示，通常有2.4Ghz、433Mhz等频段。优先级，优先级特指该设备的数据是以什么优先级别发送数据，为了说明本发明的思想，本发明采用2级优先级，即优先级分为“高”，“低”2种，相同情况下，优先级为“高”的设备将比优先级为“低”的设备优先传输。

2、设备接入列表建立。

在IP骨干网接入的异构设备接入信息会在服务器侧或者网关侧进行动态设备列表建设和更新，设备列表通过IP骨干网接入时来将同一个地理区域的设备分配到一个表中，通常分配的方法是按照是否用同一个接入点接入到骨干网，同一个接入点判断标准通常以IP地址和端口号为依据，主要是IP地址。如表1所示，表中共有三种设备，每种设备都有自己的设备ID，工作频率，工作特性，周期特征描述，给出了每种设备的必要特性。最重要的是这些设备的接入点描述中反映了接入点的名称，即家庭网关；同时，在接入点描述中还有IP地址和端口号，通过这些信息系统能够区分出接入设备是不是在同一个接入点，方便系统进行网络管理。

表1设备列表

3、设备无线资源管理。

按照表1所示，服务器网关进行设备无线资源管理时，首先确认在同一个接入点下是否存在同一个工作频段的多个设备，如果不存在，则关心相邻频段是否有可能有干扰，如果存在相邻频段则进行备注，系统可以做进一步优化；如果存在，则要开始分析同一个频段的设备之间的工作特性等各种指标，然后开始分配无线资源，实现各个设备共享，如附图1所示。

4、管理同一频段的设备。

首先，分析设备工作特性；其次，分析设备的工作优先级；最后，分析设备的数量。根据上述信息，进行分配设备工作的无线资源的工作，具体如附图2所示。

本具体实施例以连续模式设备和突发模式设备为例进行说明。服务器分析所有设备的工作特性，发现是否存在工作特性为连续模式的设备，如果没有发现有该类设备，则开始进行流程A。如果发现存在工作特性为连续的设备，则判断数量，如果数量为1个，则开始进入流程C；如果数量大于1个，则开始进入流程B。

对于还存在固定周期传输模式的设备的情况，先保证高优先级的设备优先得到无线资源，在优先级一样的时，按照突发模式、固定周期模式、连续模式的顺序来分配无线资源给设备。

5、分配设备工作资源

服务器结合第4步的工作，开始分门别类的进行无线资源的分配工作。首先，对于流程A”进行工作，如附图3所示。如果同一接入点中，所有的设备优先级一样，那么服务器将无线资源按照先来先得的方式，即非抢占式原则分配给所有设备，先被分配到资源的设备先工作，直到该设备工作完成后，其他满足条件的设备才能得到资源继续工作；如果存在高优先级的设备，则服务器将无线资源按照优先级高低，优先分配给高优先级的设备，直到高优先级设备工作都完成，服务器再将无线资源分配给低优先级的设备。

其次，对于“流程B”进行工作，如附图4所示；首先服务器查询设备列表中注册的工作特性为连续模式的设备的优先级是否一样，如果一样，则确认是否存在比他们优先级高的非连续特性设备(包括突发模式和固定周期模式)，如果存在则服务器先分配资源给这些高优先级的非连续设备工作，直到非连续设备完成自己的工作后，再分配资源给连续设备，采用非抢占式，即谁满足条件让谁先工作，直至工作完成后，再分配资源给剩余的连续设备。如果服务器查询到工作特性为连续的设备优先级不一样，那么要看是否还存在其他高优先级非连续设备，如果存在，则优先执行非连续高优先级设备，直至该设备完成后，再分配资源给高优先级的连续设备，高优先级连续设备完成工作后，服务器再分配资源给低优先级设备，同样是先分配给低优先级其他非连续设备，直至低优先级非连续设备工作完成后，再按照非抢占式原则分配资源给低优先级连续设备，周而复始。

