一種無線網(wǎng)絡(luò)分配方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無線網(wǎng)絡(luò)分配方法，包括：基站感知當(dāng)前時(shí)段網(wǎng)絡(luò)狀況，判斷所述當(dāng)前時(shí)段網(wǎng)絡(luò)是否處于閑時(shí)，若否則將N(Hz)帶寬用于點(diǎn)對點(diǎn)通信；若是則將M(Hz)帶寬用于推送公共內(nèi)容，將N-M(Hz)帶寬用于點(diǎn)對點(diǎn)通信；其中，M、N為自然數(shù)；判斷當(dāng)前時(shí)段為閑時(shí)時(shí)分配用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的通信速率是否小于預(yù)設(shè)的門限速率，若是則減少用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的帶寬資源，若否則增加用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的帶寬資源；直至當(dāng)前時(shí)段帶寬資源的分配處于平衡狀態(tài)，則進(jìn)入下一時(shí)段網(wǎng)絡(luò)狀況的感知。
【專利說明】一種無線網(wǎng)絡(luò)分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的無線傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)分 配方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無線移動(dòng)通信發(fā)展歷程基本遵循每隔約10年就更新一代通信系統(tǒng)的規(guī)律。第一 代（1G)移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用模擬式蜂窩網(wǎng)絡(luò)，其中具有代表性的有北美的AMPS(Ad Vanced Mobile Phone System)以及歐洲的 TACS (Total Access Communication System)。第二代 (2G)移動(dòng)通信基于數(shù)字式無線通信系統(tǒng)，具有代表性的有歐洲的GSM (Global System for Mobile Communication)以及北美的碼分多址（CDMA) IS-95系統(tǒng)。第三代（3G)系統(tǒng)以支 持多媒體業(yè)務(wù)為主要特點(diǎn)，包括三大系統(tǒng)，歐洲及日本的WCDMA系統(tǒng)、北美的CDMA2000系統(tǒng) 以及由中國自主提出的TD-SCDMA系統(tǒng)。第四代（4G)通信系統(tǒng)使用ΜΜ0和0FDMA技術(shù)的 LTE-Advanced 系統(tǒng)。
[0003] 從2. 5G(GPRS)開始，無線通信網(wǎng)絡(luò)開始有了移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，用戶可以使用手機(jī)瀏 覽互聯(lián)網(wǎng)上的信息。早期的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸速率較低，GPRS的理論最高傳輸速率為 171. 2kbps，發(fā)展到4G時(shí)，理論最高下行速率可達(dá)100Mbps。從2. 5G到4G，移動(dòng)用戶的數(shù) 據(jù)業(yè)務(wù)主要是通過傳統(tǒng)的"點(diǎn)對點(diǎn)"通信方式，雖然從3G開始引入了多媒體廣播多播業(yè)務(wù) (MBMS)，但是運(yùn)營商主要將MBMS用于手機(jī)電視業(yè)務(wù)。
[0004] 國內(nèi)外的4G通信系統(tǒng)已經(jīng)開始運(yùn)營，5G研究也已經(jīng)開始。5G被認(rèn)為是面向用戶 的通信技術(shù)，它需要提供4G網(wǎng)絡(luò)1000倍的容量，提供峰值達(dá)lOGbps的終端用戶下載速率。 為了達(dá)到5G的性能要求，學(xué)術(shù)界提出了很多提高無線網(wǎng)絡(luò)性能的技術(shù)，主要可以歸結(jié)為以 下幾點(diǎn)：
[0005] (1)減小蜂窩小區(qū)的大小，提高網(wǎng)絡(luò)容量以及性能。從最開始的宏蜂窩（Macro)到 微蜂窩（Micro)到皮蜂窩（Pico)，蜂窩小區(qū)的半徑一直在減小。現(xiàn)在還提出了一種家庭基 站（Femto)的概念，是為了能夠以最大的數(shù)據(jù)速率提供住宅內(nèi)部的移動(dòng)通信能力。
