一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法，在包含復數(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行資源分配；通過拍賣的方法實現(xiàn)無線設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行匹配。本發(fā)明實現(xiàn)了微基站的負載均衡，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，提供更高質量的通信服務。
【專利說明】一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法，涉及網(wǎng)絡和通訊技術領 域。

【背景技術】
[0002] 微基站技術是近年來迅速發(fā)展起來的一種網(wǎng)絡接入技術。隨著3G、4G網(wǎng)絡的迅猛 發(fā)展，以及移動網(wǎng)絡寬帶化的趨勢，越來越多用戶選擇通過移動設備接入網(wǎng)絡。為滿足用戶 日益增長的需求，改善熱點小區(qū)用戶的通信質量，減輕宏蜂窩（Macrocell)的負載壓力，多 種微基站應運而生。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載達到閾值，通信質量急劇下降，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，嚴重影響用戶服務質量（QoS);而在同時，另一些 微基站負載較輕，卻因為周邊用戶已就近接入重負載基站，而無法為更多的用戶提供服務。 因此造成微基站負載不均的現(xiàn)象。微基站負載不均，一方面會增加宏蜂窩的負擔，加重運營 商的基礎建設投入。另一方面，網(wǎng)絡中的微基站資源沒有得到有效利用。因此，對于區(qū)域內 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荷，如果未過負荷則 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)過負荷的Wi-Fi基站向鄰居基站發(fā)送負載均衡請求。
[0009] S104)收到負載均衡請求的鄰居基站將自身負載通過負載均衡請求響應反饋給請 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，接入相應節(jié)點
[0012] 通過以上流程可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術存在以下的缺陷：
[0013] 因用戶的接入次序不同，產生的網(wǎng)絡連接拓撲結構也有所不同，從而產生的優(yōu) 化效果有很大隨機性。假設如圖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。假設用戶A率先接入微基站A后，微基站A達到閾值。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，但負載 仍然過高，而另一些微基站負載較低，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載不均，區(qū)域內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)明內容】

[0015] 本發(fā)明所要解決的技術問題是：針對現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種基于拍賣算法均 衡基站負載的方法，在接入控制過程的每一步均考慮負載均衡，從而避免了負載分配不合 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微基 站的依賴性，分布式地實現(xiàn)負載均衡。
[0016] 本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案：
[0017] 一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法，在包含復數(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行資源分配；
[0018] 通過拍賣的方法實現(xiàn)無線設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行匹配。
[0019] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，按照基站覆蓋范圍內的用戶數(shù)量，將基站劃分為 對應數(shù)量的虛擬基站，進而將無線設備與基站連接的接入控制問題轉化為二部圖匹配問題 進行處理，再結合拍賣方法，其過程具體如下：
[0020] 步驟一、將單個基站切分為復數(shù)個虛擬基站，設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，向對應的基站 進行出價；
[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果并為接入到本基站內的用戶分配帶寬，用戶 根據(jù)最終用戶分配結果接入對應的基站。
[0027] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，具體的參數(shù)設定包括：
[0028] 設定n為此基站通信范圍內的用戶數(shù)量，則單個基站對應的切分為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

【權利要求】
1. 一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法，其特征在于：在包含復數(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行資源 分配； 通過拍賣的方法實現(xiàn)無線設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行匹配。
2. 如權利要求1所述的一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法，其特征在于：按照基 站覆蓋范圍內的用戶數(shù)量，將基站劃分為對應數(shù)量的虛擬基站，進而將無線設備與基站連 接的接入控制問題轉化為二部圖匹配問題進行處理，再結合拍賣方法，其過程具體如下： 步驟一、將單個基站切分為復數(shù)個虛擬基站，設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，向對應的基站進行 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果并為接入到本基站內的用戶分配帶寬，用戶根據(jù) 最終用戶分配結果接入對應的基站。
3. 如權利要求2所述的一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法，其特征在于，具體的 參數(shù)設定包括： 設定η為此基站通信范圍內的用戶數(shù)量，則單個基站對應的切分為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 設定用戶i自身與基站j的通信速率為; 設定基站報價_氣=; 設定用戶對于基站的收益的表達式為：Hiij =c+logrij-pricej，其中，c為設定的常數(shù)， 且c的取值滿足Hlij > 0 ; 設定用戶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. 如權利要求2或3所述的一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法，其特征在于：基 站按照比例公平算法為接入到本基站內的用戶分配帶寬。
5. 如權利要求4所述的一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法，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. 如權利要求4所述的一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法，其特征在于：所述基 站包括微基站和宏蜂窩。
7. 如權利要求6所述的一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法，其特征在于：所述微 基站包括Wi-Fi接入點、飛蜂窩、微蜂窩。
8.如權利要求2或3所述的一種基于拍賣算法均衡基站負載的方法，其特征在于，單輪 拍賣結束時，判斷本輪拍賣是否導致連接拓撲結構發(fā)生改變： 若拓撲結構發(fā)生改變，則激活下一輪拍賣； 若拓撲結構保持不變，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