專利名稱：一種緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種網(wǎng)絡(luò)控制方法，具體地說是一種在基本不增加額外網(wǎng)絡(luò) 資源及基本不對基站的額外信息進行配置的情況下，增加網(wǎng)絡(luò)容量解決網(wǎng)絡(luò)擁塞 的方法。(二) 背景技術(shù)對于目前某些地區(qū)覆蓋稍差的GSM網(wǎng)絡(luò)面臨的主要問題是花費高成本和高維護費用搭建起來的通信設(shè)備資源利用率卻不高，然而減少硬件的投入則會由于小區(qū)內(nèi)用戶過多導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。原有的解決方法基本可以分為以下兩種 一種 方法是通過調(diào)整基站的相關(guān)參數(shù)設(shè)置如小區(qū)的天線方向，高度和傾角，降低基站發(fā)射功率、提升最小接入電平的方法來改善GSM網(wǎng)絡(luò)擁塞、提高話務(wù)量。此方法 雖然可行，但是應(yīng)用此方法將導(dǎo)致覆蓋范圍縮小，也就必定會降低網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量； 另一種方法是對現(xiàn)網(wǎng)硬件資源進行調(diào)整。將大網(wǎng)中空閑資源調(diào)配到資源不足的區(qū) 域。該方案雖有也可行之處，但實施起來較復(fù)雜。首先工程師必須對小區(qū)早晚忙 時話務(wù)量進行認真對比分析，從中篩選出部分可用小區(qū)進行硬件資源調(diào)配；其次 由于該方案在日常網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)整中多次實施，并且現(xiàn)網(wǎng)空閑資源有限，必將導(dǎo)致 方案難以實施。針對我國以上的通信狀況，本發(fā)明的發(fā)明人曾在《通信管理與技 術(shù)》2007年12月第6期刊登了題為《一種改善GSM網(wǎng)絡(luò)擁塞的實用方法》的文 章，提出一種在現(xiàn)有資源基礎(chǔ)上通過適當延長服務(wù)器處理時間來增加網(wǎng)絡(luò)虛擬容 量，從而緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況的設(shè)想。文獻在排隊論原理的基礎(chǔ)上提出如果服務(wù) 器在處理用戶的呼叫過程中能夠"慢" 一點，這樣就等效于增加排隊論中的參數(shù)A，起到延長用戶排隊等待時間的作用。但是沒有給出具體的實現(xiàn)過程，而且也沒有說明服務(wù)器的處理過程到底應(yīng)該怎樣"慢"，顯然如果參數(shù)調(diào)整的不當，必 然會導(dǎo)致不能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源或用戶呼叫溢出的后果。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種在基本不增加額外網(wǎng)絡(luò)資源和基本不對基站的 額外信息進行配置的情況下，增加網(wǎng)絡(luò)容量，解決網(wǎng)絡(luò)擁塞的一種緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的在用戶進入系統(tǒng)之前首先使用戶通過一個單服務(wù)器排隊系統(tǒng)，通過控制單服 務(wù)器排隊系統(tǒng)的平均服務(wù)率增加用戶在整個系統(tǒng)中的平均等待時間，把用戶的平 均等待時間控制在用戶能夠容忍的范圍之內(nèi)；首先通過某時段內(nèi)的話務(wù)量和該時段內(nèi)的呼叫強度來計算用戶在該時段內(nèi)的理論平均等待時間『=("^)"A 其中"/ 是網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量、n是GSM小區(qū)內(nèi)用于通信的時隙個數(shù)、p是網(wǎng)絡(luò)利用率、 A) 1 ]-'表示網(wǎng)絡(luò)空閑的概率、l表示某時段內(nèi)用戶平均呼叫時間可以用話務(wù)量除以呼叫次數(shù)求出；其次根據(jù)用戶最大能夠容忍的時間上限 求出人工增加的等待時間^;最后根據(jù)用戶在單服務(wù)器排隊系統(tǒng)中的等待時間調(diào)整該時段內(nèi)單服務(wù)器排隊系統(tǒng)的平均服務(wù)率/z'。本發(fā)明的工作原理是1) 顧客按泊松流到達系統(tǒng)，單位時間內(nèi)平均呼叫強度為義，那么顧客相繼 到達系統(tǒng)時間間隔服從參數(shù)為義的指數(shù)分布。2) 顧客的服務(wù)時間服從參數(shù)為/z的指數(shù)分布。3) 將GSM網(wǎng)絡(luò)抽象為等待制M/M/n排隊系統(tǒng)，其中n是系統(tǒng)內(nèi)服務(wù)器個數(shù)， 系統(tǒng)容量為無限大。4) 當一個窗口服務(wù)完空閑時，等待中的顧客按FIFO(first in first out) 服務(wù)原則接受服務(wù)。5) 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的前提是網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生擁塞，但網(wǎng)絡(luò)并不溢出的情況，即0.6</ <1。6) 單服務(wù)器排隊系統(tǒng)中，單位時間內(nèi)平均呼叫強度;i與GSM網(wǎng)絡(luò)的平均呼 叫強度相同。7) 顧客在單服務(wù)器排隊系統(tǒng)中的服務(wù)時間服從參數(shù)為/Z的指數(shù)分布。