本發明涉及一種服務小區選擇方法，尤其涉及一種參照選擇度量值自適應選擇服務小區或小區集合，從而降低特定基站接入擁塞的用戶中心網絡服務小區選擇方法，屬于無線通信技術領域。
背景技術：
傳統的無線通信網絡可以認為是網絡主導或以網絡為中心的，其中，用戶進行周期或非周期的測量匯報，然后由網絡中的基站或更高層的管理實體完成任務決策，并將決策結果下發給終端用戶。近年來，有人提出了用戶中心網絡的概念，無線通信網絡的體系設計正在經歷一些根本性的變化。
用戶中心網絡的概念更強調用戶本身所感受到的用戶服務體驗。在此架構下，網絡資源的優化程度和智能化程度將更高，用戶的一致性服務體驗也將得到更好的加強和保證。例如，新近提出的一些方法或架構，如面向邊緣用戶的協作多點傳輸、建立隨用戶移動的虛擬小區等，都可以認為是用戶中心網絡中提升用戶服務體驗的有效方法。
在用戶中心網絡中，如何高效地選擇一個或多個合適的服務小區，是提升用戶服務體驗的關鍵問題。然而，與傳統的動態或靜態的小區分簇后有明顯的簇邊界不同，當服務小區或小區集合以用戶為中心進行選擇時，每個服務小區的基站將可能同時被多個不同邊緣區域的用戶選中，此時，以用戶為中心的服務小區集合不再有清晰的簇邊界，而是出現多個重疊的服務小區。這一現象在5g多熱點密集用戶場景中會更加突出。隨著網絡中用戶密度的大幅增加，密集用戶請求接入多個相同小區的概率也會相應提高。在有限的無線資源情況下，這一現象將帶來嚴重的接入擁塞問題，也就是說，優先選中的基站將可能無法滿足全部服務請求，進而降低部分用戶的服務質量(qos)。
針對上述問題，現有技術中主要采用如下方法加以解決：
(1)基于鏈路信號質量的小區選擇方法
這里的鏈路信號質量可以是參考信號接收功率、參考信號接收質量、 接收信號強度指示、信噪比、信干噪比等參數。總體而言，該類小區選擇方法都是以傳輸鏈路的信號質量強弱為選擇依據，信號質量強的小區將成為用戶的首選。
(2)綜合考慮鏈路信號質量和基站負載狀態的小區選擇方法
上述基于鏈路信號質量的小區選擇方法僅僅考慮了鏈路的傳輸狀態，而沒有考慮到基站自身的資源占用情況。這會帶來如下的潛在問題：用戶選擇的傳輸鏈路信號質量很好，但基站已經(或即將)處于滿載或者接近滿載的狀態，則用戶仍有可能無法得到充分的傳輸資源保障。因此，相對于單純的鏈路信號質量選擇方法，綜合考慮鏈路信號質量和基站負載狀態(可以是目前的負載狀況，也或者是預測的負載狀況)的方法，有助于更有效地選擇合適的服務小區或小區集合。
但是，當多個用戶處于相互鄰近的地理位置時，通常會測得較為接近的鏈路信號質量(尤其是大尺度信號)，同時也會接收到相同的基站負載狀態。此時，不論按照上述哪種小區選擇方法，都會導致多個用戶同時選中相同或重疊度(overlapping)很高的基站(或基站集合)。這在基站無線資源有限的情況下，將會導致部分用戶實際上無法得到有效服務。而這一問題隨著鄰近區域內用戶密集程度的增加會更加突出。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題在于提供一種降低接入擁塞的用戶中心網絡服務小區選擇方法。
為實現上述的發明目的，本發明采用下述的技術方案：
一種降低接入擁塞的用戶中心網絡服務小區選擇方法，包括如下步驟：
用戶在選擇服務小區時，利用選擇度量值對相鄰的多個服務小區進行評價；
基于所述評價的結果，選擇部分用戶使用次優計算結果的服務小區。
其中較優地，所述選擇度量值是以用戶業務需求特征、基站負載狀態和鏈路狀態信息為變量的函數的計算結果。
其中較優地，所述函數為metric_value＝α·f1(csi)-β·f2(load)-γ·f3(traffic)；
