[发明专利]一种负载均衡的用户关联与资源分配方法

说明书

本发明涉及一种负载均衡的用户关联与资源分配方法，属于通信技术领域。该方法对由于无线域的负载不均衡限制了网络整体的传输效率的问题，提出一种负载均衡的用户关联与资源分配方法。该发明的主要方法包括：根据不同用户的服务质量需求以及分布式无线射频头端(Remote Radio Head，RRH)的当前负载，设计用户收益函数。进而，在保证用户服务质量的前提下，考虑到当前网络状态对用户收益的影响，建立随机博弈模型，并基于多智能体Q学习算法进行用户关联和资源分配，从而在保证用户的服务质量前提下，实现网络的负载均衡，并提高网络吞吐量。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种负载均衡的用户关联与资源分配方法。

背景技术

越来越多的低延时的密集型的任务，如实时通讯，高清视频播放和游戏等，出现在日常生活中，大大增加了移动设备和网络在带宽方面的负担。与传统分布式无线接入网络(Distributed Radio Access Network,D-RAN)不同，云无线接入网(Cloud Radio AccessNetwork，C-RAN)将传统基站配置分解成集中式的基带处理单元(Baseband Unite，BBU)和分布式无线射频头端(Remote Radio Head，RRH)两个部分，且将多个BBU集中到BBU池中，以实现统计复用增益。专用光纤作为C-RAN的一种前传方案会带来巨大的部署成本。时波分无源光网络 (Timeand Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network，TWDM-PON)具有丰富的带宽资源，还有低成本、低延时、低能耗的优点。因此，TWDM-PON已被证明是C-RAN有前途的前传解决方案。使用TWDM-PON连接BBU池和RRH，不但可以降低系统升级和维护的资本和运营支出，还可以提高频谱利用率。

虽然TWDM-PON与C-RAN的联合架构具有丰富的带宽资源，然而无线域的传输容量有限，整体网络性能受到无线域传输能力的限制。传统的用户关联方法只根据信号的强弱关联RRH。这种方法虽然简单，但是会产生RRH负载不均衡的问题，造成频谱资源的浪费，并且忽略了不同用户的服务质量(Quality of Service，QoS)需求。通过对无线网络业务量的研究表明，随着RRH负载的增大，与其相关联的用户服务质量会随着下降。通过设计用户关联可以优化网络结构，提高无线域频谱资源利用率，进而提高网络吞吐量。因此用户关联在TWDM-PON 与C-RAN联合架构中具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种负载均衡的用户关联与资源分配方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种负载均衡的用户关联与资源分配方法，首先根据不同用户的服务质量需求以及分布式无线射频头端RRH的当前负载，设计用户收益函数；在保证用户服务质量的前提下，考虑到当前网络状态对用户收益的影响，建立随机博弈模型，然后基于多智能体Q学习算法进行用户关联和资源分配；具体包括以下步骤：

采集用户状态信息和RRH状态信息：用户向RRH发送访问请求，其中包括用户状态信息，RRH将这些信息以及自身状态信息转发到集中控制器；

量化用户收益：集中控制器根据采集到的信息，量化用户不同关联状态下的收益；

最大化网络吞吐量：集中控制器分析计算用户收益和RRH资源分配，构建随机博弈模型，最大化网络吞吐量；

确定用户关联和资源分配策略：在保证用户服务质量的约束条件下，基于多智能体Q学习算法获得用户i与RRHj之间的关联状态和资源分配方案。

可选的，所述用户状态信息包括参数：用户坐标、速率请求和关联状态，其中使用二进制变量矩阵α＝{α_i,j(t)∈(0,1)}表示在时刻t用户i与RRHj之间的关联状态，当用户i在时刻 t与RRHj关联时α_i,j(t)＝1，否则α_i,j(t)＝0；