一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法，在包含復(fù)數(shù)個基站的場景中，用戶接入基站時，將單個基站虛擬切分為若干虛擬基站,通過比例公平算法進(jìn)行資源分配；通過拍賣的方法實現(xiàn)無線設(shè)備與基站連接的接入控制，每個基站廣播其定價最低的虛擬基站的報價，用戶根據(jù)到其相鄰基站的通信鏈路質(zhì)量出價，基站根據(jù)用戶的出價情況，選擇出價最高的用戶與虛擬基站進(jìn)行匹配。本發(fā)明實現(xiàn)了微基站的負(fù)載均衡，大大提高微基站系統(tǒng)的整體吞吐量，并在所有用戶中實現(xiàn)比例公平。采取分布式的方法解決負(fù)載均衡問題，相較于集中處理減少了微基站部署成本，提高了負(fù)載均衡問題的處理速度。這樣滿足了更多用戶希望接入微基站的需求，提供更高質(zhì)量的通信服務(wù)。
【專利說明】一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法，涉及網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)領(lǐng) 域。

【背景技術(shù)】
[0002] 微基站技術(shù)是近年來迅速發(fā)展起來的一種網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)。隨著3G、4G網(wǎng)絡(luò)的迅猛 發(fā)展，以及移動網(wǎng)絡(luò)寬帶化的趨勢，越來越多用戶選擇通過移動設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。為滿足用戶 日益增長的需求，改善熱點小區(qū)用戶的通信質(zhì)量，減輕宏蜂窩（Macrocell)的負(fù)載壓力，多 種微基站應(yīng)運而生。典型的微基站包括Wi-Fi、飛蜂窩（Femtocell)、微蜂窩（MicroCell) 等。
[0003] 由于微基站在使用過程中，不可避免地會出現(xiàn)用戶分布不均的情況。用戶希望連 接至距離自己近的微基站，或連接至數(shù)據(jù)傳輸速率更高的微基站。由于用戶的利己性連接 方式，由此而造成某些個體微基站的負(fù)載達(dá)到閾值，通信質(zhì)量急劇下降，新用戶無法接入臨 近的微基站，只能通過宏蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)重影響用戶服務(wù)質(zhì)量（QoS);而在同時，另一些 微基站負(fù)載較輕，卻因為周邊用戶已就近接入重負(fù)載基站，而無法為更多的用戶提供服務(wù)。 因此造成微基站負(fù)載不均的現(xiàn)象。微基站負(fù)載不均，一方面會增加宏蜂窩的負(fù)擔(dān)，加重運營 商的基礎(chǔ)建設(shè)投入。另一方面，網(wǎng)絡(luò)中的微基站資源沒有得到有效利用。因此，對于區(qū)域內(nèi) 由多個微基站組成的系統(tǒng)，整體資源利用率有待通過全局的優(yōu)化方式提高。
[0004] 目前，對于微基站負(fù)載均衡的方法有多種解決方案。
[0005] 例如，在劉翔、張明昊公布的，申請公布號為CN103384392A的發(fā)明專利中提到的 一種Wi-Fi基站負(fù)載均衡的方法，步驟如圖1所示：
[0006] S101)新用戶向Wi-Fi基站請求接入。
[0007] S102) Wi-Fi基站在收到用戶請求后首先判斷自身是否已過負(fù)荷，如果未過負(fù)荷則 執(zhí)行S107)步驟允許用戶接入。否則繼續(xù)執(zhí)行S103)步驟。
[0008] S103)過負(fù)荷的Wi-Fi基站向鄰居基站發(fā)送負(fù)載均衡請求。
[0009] S104)收到負(fù)載均衡請求的鄰居基站將自身負(fù)載通過負(fù)載均衡請求響應(yīng)反饋給請 求的Wi-Fi基站。
[0010] S105)Wi_Fi基站收到鄰居節(jié)點的反饋信息后，選擇負(fù)載最小的鄰居節(jié)點，并將被 選擇的節(jié)點的參數(shù)發(fā)送給用戶。
[0011] S106)用戶根據(jù)反饋的被選擇節(jié)點信息，接入相應(yīng)節(jié)點
[0012] 通過以上流程可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)存在以下的缺陷：
[0013] 因用戶的接入次序不同，產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也有所不同，從而產(chǎn)生的優(yōu) 化效果有很大隨機性。假設(shè)如圖2場景，某地區(qū)存在用戶A(204)和用戶B(205)，微基站 A (202)和微基站B (203)。用戶B處在微基站A的覆蓋范圍，用戶A處在微基站A和微基站 B的覆蓋范圍。假設(shè)用戶A率先接入微基站A后，微基站A達(dá)到閾值。此時用戶B申請接入 微基站A則無法接入，只能接入宏蜂窩（201)。
[0014] 此外，上述方法相對比于貪婪接入方法，某些微基站雖然避免了突破閾值，但負(fù)載 仍然過高，而另一些微基站負(fù)載較低，雖然解決了某些用戶無法接入微基站而只能使用宏 蜂窩的問題，但仍然存在微基站負(fù)載不均，區(qū)域內(nèi)整體微基站群利用率低，整體吞吐量仍有 很大的提升空間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于拍賣算法均 衡基站負(fù)載的方法，在接入控制過程的每一步均考慮負(fù)載均衡，從而避免了負(fù)載分配不合 理現(xiàn)象。通過拍賣的方法，拍賣虛擬微基站。拍賣過程充分考慮到了用戶個體對目標(biāo)微基 站的依賴性，分布式地實現(xiàn)負(fù)載均衡。
[0016] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0017] 一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法，在包含復(fù)數(shù)個基站的場景中，用戶接入 基站時，將單個基站虛擬切分為若干虛擬基站，通過比例公平算法進(jìn)行資源分配；