其中，metric_value為所述選擇度量值，f1(csi)為表征鏈路狀態信息的度量函數，f2(load)為表征基站負載狀態的度量函數，f3(traffic)為表征用戶業務需求特征的度量函數，α≥0，β≥0，γ≥0分別為鏈路狀態信息、基站負載狀態、用戶業務需求特征的加權因子。
其中較優地，所述用戶業務需求特征包括但不限于：用戶的速率要求、用戶的時延要求或者用戶業務質量的等級指示。
其中較優地，所述基站負載狀態包括但不限于：基站目前正在服務用戶的負載信息或者基站預測未來某一時間段內的估計負載信息。
其中較優地，所述次優計算結果是指按照計算得到的選擇度量值，在滿足用戶基本傳輸和業務要求的前提下，除了最優計算結果外的其他所有可行的選擇結果。
其中較優地，在用戶端執行服務小區選擇過程，包括如下步驟：
用戶測量多個無線鏈路的信道質量以獲取鏈路狀態信息，接收無線鏈路對應的基站負載狀態，并獲取自身的用戶業務需求特征；
用戶獲得各類信息后，計算選擇度量值，根據計算結果選擇合適的一個或多個候選服務小區。
其中較優地，在基站端執行服務小區選擇過程，包括如下步驟：
用戶上報測量得到的多個無線鏈路的鏈路狀態信息給所在的基站；
相鄰基站向所述基站交互各自的基站負載狀態；
所述基站根據用戶的測量結果、相鄰基站的負載信息以及用戶業務需求特征，計算選擇度量值；并根據計算結果選擇適合特定用戶的基站或基站集合，并將選擇結果與相鄰基站進行交互。
其中較優地，依概率選擇選擇部分用戶，其中使用的概率參數是適合于所有用戶的系統級參數，由基站作為配置參數下發給用戶。
或者，依概率選擇選擇部分用戶，其中使用的概率參數是用戶級參數，由用戶利用環境感知或經驗學習自行設定和優化。
利用本發明提供的用戶中心網絡服務小區選擇方法，在面臨密集用戶的場景、或大量用戶可能會并發接入相同基站的場景時，可以有效緩解資源擁塞問題。
附圖說明
圖1為本發明的實施例中，基站部署和用戶分布的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術內容做進一步的詳細說明。
本發明針對用戶中心網絡中服務小區難以選擇的關鍵問題，提出引入用戶業務需求特征這一用戶信息進行服務小區選擇的技術思路。同時，通過讓部分用戶自適應地選擇次優計算結果的基站或基站集合，從而主動避開可能的擁塞后果。上述技術方案可以有效降低或緩解基站的無線資源緊張狀況，特別適合大量用戶并發接入同一基站、或者被選擇接入基站重疊程度過高的情況。下面對此展開詳細具體的說明。
在本發明的第一實施例中，假設在某一矩形區域內隨機部署多個基站，其中在基站a、b的相鄰區域有密集用戶分布，如圖1所示。在本發明中，所述基站可以是多個不同制式的接入點，如3g系統的nodeb(nb)、4g系統的enb以及wlan系統的wifi接入點等。另外，選擇服務小區和選擇基站表達含義一致，均表示選擇為用戶提供服務的接入點。
在圖1中，三角代表原始基站，黑色圓點代表實時業務用戶，灰色圓點代表非實時業務用戶。基站a和b代表用戶的候選基站。同時，假設基站選擇過程在用戶端完成。為方便流程描述，限定用戶除了現有服務小區的服務鏈路外，額外可選擇的服務小區數目上限為1。需要指出的是，該服務小區數目上限可以調整為其他的任意正整數，本發明所提供的方法仍然適用。
另一方面，在該實施例中對基站負載、鏈路信號質量和用戶業務類型做如下假設：
關于基站負載，假設基站a、b的帶寬相同，且基站a的負載占用情況為30％，基站b的負載占用情況為50％；假設用戶根據業務類型可以分成兩類，50％用戶的業務屬于實時業務(圖1中的黑色圓點)，對數據速率有較高要求；另外50％用戶的業務屬于非實時業務(圖1中的灰色圓點)，對數據速率和延時有較高容忍度。此外，由圖1可見，由于上述全部用戶地理位置較為鄰近，為描述簡單起見，假設全部用 戶來自基站a和基站b的大尺度衰落近似相同。同時，假設基站a的空余資源不足以服務全部的實時業務和非實時業務用戶。也就是說，如果全部用戶同時優選基站a作為自己的基站，那么一定存在部分用戶無法得到充分的無線資源保障。