[0006] (2)大規(guī)模ΜΜ0技術(shù)。高信噪比情況下，通信收、發(fā)雙方的多天線使得鏈路中能進(jìn) 行多流傳輸，大大提高數(shù)據(jù)速率。
[0007] (3)部署異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)以及復(fù)合現(xiàn)有的無線基礎(chǔ)設(shè)施，提高成本效率。無線移動(dòng)通信已 經(jīng)經(jīng)歷了 4代的發(fā)展，每一代都有新的技術(shù)提出。不可能每次新技術(shù)出來后就全部建新的 基站，廢棄原來的無線基礎(chǔ)設(shè)施，這樣的成本太高。此外，新一代無線網(wǎng)絡(luò)商用后，仍有大量 用戶在使用舊的網(wǎng)絡(luò)。為了滿足不同用戶的需求，只有對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合。
[0008] (4)靈活的頻譜管理，提高資源利用率。為了達(dá)到容量以及速率需求，5G需要增大 帶寬。然而無線頻譜資源是非常寶貴的，不可能無限度的增大帶寬，因此需要提高頻譜資源 利用率。主要有頻譜重整、認(rèn)知無線電等技術(shù)。
[0009] (5)D2D(Device_t〇-Device)和 M2M(Machine_t〇-Machine)通信。這是一種動(dòng)態(tài)的 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用戶終端之間以及基站之間可以互相通信。不同終端以及基站產(chǎn)生的業(yè)務(wù)可以 合理地分配給接入點(diǎn)不會造成擁塞問題。
[0010] 傳統(tǒng)的"點(diǎn)對點(diǎn)"通信會導(dǎo)致大量相同的內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)中冗余投遞，浪費(fèi)帶寬資源。 對于5G如此高的容量需求，僅使用"點(diǎn)對點(diǎn)"通信是難以滿足的，還會浪費(fèi)更多的帶寬資 源。學(xué)術(shù)界針對5G性能要求提出的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能在一定程度上提高網(wǎng)絡(luò)性能，但是它 們各自也存在不足：（1)減小蜂窩小區(qū)的大小可以提高頻譜的復(fù)用，增大網(wǎng)絡(luò)的容量。但是 蜂窩小區(qū)的減小會使相鄰小區(qū)之間的同頻干擾增大，影響移動(dòng)用戶以及基站的信號接收。 (2)MM0技術(shù)需要用戶的信道條件較好，低信噪比條件下多天線傳輸?shù)恼`碼率會很高。此 夕卜，通信收、發(fā)雙方的天線越多，系統(tǒng)設(shè)計(jì)就越復(fù)雜。（3)用戶終端之間的D2D通信可以在用 戶之間分享信息，減少用戶向基站請求的次數(shù)。但是當(dāng)信息量較大時(shí)，終端之間的通信也會 較慢。不僅如此，上述技術(shù)也都忽略了大量公共內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)重復(fù)發(fā)送到現(xiàn)象，而且據(jù)統(tǒng)計(jì)， 80%的用戶共同關(guān)注20%的公共內(nèi)容。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種無線網(wǎng)絡(luò)分配方法，包括：
[0012] 基站感知當(dāng)前時(shí)段網(wǎng)絡(luò)狀況，判斷所述當(dāng)前時(shí)段網(wǎng)絡(luò)是否處于閑時(shí)，若否則將 N(Hz)帶寬用于點(diǎn)對點(diǎn)通信；若是則將M(Hz)帶寬用于推送公共內(nèi)容，將N-M(Hz)帶寬用于 點(diǎn)對點(diǎn)通信；其中，M、N為自然數(shù)；
[0013] 判斷當(dāng)前時(shí)段為閑時(shí)時(shí)分配用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的通信速率是否小于預(yù)設(shè)的門限速 率，若是則減少用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的帶寬資源，若否則增加用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的帶寬資源；直至 當(dāng)前時(shí)段帶寬資源的分配處于平衡狀態(tài)，則進(jìn)入下一時(shí)段網(wǎng)絡(luò)狀況的感知。
[0014] 進(jìn)一步，在所述的無線網(wǎng)絡(luò)分配方法中，通過評估一頻譜效率來判斷當(dāng)前時(shí)段帶 寬資源的分配是否處于平衡狀態(tài)。
