一種時(shí)延忍受異構(gòu)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的流量分載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)于流量分載的基于時(shí)延的分載流量方法，特別 是涉及一種時(shí)延忍受異構(gòu)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的流量分載方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，智能終端增加了移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)，另一方面，移動(dòng)互 聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、視頻業(yè)務(wù)進(jìn)一步加劇了移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的增長(zhǎng)?？焖僭鲩L(zhǎng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量對(duì)核心 網(wǎng)造成了巨大的壓力，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)擁塞，連接中斷等問(wèn)題，影響了用戶體驗(yàn)。為了解決這一 問(wèn)題，3GPP提出了Local IP Access(LIPA)和selection IP traffic offload(SIPTO) 技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)宏網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的分載。LIPA是基于本地移動(dòng)數(shù)據(jù)的分載，可以支持 在本地網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)的用戶直接通信，而無(wú)需通過(guò)核心網(wǎng)，這一方案的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)家庭基 站（例如，femtocell)進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)流量分載；而SIPT0允許用戶通過(guò)家庭基站連接到 Internet中，而無(wú)需經(jīng)過(guò)核心網(wǎng)。
[0003] LIPA/SIPT0存在以下幾點(diǎn)缺點(diǎn)：
[0004] 干擾嚴(yán)重：
[0005] Small cell是工作在許可頻段的低功率接入點(diǎn)，由運(yùn)營(yíng)商管理。Small cell 源于最初為家庭設(shè)計(jì)的Femtocell技術(shù)，現(xiàn)今延伸到企業(yè)Picocell、城市Metrocell和 Microcell，可以幫助家庭、企業(yè)以及城市和鄉(xiāng)村公共區(qū)域改善蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量及應(yīng) 用，提高用戶質(zhì)量，降低宏基站的負(fù)荷。
[0006] LIPA/SIPT0采用small cell作為家庭基站網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)宏網(wǎng)絡(luò)的分流，而通常 small cell在部署時(shí)采用與宏網(wǎng)絡(luò)相同的頻段，因此small cell部署之后不僅要考慮自身 相鄰small cell之間的干擾，還要考慮small cell與宏站的相互干擾，以及宏站終端用戶 對(duì)家庭基站用戶的接收干擾。如果small cell與宏網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)異頻組網(wǎng)來(lái)解決干擾問(wèn) 題，將會(huì)對(duì)頻譜資源造成很大的浪費(fèi)，而這對(duì)珍貴的頻譜資源來(lái)說(shuō)無(wú)疑是不可行的，因此現(xiàn) 在的small cell與宏網(wǎng)絡(luò)是同頻組網(wǎng)，因些需要在small cell之間采用復(fù)雜的干擾管理 算法來(lái)減干擾。
[0007] 分載效率低
[0008] 基于LIPA/SIPT0的流量分載方案是即時(shí)對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行分載，沒(méi)有額外的時(shí)延， 適應(yīng)于用戶固定或者移動(dòng)性低的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，不適應(yīng)于用戶移動(dòng)場(chǎng)景以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。在 LIPA/SIPT0這種分載方案下，如果用戶不在small cell的覆蓋范圍，則用戶立即選擇從宏 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)流量服務(wù)，沒(méi)有額外的時(shí)延增加給業(yè)務(wù)；如果在用戶在高速移動(dòng)過(guò)程中，用戶 常常不會(huì)在某個(gè)家庭基站下停留太久時(shí)間，則大部分?jǐn)?shù)據(jù)還是從宏網(wǎng)絡(luò)流過(guò)，分載效率低。
[0009] 隨機(jī)幾何（Stochastic geometry)理論是20世紀(jì)70年代在幾何概率學(xué)和積分 幾何學(xué)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的一門現(xiàn)代隨機(jī)集理論（見(jiàn)Stoyan D，Kendall W S，Mecke J. 1995.Stochastic Geometry and its Applications, 2nd edition. New York:Wiley)〇 隨機(jī)幾何理論最先被Miller等人應(yīng)用在圖像處理領(lǐng)域，應(yīng)用于對(duì)感興趣的目標(biāo)的形狀進(jìn) 行識(shí)別等，近年來(lái)通信工作者將隨機(jī)幾何理論應(yīng)用在WLAN網(wǎng)絡(luò)的性能分析上，利用隨機(jī) 幾何的特性模擬基站的部署屬性，分析其覆蓋率及其接入點(diǎn)的概率（見(jiàn)H. Q. NGUYEN，F(xiàn). BACCELLI. 2007. A Stochastic Geometry Analysis of Dense IEEE 802.11 Networks)〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0011] 本發(fā)明的目的是提供一種時(shí)延忍受異構(gòu)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的流量分載方法，該方法能 夠提高分載流量的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，提高wifi的流量分載效率。
[0012] (二）技術(shù)方案
[0013] 本發(fā)明提出的時(shí)延忍受異構(gòu)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的流量分載方法包括：步驟1，在特定 區(qū)域內(nèi)構(gòu)建隨機(jī)幾何模型的接入點(diǎn)AP部署圖；步驟2,根據(jù)步驟1中所構(gòu)建的AP部署圖， 對(duì)在所述特定區(qū)域中的用戶確定離散時(shí)間的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率；步驟3,確定用戶距離與其通 信的AP的距離概率分布函數(shù)；驟4,確定所述AP的覆蓋率；步驟5,根據(jù)步驟2、3和4得到 的結(jié)果確定在一定時(shí)間內(nèi)用戶期待分載的數(shù)據(jù)流量函數(shù)。