在本發明中，設定選擇度量值(metric_value)的函數定義為：
metric_value＝α·f1(csi)-β·f2(load)-γ·f3(traffic)(1)
其中，f1(csi)為表征鏈路狀態信息(channelstateinformation，簡寫為csi)的度量函數，f2(load)為表征基站負載狀態的度量函數，f3(traffic)為表征用戶業務需求特征的度量函數，α≥0，β≥0，γ≥0分別為鏈路狀態信息、基站負載狀態、用戶業務需求特征的加權因子。其中，度量函數f1,f2,f3返回非負值。從公式(1)可以看出，上述選擇度量值(metric_value)是指以用戶業務需求特征、基站負載狀態和鏈路狀態信息為變量的某一函數的計算結果。該函數能夠反映各參變量的影響，并且該值將作為服務小區或小區集合選擇的參考依據。
僅為直觀起見，在前述參數設定下，本發明人假設上述度量函數的參數和函數取值如下：α＝β＝γ＝1，f2(load_bsa)＝0.3，f3(load_bsb)＝0.5，f3(traffic＝實時)＝0.2，f3(traffic＝非實時)＝0.3，f1(csi)＝1。而且，假設滿足最低業務傳輸要求的選擇度量值的門限為0.2，即，對于選擇度量值計算結果不小于0.2的基站或基站集合都可以作為用戶的選擇結果。另外，假設用戶選擇次優基站的選擇概率p＝0.5(也可以是0～1之間的其它數值)。
在上述假設下，在鏈路狀態信息近似一致、基站負載有較大差異時，如果只考慮csi和負載狀態，按照背景技術中介紹的已有方法，上述密集的大量用戶都會選擇基站a作為基站，此時基站a將面臨無線資源受限問題，部分用戶反倒不能得到滿意的服務。但是，如果采 用本發明提出的在考慮鏈路狀態信息和負載狀態信息的同時，引入用戶業務需求特征的影響，那么業務類型有差異的用戶就會做出不同的選擇。具體說明如下：
首先，每個用戶分別按照上述公式(1)，計算自己的選擇度量值。
根據上述假設，對于實時業務用戶，選擇基站a的選擇度量值為metric_value(bsa)＝1-0.3-0.2＝0.5，選擇基站b的選擇度量值為：metric_value(bsb)＝1-0.5-0.2＝0.3，從而，實時業務用戶將優先選擇基站a作為候選基站。
對于非實時業務用戶，選擇基站a的選擇度量值為：metric_value(bsa)＝1-0.3-0.3＝0.4，選擇基站b的選擇度量值為metric_value(bsa)＝1-0.5-0.3＝0.2。基站a仍然是非實時業務用戶的優選基站，但同時，基站b也可以滿足該類用戶的業務傳輸要求，差別只是在于：基站a就選擇度量值而言是最優的。
然而，對于非實時業務用戶，考慮到有基站a和基站b兩種選擇可以同時滿足業務傳輸要求。因此，用戶將可以依概率p＝0.5選擇基站b作為自己的基站。
因此，實際的選擇結果如下:實時業務用戶(在總用戶數中占比50％)選擇基站a作為候選基站；而其他非實時業務用戶(在總用戶中占比50％)中，依概率其中一半用戶將優先選擇基站b作為基站，而其余的一半用戶仍然將基站a作為優先選擇的基站。
需要說明的是，在上述實施例中用戶選擇基站b作為基站是出于概率方面的原因。但作為針對上述方法的一個優選實施例，在進行服務小區選擇過程中完成選擇度量值計算后，可以限定一部分用戶將作為次優計算結果的基站或基站集合作為自己的選擇結果，而不是完全按照最優計算結果進行選擇。這里提到的最優計算結果，是指按照計算得到的選擇度量值，使得該選擇度量值最大的基站或基站集合。次優計算結果，是指按照計算得到的選擇度量值，在滿足用戶基本傳輸和業務要求的前提下(具體體現為選擇度量值大于預定的門限)，除了 最優計算結果外的其他所有可行的選擇結果。