最后，对于“流程C”进行工作，如附图5所示，首先判断工作特性为连续的设备是不是高优先级设备，如果是高优先级设备，先分配资源给其工作，直至工作完成；如果不是高优先级，则先分配资源给其他高优先级非连续设备(包括突发模式和固定周期模式的设备)工作，直至完成后，再分配资源给连续设备工作。

综合来看，虽然本发明的方案不是效率最高的方案，但是却能保证整个应用场景不会出现整个系统相互无序竞争，最终导致相同频段的设备无法工作的情况。本发明在时间调度上充分保证了高优先级的设备得到优先工作，在同等优先级情况下，则优先照顾了工作特性为非连续的设备(包括突发模式和固定周期模式的设备)，保证了无线工作资源的最大利用率。

本发明解决了互联网+高速发展时代下异构网络多种设备共享和共同工作的可靠性问题。当面对无线频谱有限的现状，众多的无线设备如何共享频谱成为一个非常重要的关键问题。通过本发明，能够满足更多的无线设备在智慧城市、智慧家庭(智能家居)，智慧工业(工业4.0)，智慧农业等多种行业应用，涉及到的产品包括各种智能硬件设备、人体健康监测设备、工业4.0自动化设备等,实现真正的互联网+生活。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种异构网络无线资源动态管理方法，其特征在于：所述方法包括确认在同一个接入点下是否存在同一个工作频段的多个设备，如果不存在，则判断相邻频段是否有可能有干扰，如果存在相邻频段干扰则进行备注；如果同一个接入点下存在同一个工作频段的多个设备，首先则分析所述多个设备工作特性，其次，分析设备的工作优先级，最后，分析设备的数量，其中所述工作特性包括设备无线数据传输模式，所述无线数据传输模式包括突发模式和连续模式；所述方法使得高优先级的设备优先得到无线资源，在同等优先级情况下，则优先照顾工作特性为突发模式的设备，保证无线资源的最大利用率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括建立设备接入列表，所述列表包括设备ID、工作频率、工作特性、周期特征以及优先级。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述无线数据传输模式还包括固定周期模式，分配资源时，先保证高优先级的设备优先得到无线资源，在优先级一样时，按照突发模式、固定周期模式、连续模式的顺序来分配无线资源给设备。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述首先分析所述多个设备工作特性，其次，分析设备的工作优先级，最后，分析设备的数量，具体为：发现是否存在连续模式的设备，如果没有发现连续模式设备，进入流程A；如果发现存在连续模式的设备，则判断连续模式设备的数量，如果设备为1个，则进入流程B；如果数量大于1个，则进入流程C；流程A：按照优先级来给突发模式的设备进行资源分配，如果存在高优先级的设备，优先分配资源给高优先级设备，等所述高优先级的设备完成工作后，再分配资源给低优先级设备；如果不存在高优先级的设备，则按照非抢占原则分配资源；

流程B：判断连续模式的设备优先级是否一样，如果一样，则判断是否存在突发模式的高优先级设备，如果存在，则分配资源给所述突发模式的高优先级设备，等所述突发模式的高优先级设备完成工作后，再分配资源给连续模式的设备；如果不一样，则判断是否存在突发模式的高优先级设备，如果存在，则分配资源给所述突发模式的高优先级设备，等所述突发模式的高优先级设备完成工作后，再分配资源给连续模式的高优先级设备，等所述连续模式的高优先级设备完成工作后，再分配资源给连续模式的低优先级设备；

流程C：判断连续模式的设备优先级是否高于突发模式的设备，如果连续模式的设备优先级高，则分配资源给所述连续模式的设备，等所述连续模式的高优先级设备完成工作后，再分配资源给突发模式的设备；如果突发模式的设备优先级高，则分配资源给所述突发模式的设备，等所述突发模式的设备完成工作后，再分配资源给连续模式的设备。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述优先级分为“高”、“低”两种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：同一个接入点判断标准以IP地址为依据，或者以IP地址和端口号为依据。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：同一优先级的相同工作特性的设备，采用非抢占原则分配资源，即先来先得。