[0014](三）有益效果
[0015] 利用本發(fā)明的方法能夠提高分載流量的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，提高wifi的流量分載效率。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的時(shí)延忍受異構(gòu)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的流量分載方法的流程示意圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明構(gòu)建聯(lián)合隨機(jī)幾何和markov模型的AP部署流程示意圖。
[0018] 圖3是根據(jù)本發(fā)明用戶在時(shí)間t內(nèi)期待分載數(shù)據(jù)流量函數(shù)推導(dǎo)過(guò)程示意圖。
[0019] 圖4是根據(jù)本發(fā)明在時(shí)延忍受網(wǎng)絡(luò)的流量分載流程示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0021] 隨機(jī)幾何（Stochastic geometry)理論是20世紀(jì)70年代在幾何概率學(xué)和積分 幾何學(xué)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的一門現(xiàn)代隨機(jī)集理論（見(jiàn)Stoyan D，Kendall W S，Mecke J. 1995.Stochastic Geometry and its Applications, 2nd edition. New York:Wiley)〇 隨機(jī)幾何理論最先被Miller等人應(yīng)用在圖像處理領(lǐng)域，應(yīng)用于對(duì)感興趣的目標(biāo)的形狀進(jìn) 行識(shí)別等，近年來(lái)通信工作者將隨機(jī)幾何理論應(yīng)用在WLAN網(wǎng)絡(luò)的性能分析上，利用隨機(jī) 幾何的特性模擬基站的部署屬性，分析其覆蓋率及其接入點(diǎn)的概率（見(jiàn)H. Q. NGUYEN，F(xiàn). BACCELLI. 2007. A Stochastic Geometry Analysis of Dense IEEE 802.11 Networks)〇
[0022] 本發(fā)明提出了一種時(shí)延忍受異構(gòu)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的流量分載方法，解決現(xiàn)在的 LIPA/SIPT0流量分載方案干擾嚴(yán)重，分載效率低的問(wèn)題。
[0023] 本發(fā)明采用了 WiFi作為流量分載的載體對(duì)宏網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分載，由于WiFi采 用的是公共頻段，因此不存在small cell所存在的與宏網(wǎng)絡(luò)之間的干擾問(wèn)題，另一方面， wifi由于其易于部署的特點(diǎn)，周圍存在大量的可用的wifi網(wǎng)絡(luò)，不需要搭建新的wifi網(wǎng) 絡(luò)，節(jié)約成本；本發(fā)明針對(duì)用戶快速移動(dòng)，對(duì)用戶移動(dòng)行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，并在保證業(yè)務(wù)QoS的 條件下為每一類業(yè)務(wù)分配一個(gè)最大時(shí)延忍受值，如果用戶移動(dòng)到有WiFi的場(chǎng)景下并在用 戶可忍受的時(shí)延范圍內(nèi)，對(duì)用戶的進(jìn)行wifi分載；如果超過(guò)了用戶的最大時(shí)延忍受值，則 直接通過(guò)宏網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)服務(wù)，而不再等待。本發(fā)明根據(jù)用戶的行為對(duì)用戶能夠分載的 數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，基于預(yù)測(cè)結(jié)果，分載決策者決定哪一部分?jǐn)?shù)據(jù)在什么時(shí)候由哪個(gè)Access points (APs)來(lái)進(jìn)行傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)宏網(wǎng)絡(luò)的流量分載。本發(fā)明基于隨機(jī)幾何模型的預(yù)測(cè) 將要分載的數(shù)據(jù)流量引入了 Access points (APs)的部署相關(guān)的先驗(yàn)知識(shí)，在一定的信道模 型下確定了 APs的覆蓋范圍，通過(guò)與Markov模型進(jìn)行組合式建模，不僅能對(duì)特定信道模型、 AP位置等隨機(jī)變化的特征參量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，而且還可以對(duì)彼此之間的約束條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì) 估計(jì)，避免了網(wǎng)絡(luò)部分信息的缺失對(duì)預(yù)測(cè)wifi分載流量結(jié)果的影響，同時(shí)考慮了干擾對(duì)用 戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，有效地提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
[0024] 本發(fā)明的基于隨機(jī)幾何markov模型的時(shí)延忍受異構(gòu)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的流量分載方 法的基本原理是，首先建立一個(gè)大小為a*b的區(qū)域A，以密度為￥的N個(gè)泊松點(diǎn)隨機(jī)地分布 在區(qū)域A中，然后根據(jù)沃羅諾伊圖的規(guī)則構(gòu)建每個(gè)點(diǎn)的覆蓋區(qū)域，構(gòu)建隨機(jī)幾何模型；構(gòu)建 隨機(jī)點(diǎn)的隨機(jī)幾何模型后，通過(guò)半靜態(tài)的馬爾可夫過(guò)程對(duì)用戶節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性進(jìn)行建模，每 個(gè)馬爾可夫狀態(tài)代表一個(gè)地理位置；用戶在每個(gè)狀態(tài)隨機(jī)移動(dòng)，采用馬爾可夫過(guò)程估計(jì)出 每個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率；最后利用隨機(jī)幾何模型計(jì)算出用戶在每個(gè)狀態(tài)逗留的時(shí)間t，如果 當(dāng)前用戶在遇到wifi時(shí)沒(méi)有超過(guò)其業(yè)務(wù)的最大忍受時(shí)延，則通過(guò)wifi進(jìn)行流量分載，如 果用戶在等待wifi時(shí)超過(guò)其業(yè)務(wù)的最大忍受時(shí)延，則直接通過(guò)宏網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，利用隨機(jī) 幾何模型結(jié)合馬爾可夫模型并最終得到wifi進(jìn)行流量分載的流量在用戶最大忍受時(shí)