8) 單服務(wù)器排隊系統(tǒng)構(gòu)成M/M/1等待制排隊系統(tǒng)。9) 本專利的排隊模型是在原有的多服務(wù)器排隊系統(tǒng)之前串聯(lián)了一個單服務(wù) 器排隊系統(tǒng)，如圖1所示。以上工作原理，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生擁塞時的參數(shù)呼叫強度;i和話務(wù)量"/ ，能夠求出平均每次呼叫在網(wǎng)絡(luò)中的平均等待時間^=^P)"^ 2 ，其中A) =[y^~+("p)* 1 ]-'。從而根據(jù)用戶能夠容忍的時間上限『= 1+、求S " w！ l-p出需要適當延長的等待時間w，。根據(jù)延長的等待時間w,，即用戶在第一個單服務(wù)器排隊系統(tǒng)的排隊等待時間求出用戶在單服務(wù)器排隊系統(tǒng)中的平均服務(wù)率 //。從而在最大限度上延長用戶的平均等待時間，起到最大程度地利用網(wǎng)絡(luò)資 源，增加網(wǎng)絡(luò)虛擬容量，改善網(wǎng)絡(luò)擁塞的作用。本發(fā)明的有益效果在于-1) 經(jīng)濟性不需要額外資源投入即可增加網(wǎng)絡(luò)容量。2) 可實現(xiàn)性僅增加系統(tǒng)在應(yīng)答用戶請求時的處理時延，便于系統(tǒng)實現(xiàn)。3) 可推廣性從我國的現(xiàn)有的經(jīng)濟條件和技術(shù)水平上看，因人力和物力缺 乏而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象普遍存在，應(yīng)用此方法可以在一定程度上解決網(wǎng)絡(luò)的擁 塞問題。(四)
圖1是單服務(wù)器排隊系統(tǒng)與單隊列多服務(wù)器排隊系統(tǒng)串聯(lián)的排隊模型。 圖2是排隊機制下的用戶呼叫處理流程。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述實現(xiàn)本發(fā)明的方法是為了緩解GSM網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的擁塞情況，在用戶進入系統(tǒng)之前首先使用戶通過一個單服務(wù)器排隊系統(tǒng)，通過控制單服務(wù)器排隊系統(tǒng)的平 均服務(wù)率增加用戶在整個系統(tǒng)中的平均等待時間，把用戶的平均等待時間控制在用戶能夠容忍的范圍之內(nèi)，進而減少系統(tǒng)的丟包數(shù)量，增加網(wǎng)絡(luò)虛擬容量。首先通過該時段內(nèi)的話務(wù)量和該時段內(nèi)的呼叫強度來計算用戶在該時段內(nèi)的理論平均等待時間^= ("""A 2 ;其次根據(jù)用戶最大能夠容忍的時間上限求出人工 v 〃"."！(1 — /7)增加的等待時間W;最后根據(jù)用戶在單服務(wù)器排隊系統(tǒng)中的等待時間調(diào)整該時 段內(nèi)單服務(wù)器排隊系統(tǒng)的平均服務(wù)率//。下面是一個具體的使用實例。某小區(qū)的具體實例上午8:00-9:00時段內(nèi)成功呼叫的次數(shù)為286次，另外 有34次呼叫溢出，話務(wù)量為4erl。該小區(qū)是單頻點小區(qū)，能夠支持8個slot， 其中有1個slot用于BCCH廣播信道，1個slot用于SDCCH控制信道，剩余的6 個slot用于支持用戶通信，此時n = 6。1、 此時的網(wǎng)絡(luò)利用率/ = 4/6，滿足產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞但并不產(chǎn)生溢出的網(wǎng)絡(luò)優(yōu) 化條件。2、 根據(jù)話務(wù)量4erl和呼叫強度286次/小時可以求出平均每個用戶的呼叫 時間長度為丄=50.35"3， ("，。其中p。呵g， + ^一廣。可以求出此時用戶的平均排隊等待時間為『9 =7.17s。4，假設(shè)用戶能夠最大容忍的等待時間為10s，得到此時需要增加的等待時 間w,=2.83s。5，此時額外增加的等待時間可以通過調(diào)整單服務(wù)器的平均服務(wù)率 = _L + ;i = 833次/小時得到。6，對于GSM網(wǎng)絡(luò)相當于保持呼叫強度不變，但增加用戶的等待時間使用戶 的平均等待時間為10s，得到此時的等效網(wǎng)絡(luò)利用率A:1.06p:0.7091d，仍然滿足產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞但不產(chǎn)生溢出的條件。通過控制第一個單服務(wù)器排隊系統(tǒng)的 排隊時間，為用戶增加了 2.83s的排隊等待時間，使用戶的平均等待時間增加到Wgl=10"剛好不超過用戶能夠容忍的最大等待時間，不會產(chǎn)生溢出。
7，根據(jù)6中適當增加用戶等待時間的情況得出此時的網(wǎng)絡(luò)利用率 A =1.06/9，說明提高了網(wǎng)絡(luò)利用率。同時也可以等效為在平均服務(wù)率不變的前提下增加了系統(tǒng)的呼叫強度即^-1.06;i。說明此時在不產(chǎn)成溢出的條件下，該小區(qū)在該時段內(nèi)最多能夠支持286X1.06 = 303.16個用戶，比未優(yōu)化前增加了 17.16個用戶。而且此時系統(tǒng)的無線系統(tǒng)接通率從原來的89.38%提高到94.74%。
權(quán)利要求