[0015] 進(jìn)一步，在所述的無線網(wǎng)絡(luò)分配方法中，通過評估所述基站傳輸速率和用戶時(shí)延 來判斷當(dāng)前時(shí)段帶寬資源的分配是否處于平衡狀態(tài)。
[0016] 進(jìn)一步，在所述的無線網(wǎng)絡(luò)分配方法中，所述點(diǎn)對點(diǎn)通信采用比例公平調(diào)度的方 法來分配帶寬。
[0017] 本發(fā)明提供的無線網(wǎng)絡(luò)分配方法，具有以下有益效果：本發(fā)明引入"一點(diǎn)對極多 點(diǎn)"的推送機(jī)制可以節(jié)省帶寬資源，同時(shí)進(jìn)行推送的時(shí)間在網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)，能在不明顯影響網(wǎng)絡(luò) 閑時(shí)的用戶性能的前提下，大幅提高網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)的用戶性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明無線網(wǎng)絡(luò)分配方法的流程圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的用戶的流量到達(dá)比例在各時(shí)段分布圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的活躍用戶數(shù)在各時(shí)段分布圖；
[0021] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的一天各時(shí)段用戶體驗(yàn)到的平均數(shù)據(jù)速率示意圖；
[0022] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的基站傳輸完各個(gè)時(shí)段數(shù)據(jù)所需的平均時(shí)延示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的無線網(wǎng)絡(luò)分配方法作進(jìn)一步詳細(xì)說 明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用 非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目 的。
[0024] 請參考圖1，其是本發(fā)明無線網(wǎng)絡(luò)分配方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明提供一 種無線網(wǎng)絡(luò)分配方法，包括 ：
[0025] 基站感知當(dāng)前時(shí)段網(wǎng)絡(luò)狀況，判斷所述當(dāng)前時(shí)段網(wǎng)絡(luò)是否處于閑時(shí)，若否則將 N(Hz)帶寬用于點(diǎn)對點(diǎn)通信；若是則將M(Hz)帶寬用于推送公共內(nèi)容，將N-M(Hz)帶寬用于 點(diǎn)對點(diǎn)通信；其中，M、N為自然數(shù)；
[0026] 判斷當(dāng)前時(shí)段為閑時(shí)時(shí)分配用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的通信速率是否小于預(yù)設(shè)的門限速 率，若是則減少用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的帶寬資源，若否則增加用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的帶寬資源；直至 當(dāng)前時(shí)段帶寬資源的分配處于平衡狀態(tài)，則進(jìn)入下一時(shí)段網(wǎng)絡(luò)狀況的感知。
[0027] 具體來說，根據(jù)流量到達(dá)在一天中各時(shí)段的分布，將流量到達(dá)較少的時(shí)段稱為網(wǎng) 絡(luò)閑時(shí)，流量到達(dá)較多的時(shí)段稱為網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)。網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)，用戶所有的數(shù)據(jù)需求都通過"點(diǎn)對 點(diǎn)"通信向基站獲?。痪W(wǎng)絡(luò)忙時(shí)，用戶的數(shù)據(jù)需求一部分通過"點(diǎn)對點(diǎn)"通信向基站獲取，另 一部分為網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)推送并且已經(jīng)被用戶存儲在手機(jī)內(nèi)存中的內(nèi)容?；谝欢ǖ挠脩粜袨榉?析，假設(shè)基站推送的為用戶的公共內(nèi)容?；驹诰W(wǎng)絡(luò)閑時(shí)給推送和"點(diǎn)對點(diǎn)"通信分配資源 為自適應(yīng)過程。
