CN108551406A - 一种基于负载均衡的软件定义移动无线网信道划分方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于负载均衡的软件定义移动无线网信道划分方法。该方法在软件定义移动无线网络中干扰计算中引入负载均衡，并在移动无线网络中信道划分上做出一定的改进从而实现干扰协同处理的同时使得移动无线网络的资源利用率最高。这种改进是在软件定义网络和移动无线网络信道划分干扰控制的基础上引入一个负载均衡的业务需求用以软件定义控制层对全网资源进行整合调度，从而使资源利用率最高。该方法达到了以下目的：通过软件定义无线网络对网络设备进行收集，生成对应的信道干扰拓扑模型；通过软件定义网络计算每个基站节点的资源使用情况；通过信道的干扰拓扑及节点的资源使用情况生成对应的最优的流量调度策略。

Description

一种基于负载均衡的软件定义移动无线网信道划分方法
技术领域
本发明属于软件定义移动无线网络，具体涉及一种负载均衡和无线信道干扰概念在移动无线网络中的应用。
背景技术
为了应对数据流量的蓬勃发展以及适应新型和新兴技术(如机器型通信)，第5代(5G)移动网络必须具备有效的资源分配方案，这些方案设计时可采用软件定义网络(SDN)为基础设计无线网络架构。在无线电通信中，资源分配与干扰密切相关，所以亟待解决的问题是实现更高效的资源分配与最低的无线干扰。
为了解决TCP/IP架构的种种不足，各种下一代网络的架构正在加紧研发当中，软件定义网络网络便是其中前景较为明朗的架构之一。软件定义网络抛弃TCP/IP的概念，它通过允许网络控制和管理实现高层次的抽象，在网络可编程性方面有所创新。软件定义网络中通过将网络转发设备的控制层与转发层进行分离；通过将定义良好的可编程接口的控制(其决定流量在何处寻址以及如何定位)和数据平面(简单地转发数据分组流)实现的，以便提供底层网络的集中式全局视图和更容易配置和管理抽象的网络。
软件定义移动无线网络是通过对软件定义网络进行修改使其能和移动无线网络进行融合。利用软件定义网络的集中控制概念能够获取移动无线网络中的节点(基站、用户设备)拓扑，能够对拓扑进行深度分析，结合软件定义网络控制层获取的节点资源使用情况，生成移动无线网络的流量调度策略。在软件定义移动无线网络架构中，通过转发与控制分离的这一特点，能够结合目前流行的云计算、大数据等技术对网络数据进行分析，生成相应的数据模型(如智能交通)便利与民。
目前针对软件定义无线网络下的干扰的研究工作主要集中在如果通过算法来优化无线基站的资源分配使得移动无线网络的总干扰达到最小。但考虑5G时，用户的对于网络的体验提出更高的要求，因此运营商需要考虑更优的使用全网的基站资源的前提下，控制移动网络信道划分时干扰最小。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于负载均衡的软件定义移动无线网信道划分方法
本发明采用以下技术方法实现：一种基于负载均衡的软件定义移动无线网信道划分方法，其包括以下步骤：步骤S1：获得节点的资源使用情况；步骤S2：通过软件定义移动无线网络控制层生成网络拓扑模型；步骤S3：为网络拓扑模型生成相应的移动无线网络信道干扰图拓扑模型；步骤S4：通过V＝α*I+β*R+λ*T计算移动无线网络流量制定转发策略，其中α、β、λ为每个指标所占权重；I代表的是选择转发路径时所产生的干扰量；R代表的是转发流量时所需的资源；T是在流量转发时所产生的时延；V为转发流量时所经过路径产生干扰、时延及资源使用量加权之和；步骤S5：当请求流量到达移动无线基站时，由控制层制定转发路径：在控制层通过对全网进行收集生成对应的网络拓扑，其中包括各个基站节点的资源使用情况，即获取R值；通过网络拓扑，计算移动无线网络划分信道时产生的干扰，即获取I值；通过网络拓扑，生成所需转发流量的源点到目的点转发路径，并计算得到时延T值。