1. 一種緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的方法，在用戶進入系統(tǒng)之前首先使用戶通過一個單服務(wù)器排隊系統(tǒng)，通過控制單服務(wù)器排隊系統(tǒng)的平均服務(wù)率增加用戶在整個系統(tǒng)中的平均等待時間，把用戶的平均等待時間控制在用戶能夠容忍的范圍之內(nèi)；其特征是首先通過某時段內(nèi)的話務(wù)量和該時段內(nèi)的呼叫強度來計算用戶在該時段內(nèi)的理論平均等待時間<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>W</mi> <mi>q</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>nρ</mi><mo>)</mo> </mrow> <mi>n</mi></msup><msub> <mi>p</mi> <mn>0</mn></msub> </mrow> <mrow><mi>μn</mi><mo>·</mo><mi>n</mi><mo>!</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>ρ</mi><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2008100643763C00011.gif" wi="34" he="10" top= "81" left = "80" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->其中nρ是網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量、n是GSM小區(qū)內(nèi)用于通信的時隙個數(shù)、ρ是網(wǎng)絡(luò)利用率、<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>p</mi> <mn>0</mn></msub><mo>=</mo><msup> <mrow><mo>[</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mrow><mi>n</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><mfrac> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>nρ</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>k</mi> </msup> <mrow><mi>k</mi><mo>!</mo> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>nρ</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>k</mi> </msup> <mrow><mi>n</mi><mo>!</mo> </mrow></mfrac><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>ρ</mi> </mrow></mfrac><mo>]</mo> </mrow> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0002" file="S2008100643763C00012.gif" wi="53" he="10" top= "97" left = "117" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->表示網(wǎng)絡(luò)空閑的概率、id="icf0003" file="S2008100643763C00013.gif" wi="3" he="9" top= "114" left = "67" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>表示該時段內(nèi)用戶平均呼叫時間可以用話務(wù)量除以呼叫次數(shù)求出；其次根據(jù)用戶最大能夠容忍的時間上限求出人工增加的等待時間w1；最后根據(jù)用戶在單服務(wù)器排隊系統(tǒng)中的等待時間調(diào)整該時段內(nèi)單服務(wù)器排隊系統(tǒng)的平均服務(wù)率μ′。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的方法。首先通過某時段內(nèi)的話務(wù)量和該時段內(nèi)的呼叫強度來計算用戶在該時段內(nèi)的理論平均等待時間如式(Ⅰ)，其中nρ是網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量、n是GSM小區(qū)內(nèi)用于通信的時隙個數(shù)、ρ是網(wǎng)絡(luò)利用率、式(Ⅱ)表示網(wǎng)絡(luò)空閑的概率、1/μ表示該時段內(nèi)用戶平均呼叫時間可以用話務(wù)量除以呼叫強度求出；其次根據(jù)用戶最大能夠容忍的時間上限求出人工增加的等待時間w<sub>1</sub>；最后根據(jù)用戶在單服務(wù)器排隊系統(tǒng)中的等待時間調(diào)整該時段內(nèi)單服務(wù)器排隊系統(tǒng)的平均服務(wù)率μ′。本發(fā)明具有不需要額外資源投入即可增加網(wǎng)絡(luò)容量；僅增加系統(tǒng)在響應(yīng)用戶請求時的處理時延，便于系統(tǒng)實現(xiàn)；可以在一定程度上解決網(wǎng)絡(luò)的擁塞問題等優(yōu)點。
文檔編號H04Q7/30GK101262703SQ20081006437
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者曙 張, 曲家慶, 錢輝宇 申請人:哈爾濱工程大學(xué)