动态负载平衡方案提出.docx

对于动态负载平衡的思路与算法提出一、本次任务描述前面两次任务，第一次是对网络动态负载分配的问题进行一个概述，第二次是举了两个现有的动态负载分配方案，一个是Dirct retry方案，还有一个是iCAR 方案。然后根据和组员的讨论，我的第二次任务中忽略了异构网这种网络模式,而只是对于蜂窝系统的动态负载分配的分析。因为在实际中，热点一般都是由多个网络覆盖的的异构网络【1】。异构网的接入可以很大的提高网络的吞吐量，充分利用资源【2】。动态负载分配的思路是将算法分为两步：首先是用户的接入控制，然后是用户接入后的资源重新分配规则。二、提出网络结构对于异构网络，要有一个总的局域控制中心，它的作用是了解该区域中的所有网络现有资源的利用和空闲情况，以备资源调度，也就是用户的接入控制和资源调度都由这个总控制中心进行调度，提前配置子网资源等（这个设想要求各个异构网之间存在协议与合作关系，这个总控制中心只是接入控制和负载分配的作用，与IP网络层无关）。然后在总控制中心下层是分属各个子网络的子控制中心，这些控制中心只知道自己这个网络的资源情况（子网络需要有一个模块，该模块在网络资源变动较大的时候向总控制中心发送更新报告，这样可以减少信令开销）；子控制中心在一定情况下需要向总控制中心申请负载分配。这些子网络除了与总控制中心相连，还与IP层相连接，直接将用户的流量上传到上一层的网关，然后再将数据传到网络层。下面是一个异构网络控制的结构图示意：IP网络总控制中心 网关网络1 子控制中心网络3 子控制中心 网络2 子控制中心 图1 异构网的控制结构示意图三、接入控制算法下面对于上述结构对接入算法进行描述：对于所有用户可以支持接入多个网络。当一个用户申请接入网络的时候，先判断申请的服务类型1，然后子控制中心再判断是否可以接入网络，如果该网络的已用带宽没有达到X（一个门限值，需要根据仿真得到最优解）时,就接受用户的接入。如果该网络已用的带宽超过X的时候，就向总控制中心报告，申请动态负载分配，但是该用户仍然接入该网络。不过这种接入只是暂时的，等待总控制中心找到一个网络,(这个网络的剩余资源比例比该网络多,而且能够承载这个用户所申请的流量)，然后总控制中心向子控制中心反馈,子控制中心在恰当的时候2向用户发送切换信息并且上报总控制中心，这样的好处是既能够不让网络达到满载的地步（因为一个满载的网络性能会急剧下降）。如果用户申请的流量达到一定门限Dmax时，总控制中心会反馈给多个网络，多个网络同时服务这个用户，手机可以同时接收这几个网络的数据，然后由手机模块将这些数据同步（手机模块请参考杨和敏的文章）。这种模式只适用于用户的数据业务，对于语音视频等实时业务（这种语音业务一般流量也比较小）不适合这种模式。 图2 情况（一）的接入控制流程图（备注：2、本算法适用于大数据传输，对于数据量较小的业务，实时业务都不适用； 1、恰当时候：是在数据传输的某个中间时候，目的是为了快速接入，然后在传输过程中再切换，用户不会感觉到切换过程，达到准无缝切换.）如果只有部分用户具有接入多个网络功能的情形。这时候有的用户只能接入一个网络，当这种用户申请接入时，该网络（唯一可接入的那个网络）的子控制中心判断是否允许接入该网络，如果允许的话就接入该网络，然后由总控制中心对网络的用户流量进行优化。优化过程可以是，选择最大流量的那个用户（该用户可以接入多个网络），向该用户发送切换或者同时接入多个网络分流的信息，这样该网络就会有空闲资源了。如果不允许接入的话，则子网络需要先对资源分配进行优化，按照上面方法，可以是筛选网络中可以接入多个网络的并且流量最大的那个用户，将其流量分配或者整体切换，尽量满足当前用户可以接入网络，如果优化后可以接入，子控制中心向用户回复接入允许，否则回复用户网络忙信息。（PS:其实上面两个过程的区别在于先接入再优化负载，还是先优化负载再接入用户。）下面是流程示意图： 图3 情况（二）的接入控制流程图这个算法是为了兼容那些不能够接入异构网络的用户，并且利用了网络中能够接入多个网络的用户，达到了实时的动态负载分配。四、算法优缺点这个算法的优点是：以往算法，一个用户的接入控制，只是根据自身子网的情况判断是否接入，直接允许接入或者通过将用户转移到其他网络（CBWL）。而有了总控制中心后，从一开始，所有网络的负载都是实时动态平衡的，一般在满载之前不会出现将用户切换网络的情况的。这是一个贪心算法，每次用户接入的网络先暂时接入（如果可以的话），然后最终接入的都是一个最空闲的最优的网络，这样网络达到拥塞的情况就需要更多的用户接入。在切换网络的时候，虽然需要两次接入申请，但是第二次申请的时候总控制中心已经配置好资源了，而且这种切换是在数据传输过程中，这样用户也不会有所感觉，实现了准无缝切换。减少了网络的拥塞率，增大网络的吞吐量，而且用户接入网络的延时较小，可提高全网的稳定性。这个算法的缺点是：这个算法只能对于如下载等数据业务，对于语音视频等实时性比较强的业务不适用，因为本算法切换过于频繁。而且对其他用户的QoS也有一定的影响。【参考文献】：1.Dynamic Load Balance Scheme Based on Mobility and Service Awareness in Integrated 3G/WLAN NetworksQi Liu1, Jian Yuan1, Xiuming Shan1, Yue Wang1 and Wei Su2 1Department of Electronics Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China 2Department of Electronics and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China2.Load Ba Single-path bancing in Ad Hoc Networks:Routing vs. Multi-path Routing Yashar Ganja