[0018] 通過拍賣的方法實現(xiàn)無線設(shè)備與基站連接的接入控制，每個基站廣播其定價最低 的虛擬基站的報價，用戶根據(jù)到其相鄰基站的通信鏈路質(zhì)量出價，基站根據(jù)用戶的出價情 況，選擇出價最高的用戶與虛擬基站進(jìn)行匹配。
[0019] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，按照基站覆蓋范圍內(nèi)的用戶數(shù)量，將基站劃分為 對應(yīng)數(shù)量的虛擬基站，進(jìn)而將無線設(shè)備與基站連接的接入控制問題轉(zhuǎn)化為二部圖匹配問題 進(jìn)行處理，再結(jié)合拍賣方法，其過程具體如下：
[0020] 步驟一、將單個基站切分為復(fù)數(shù)個虛擬基站，設(shè)定每個虛擬基站的初始報價；
[0021] 步驟二、用戶測量自身到周邊相鄰基站的通信速率；
[0022] 步驟三、單次拍賣開始時，每個基站廣播其所擁有的虛擬基站中價格最低的定 價；
[0023] 步驟四、用戶根據(jù)基站的報價，計算對應(yīng)于每個基站的收益，并從中選取出收益最 商和次商的兩個基站；
[0024] 步驟五、用戶以步驟四所得最高收益和次高收益的差值為其出價，向?qū)?yīng)的基站 進(jìn)行出價；
[0025] 步驟六、基站選擇出價最高的用戶，將其最低價的虛擬基站分配給該用戶，并將該 虛擬基站的價格提升至用戶的出價；
[0026] 步驟七、基站廣播最終用戶分配結(jié)果并為接入到本基站內(nèi)的用戶分配帶寬，用戶 根據(jù)最終用戶分配結(jié)果接入對應(yīng)的基站。
[0027] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，具體的參數(shù)設(shè)定包括：
[0028] 設(shè)定n為此基站通信范圍內(nèi)的用戶數(shù)量，則單個基站對應(yīng)的切分為n個虛擬基站， 對于基站切分的第k個虛擬基站，其初始報價為

【權(quán)利要求】
1. 一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法，其特征在于：在包含復(fù)數(shù)個基站的場景 中，用戶接入基站時，將單個基站虛擬切分為若干虛擬基站，通過比例公平算法進(jìn)行資源 分配； 通過拍賣的方法實現(xiàn)無線設(shè)備與基站連接的接入控制，每個基站廣播其定價最低的虛 擬基站的報價，用戶根據(jù)到其相鄰基站的通信鏈路質(zhì)量出價，基站根據(jù)用戶的出價情況，選 擇出價最高的用戶與虛擬基站進(jìn)行匹配。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法，其特征在于：按照基 站覆蓋范圍內(nèi)的用戶數(shù)量，將基站劃分為對應(yīng)數(shù)量的虛擬基站，進(jìn)而將無線設(shè)備與基站連 接的接入控制問題轉(zhuǎn)化為二部圖匹配問題進(jìn)行處理，再結(jié)合拍賣方法，其過程具體如下： 步驟一、將單個基站切分為復(fù)數(shù)個虛擬基站，設(shè)定每個虛擬基站的初始報價； 步驟二、用戶測量自身到周邊相鄰基站的通信速率； 步驟三、單次拍賣開始時，每個基站廣播其所擁有的虛擬基站中價格最低的定價； 步驟四、用戶根據(jù)基站的報價，計算對應(yīng)于每個基站的收益，并從中選取出收益最高和 次商的兩個基站； 步驟五、用戶以步驟四所得最高收益和次高收益的差值為其出價，向?qū)?yīng)的基站進(jìn)行 出價； 步驟六、基站選擇出價最高的用戶，將其最低價的虛擬基站分配給該用戶，并將該虛擬 基站的價格提升至用戶的出價； 步驟七、基站廣播最終用戶分配結(jié)果并為接入到本基站內(nèi)的用戶分配帶寬，用戶根據(jù) 最終用戶分配結(jié)果接入對應(yīng)的基站。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法，其特征在于，具體的 參數(shù)設(shè)定包括： 設(shè)定η為此基站通信范圍內(nèi)的用戶數(shù)量，則單個基站對應(yīng)的切分為η個虛擬基站，對于 基站切分的第k個虛擬基站，其初始報價為= _1〇β(α-If 設(shè)定用戶i自身與基站j的通信速率為; 設(shè)定基站報價_氣=; 設(shè)定用戶對于基站的收益的表達(dá)式為：Hiij =c+logrij-pricej，其中，c為設(shè)定的常數(shù)， 且c的取值滿足Hlij > 0 ; 設(shè)定用戶i的出價為碼_Λ--，其中，Iti丨表不其最1?的收益，m'i表不其次1?的收益。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法，其特征在于：基 站按照比例公平算法為接入到本基站內(nèi)的用戶分配帶寬。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法，其特征在于：拍賣過 程中，用戶與虛擬基站建立的連接為非永久性連接，虛擬基站的定價根據(jù)用戶的最高報價 而增長。
6. 如權(quán)利要求4所述的一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法，其特征在于：所述基 站包括微基站和宏蜂窩。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法，其特征在于：所述微 基站包括Wi-Fi接入點、飛蜂窩、微蜂窩。
8.如權(quán)利要求2或3所述的一種基于拍賣算法均衡基站負(fù)載的方法，其特征在于，單輪 拍賣結(jié)束時，判斷本輪拍賣是否導(dǎo)致連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變： 若拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變，則激活下一輪拍賣； 若拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保持不變，則算法收斂，停止拍賣。
【文檔編號】H04W28/08GK104469847SQ201410586285
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】王煒, 趙巍, 吳小兵 申請人:南京大學(xué)