在本发明一实施例中，I值的计算包括以下步骤：通过二分法来实现信道划分后，在利用来计算I值；其中ft为经过二分法划分信道后的信道频率值；fi为与ft在同基站下的已划分后的信道频率。
进一步的，二分法的实现方式包括以下步骤：获取基站已有的频率段f1～fn，在用户请求信道时，预先选择两端可用的信道频率f1和fn；当两端信道已被使用，则通过二分法选择中间信道频率提供给用户使用；而对于接下来的用户请求则使用二分法所产生的信道频率，产生的信道被占用后，继续利用二分法产生可用信道；以此类推来实现信道划分时。
在本发明一实施例中，获取的R、I、T值后，通过加权计算得到V值，通过选择最小V值所代表的路径作为基于负载均衡最小消耗的流量转发路径。
在本发明一实施例中，α、β、λ三个值分别设置为0.5、0.3、0.2。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：对移动无线网络资源的合理使用，在追求移动无线网络信道划分时产生的干扰最小的同时，也考虑了网络流量的负载均衡。
附图说明
图1是基于软件定义移动无线网络架构图；
图2是控制器生成的移动无线网络干扰拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
一种基于负载均衡的软件定义移动无线网信道划分方法，其包括以下步骤：步骤S1：获得节点的资源使用情况；步骤S2：通过软件定义移动无线网络控制层生成网络拓扑模型；步骤S3：为网络拓扑模型生成相应的移动无线网络信道干扰图拓扑模型；步骤S4：通过V＝α*I+β*R+λ*T计算移动无线网络流量制定转发策略，其中α、β、λ为每个指标所占权重；I代表的是选择转发路径时所产生的干扰量；R代表的是转发流量时所需的资源；T是在流量转发时所产生的时延；V为转发流量时所经过路径产生干扰、时延及资源使用量加权之和；步骤S5：当请求流量到达移动无线基站时，由控制层制定转发路径：在控制层通过对全网进行收集生成对应的网络拓扑，其中包括各个基站节点的资源使用情况，即获取R值；通过网络拓扑，计算移动无线网络划分信道时产生的干扰，即获取I值；通过网络拓扑，生成所需转发流量的源点到目的点转发路径，并计算得到时延T值。
在本发明一实施例中，I值的计算包括以下步骤：通过二分法来实现信道划分后，在利用来计算I值；其中ft为经过二分法划分信道后的信道频率值；fi为与ft在同基站下的已划分后的信道频率。
进一步的，二分法的实现方式包括以下步骤：获取基站已有的频率段f1～fn，在用户请求信道时，预先选择两端可用的信道频率f1和fn；当两端信道已被使用，则通过二分法选择中间信道频率提供给用户使用；而对于接下来的用户请求则使用二分法所产生的信道频率，产生的信道被占用后，继续利用二分法产生可用信道；以此类推来实现信道划分时。
在本发明一实施例中，获取的R、I、T值后，通过加权计算得到V值，通过选择最小V值所代表的路径作为基于负载均衡最小消耗的流量转发路径。
在本发明一实施例中，α、β、λ三个值分别设置为0.5、0.3、0.2。
本发明的核心在于：对移动无线网络资源的合理使用，在追求移动无线网络信道划分时产生的干扰最小的同时，也需要考虑网络流量的负载均衡。
本发明每个移动无线网络基站节点设置变量来记录初始基站所具有资源；获得节点的实时资源总量R1；获取网络拓扑并生成对应的拓扑模型；为每个请求流量制定相应的转发策略，其中需要计算转发流量时所需划分的移动无线网络信道产生的干扰I和转发时所产生的时延T；设定参数V获取最终的转发路径上的干扰、时延、基站资源的和。
其中V＝α*I+β*R+λ*T。I代表的是选择转发路径时所产生的干扰量；R代表的是转发流量时所需的资源；T是在流量转发时所产生的时延；V为转发流量时所经过路径产生干扰、时延及资源使用量加权之和；基于负载均衡的理论，根据控制器的全网拓扑，深度遍历求解所有可达路径后，分别求解不同转发路径下的V值后，取最小的V值即为最优的转发路径。