[0028] 在判斷當(dāng)前時(shí)段網(wǎng)絡(luò)是否處于閑時(shí)后，采用不同的機(jī)制進(jìn)行了帶寬的分配。以下 通過兩個(gè)參數(shù)來判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源的分配是否處于一個(gè)平衡狀態(tài)。第一個(gè)是頻譜效 率，傳統(tǒng)的"點(diǎn)對點(diǎn)"通信的頻譜效率計(jì)算方法為：頻譜效率=信息速率/帶寬。其中，信息 速率主要是指基站傳輸信息的速率。推送機(jī)制的頻譜效率計(jì)算方法也可以使用：頻譜效率 =信息速率/帶寬。但是由于推送的"一點(diǎn)對多點(diǎn)"的傳輸方式，信息速率不再是指基站傳 輸信息的速率。推送過程中，基站傳輸?shù)墓矁?nèi)容可能被多個(gè)用戶接收，其信息速率存在一 個(gè)增益因子，該增益因子和公共內(nèi)容的平均重疊率有關(guān)。本發(fā)明定義公共內(nèi)容平均重疊率 來表示公共內(nèi)容的重疊程度，公共內(nèi)容平均重疊率越高，用戶接收到的總內(nèi)容相同的情況 下，基站需要推送的內(nèi)容就越少，信息速率的增益因子就越高。推送過程中，基站傳輸信息 的速率會小于同等帶寬條件下的"點(diǎn)對點(diǎn)"通信。因?yàn)榭紤]到推送的內(nèi)容有多個(gè)用戶需要 接受，為了保證這些用戶的QoS需求，基站在傳輸公共內(nèi)容時(shí)，需要根據(jù)最差的用戶信道條 件來選擇調(diào)制編碼方式，這樣的調(diào)制編碼方式一般效率會低于"點(diǎn)對點(diǎn)"通信。
[0029] 綜合上述兩方面考慮，在用戶整體信道條件較好，并且用戶之間的公共內(nèi)容平均 重疊率較高的情況下，推送的頻譜效率會高于同等帶寬條件下的"點(diǎn)對點(diǎn)"通信。若所有用 戶中，大部分用戶的信道條件都較好，只有少部分用戶的信道條件特別差，為了保證推送的 性能，可以只對信道條件較好的那部分用戶進(jìn)行公共內(nèi)容的推送，信道條件差的用戶仍通 過"點(diǎn)對點(diǎn)"通信從基站獲取信息。
[0030] 除了頻譜效率之外，本發(fā)明還將引入推送前后網(wǎng)絡(luò)閑、忙時(shí)的基站傳輸速率以及 用戶時(shí)延作為評價(jià)網(wǎng)絡(luò)性能的另一指標(biāo)。未使用推送時(shí)，網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)的用戶性能會優(yōu)于網(wǎng)絡(luò) 忙時(shí)的用戶性能。網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)流量到達(dá)較少，基站傳輸數(shù)據(jù)的速率較大，用戶獲取信息的時(shí) 延較小；網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)流量達(dá)到較多，基站傳輸數(shù)據(jù)速率較小，用戶獲取信息的時(shí)延較大。引入 推送機(jī)制后，在網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)基站自適應(yīng)地分配部分帶寬資源用于推送，該時(shí)間段內(nèi)推送的公 共內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)被用戶訪問。這樣，網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)基站需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)減少，基站傳輸速率增 大，用戶時(shí)延減少，用戶性能得到大幅提高。由于自適應(yīng)分配帶寬資源過程中，對用戶最低 速率進(jìn)行了門限限定，網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)的用戶性能也不會下降太多。因此，在網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)分配部分帶 寬資源用于推送，可以在不明顯影響網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)的用戶性能的前提下，大幅提高網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)的 用戶性能。