上述服務小區選擇方法的優點在于：在用戶密集區域，部分用戶可以主動選擇滿足業務傳輸要求但不是最優選擇的基站作為候選基站，這樣一方面可以保證用戶的業務傳輸要求，另一方面也緩解了大量用戶集中選擇某個或某些輕負載基站作為基站時可能的擁塞風險。
在本發明的第二實施例中，上述服務小區選擇過程在用戶端執行，具體步驟如下：
首先，用戶測量多個無線鏈路的信道質量以獲取鏈路狀態信息，接收無線鏈路對應的基站負載狀態，并獲取自身的用戶業務需求特征。
上述用戶業務需求特征包括但不限于：用戶的速率要求、用戶的時延要求或者用戶業務質量的等級指示等。上述基站負載狀態包括但不限于：基站目前正在服務用戶的負載信息或者基站預測未來某一時間段內的估計負載信息。此時，基站需要通過廣播信道或者控制信道下發相關參數信息，該過程可以是周期性或非周期性觸發。
其次，用戶獲得上述各類信息后，利用上述公式(1)自行計算選擇度量值，根據計算結果選擇合適的一個或多個候選服務小區。
然后，用戶可以自行嘗試接入已選擇的候選服務小區，也可以將選擇結果上報給提供服務的基站，然后由該基站進行基站間的信息交互。
在上述的第二實施例中，對于優先級高或僅有少數滿足需求組合的用戶，參照最優計算結果進行選擇；對于優先級低或者存在多個滿足需求組合的用戶，其中一部分用戶以概率參數p(0≤p≤1)選擇次優計算結果的基站或基站集合作為自己的基站。
該概率參數p可以是適合于所有用戶的系統級參數，從而將該概率參數或者該概率參數的某種變形(如量化的概率等級)作為配置參數由基站下發給用戶。該概率參數也可以是用戶級參數，由用戶利用環境感知或經驗學習等可能的技術自行設定和優化。此時，概率參數p可以進一步表示為pi，其中i為對應的用戶索引。
在本發明的第三實施例中，上述服務小區選擇過程可以在基站端執行，具體步驟如下：
首先，用戶上報測量得到的多個無線鏈路的鏈路狀態信息給所在的基站；然后，相鄰基站向基站交互各自的基站負載狀態；最后，基站根據用戶的測量結果、相鄰基站的負載信息以及用戶業務需求特征，利用上述公式(1)計算選擇度量值；并根據計算結果選擇適合特定用戶的基站或基站集合，并將選擇結果與相鄰基站進行交互。
需要指出的是，該過程中負責信息交互管理和度量計算的實體可以是該用戶目前的基站，也可以是與基站及相鄰基站有連接的某個具備該功能的管理設備。
作為針對上述方法的一個優選實施例，基站可以對所有不同業務類型用戶計算得到的選擇度量值進行排序，并參照排序結果，將部分用戶調度到次優計算結果的基站或基站集合。
與現有技術相比較，本發明所提供的用戶中心網絡服務小區選擇方法具有兩方面的技術特點：其一，在服務小區選擇準則中，除了已有的鏈路狀態信息、基站負載信息外，引入用戶業務需求特征，利用用戶業務特征的差異性進行更全面的小區選擇；其二，在存在多個可選基站組合時，部分用戶主動選擇或依概率選擇次優計算結果的基站或基站組合，而非最優計算結果的基站或基站組合，從而可以主動避開可能的擁塞后果。利用該服務小區選擇方法，在面臨密集用戶的場景、或大量用戶可能會并發接入相同基站的場景時，可以有效緩解資源擁塞問題。
需要說明的是，上述依概率選擇的方法不僅適用于本發明所提供的服務小區選擇方法，也適用于現有技術中僅以鏈路信號質量、或者結合鏈路信號質量和基站負載狀態的服務小區選擇方法。
以上對本發明所提供的降低接入擁塞的用戶中心網絡服務小區選擇方法進行了詳細的說明。對本領域的一般技術人員而言，在不背離本發明實質精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構成對本發明專利權的侵犯，將承擔相應的法律責任。