本发明提出的基于负载均衡的软件定义移动无线网信道划分方法，结合附图和实施样例说明如下：
传统的软件定义网络架构是不能满足移动无线网络的需求，所以需要对已有的架构重新设计(如图1)。在图1中，将软件定义移动无线网络结合网络虚拟化，使得每个移动无线虚拟网络相互隔离，易于上层应用的创新。虚拟化层主要工作是对上提供虚拟网，每个网络相互隔离，应用只需管理自身网络即可。而对下是对网络进行切片，使得应用流在数据转发层转发时互不干扰。
当请求流量到达移动无线基站时，由控制层进行制定转发路径。在控制层通过对全网进行收集生成对应的网络拓扑，其中包括各个基站节点的资源使用情况。通过网络拓扑(如图2)，计算移动无线网络划分信道时产生的干扰。在图2中，eNB1与eNB2即为基站节点；UE是终端用户；图中实现代表传输信道。通过网络拓扑，生成所需转发流量的源点到目的点转发路径，并计算得到路径的时延。
当请求流量到达移动无线基站时，根据计算得到的网络拓扑基站节点的资源量、路径时延及划分信道时产生的干扰量，三个指标进行计算得到V值。根据所求得的所有V值，选取最小的V值，这个转发路径就是基于负载均衡最小消耗的流量转发路径。
当请求流量到达移动无线基站时，通过选取不同的加权参数α、β、λ来调整三个指标对于转发策略选择的影响大小。
在以上步骤中，本发明提出了一种全新的性能指标：负载均衡评估参数V，其用于定量描述移动无线网络流量转发策略的优劣，从而判断是否选取此路径进行流量转发。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于负载均衡的软件定义移动无线网信道划分方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤S1：获得节点的资源使用情况；
步骤S2：通过软件定义移动无线网络控制层生成网络拓扑模型；
步骤S3：为网络拓扑模型生成相应的移动无线网络信道干扰图拓扑模型；
步骤S4：通过V＝α*I+β*R+λ*T计算移动无线网络流量制定转发策略，其中α、β、λ为每个指标所占权重；I代表的是选择转发路径时所产生的干扰量；R代表的是转发流量时所需的资源；T是在流量转发时所产生的时延；V为转发流量时所经过路径产生干扰、时延及资源使用量加权之和；
步骤S5：当请求流量到达移动无线基站时，由控制层制定转发路径：在控制层通过对全网进行收集生成对应的网络拓扑，其中包括各个基站节点的资源使用情况，即获取R值；通过网络拓扑，计算移动无线网络划分信道时产生的干扰，即获取I值；通过网络拓扑，生成所需转发流量的源点到目的点转发路径，并计算得到时延T值。
2.根据权利要求1所述的基于负载均衡的软件定义移动无线网信道划分方法，其特征在于：I值的计算包括以下步骤：通过二分法来实现信道划分后，在利用来计算I值；其中ft为经过二分法划分信道后的信道频率值；fi为与ft在同基站下的已划分后的信道频率。
3.根据权利要求2所述的基于负载均衡的软件定义移动无线网信道划分方法，其特征在于：二分法的实现方式包括以下步骤：
获取基站已有的频率段f1～fn，在用户请求信道时，预先选择两端可用的信道频率f1和fn；当两端信道已被使用，则通过二分法选择中间信道频率提供给用户使用；而对于接下来的用户请求则使用二分法所产生的信道频率，产生的信道被占用后，继续利用二分法产生可用信道；以此类推来实现信道划分时。
4.根据权利要求1所述的基于负载均衡的软件定义移动无线网信道划分方法，其特征在于：获取的R、I、T值后，通过加权计算得到V值，通过选择最小V值所代表的路径作为基于负载均衡最小消耗的流量转发路径。
5.根据权利要求1所述的基于负载均衡的软件定义移动无线网信道划分方法，其特征在于：α、β、λ三个值分别设置为0.5、0.3、0.2。
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