[0031] 【實(shí)施例1】
[0032] 如圖2和圖3所示，其是一蜂窩小區(qū)中業(yè)務(wù)流量及活躍用戶數(shù)在一天中各個(gè)時(shí)段 的分布圖。用戶的流量到達(dá)比例在各時(shí)段分布如圖2所示，活躍用戶數(shù)分布如圖3所示。
[0033] 由圖2可以看出2:00-7:59流量到達(dá)較少，為網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)，因此決定在該時(shí)間段進(jìn) 行推送。假設(shè)每個(gè)用戶每天需要200MB數(shù)據(jù)流量，則系統(tǒng)總帶寬為20MHz，因此在閑時(shí)，即 2:00-7:59給推送分配固定帶寬8MHz。
[0034] "點(diǎn)對點(diǎn)"通信模型參考3GPP LTE R9標(biāo)準(zhǔn)。LTE的下行調(diào)制技術(shù)采用QPSK、16QAM 和64QAM。這三種調(diào)制方式對應(yīng)了 29種MCS承載等級以及相應(yīng)的每個(gè)資源塊可以支持的傳 輸比特?cái)?shù)。LTE系統(tǒng)會根據(jù)用戶接收基站的信號干擾噪聲比（SINR)來決定該用戶可以支持 的MCS承載等級以及相應(yīng)的每個(gè)資源塊可以支持的傳輸比特?cái)?shù)。"點(diǎn)對點(diǎn)"通信的資源分配 采用比例公平調(diào)度方法。
[0035] 推送過程中基站傳輸數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼方式也參考3GPP LTE R9標(biāo)準(zhǔn)，SINR與MCS 承載等級的對應(yīng)關(guān)系和"點(diǎn)對點(diǎn)"通信相同，只是廣播推送需要根據(jù)選擇最差的用戶SINR 值來選擇對應(yīng)的MCS承載等級。由于廣播推送的"一點(diǎn)對多點(diǎn)"的傳輸方式，其在信息速率 相比雙向通信存在一個(gè)增益因子，本例仿真中假設(shè)該增益因子為4,其余參數(shù)如表1所示：
[0036]
[0037] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種無線網(wǎng)絡(luò)分配方法，其特征在于，包括： 基站感知當(dāng)前時(shí)段網(wǎng)絡(luò)狀況，判斷所述當(dāng)前時(shí)段網(wǎng)絡(luò)是否處于閑時(shí)，若否則將N(Hz) 帶寬用于點(diǎn)對點(diǎn)通信；若是則將M (Hz)帶寬用于推送公共內(nèi)容，將N-M (Hz)帶寬用于點(diǎn)對點(diǎn) 通信；其中，M、N為自然數(shù)； 判斷當(dāng)前時(shí)段為閑時(shí)時(shí)分配用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的通信速率是否小于預(yù)設(shè)的門限速率，若 是則減少用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的帶寬資源，若否則增加用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的帶寬資源；直至當(dāng)前 時(shí)段帶寬資源的分配處于平衡狀態(tài)，則進(jìn)入下一時(shí)段網(wǎng)絡(luò)狀況的感知。
2. 如權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)分配方法，其特征在于，通過評估一頻譜效率來判斷 當(dāng)前時(shí)段帶寬資源的分配是否處于平衡狀態(tài)。
3. 如權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)分配方法，其特征在于，通過評估所述基站傳輸速率 和用戶時(shí)延來判斷當(dāng)前時(shí)段帶寬資源的分配是否處于平衡狀態(tài)。
4. 如權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)分配方法，其特征在于，所述點(diǎn)對點(diǎn)通信采用比例公 平調(diào)度的方法來分配帶寬。
【文檔編號】H04W72/04GK104113922SQ201410366676
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】李慧, 吳明, 俞凱, 卜智勇 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 上海瀚訊無線技術(shù)有限公司