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LTE移動(dòng)性負(fù)載均衡負(fù)載報(bào)告機(jī)制研究

2015-11-17 09:52鐘期洪劉悅
移動(dòng)通信 2015年15期
關(guān)鍵詞:占用率移動(dòng)性信令

鐘期洪,劉悅

(1.中國(guó)電信股份有限公司廣州研究院,廣東 廣州 510630;2.中國(guó)電信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)事業(yè)部,北京 100010)

1 引言

移動(dòng)性負(fù)載均衡(MLB,Mobility Load Balancing)是蜂窩網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)與生俱來(lái)的問(wèn)題。在LTE系統(tǒng)中,MLB是自組織網(wǎng)絡(luò)(SON,Self-Organizing Networks)中重要的自優(yōu)化功能之一,3GPP RAN2、RAN3、SA5等工作組對(duì)其各方面進(jìn)行了廣泛的討論和研究,相關(guān)成果主要體現(xiàn)在TS32及TS36系列協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)中[1]。

目前,3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了基于物理資源塊(PRB,Physical Resource Block)負(fù)載觸發(fā)的MLB過(guò)程相關(guān)負(fù)載信息定義、信令交互流程等。該觸發(fā)方式適用于視頻等流量類業(yè)務(wù)占主導(dǎo)的無(wú)線資源不均衡場(chǎng)景,而當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)熱點(diǎn)應(yīng)用如手機(jī)即時(shí)通信、手機(jī)微博等為信令類業(yè)務(wù),因此會(huì)制約其應(yīng)用效果和應(yīng)用范圍。為此,本文在研究3GPP負(fù)載報(bào)告機(jī)制的基礎(chǔ)上,提出了一種基于現(xiàn)行交互標(biāo)準(zhǔn)的,結(jié)合PRB占用率及激活用戶占比的綜合負(fù)載評(píng)估及交互技術(shù)方案。

2 MLB負(fù)載報(bào)告機(jī)制

3GPP定義的MLB功能框架如圖1所示,功能模塊包括負(fù)載報(bào)告模塊、基于負(fù)載的切換模塊、小區(qū)重選與切換參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整模塊這3個(gè)部分[2]。每個(gè)功能模塊是可選的,取決于MLB實(shí)現(xiàn)算法。其中,負(fù)載報(bào)告功能主要包括負(fù)載信息的定義及負(fù)載信息的交互等[3]。

圖1 SON MLB功能框架

2.1 負(fù)載信息定義

負(fù)載報(bào)告中交互的負(fù)載信息[3-4]包括:

(1)空口負(fù)載

以小區(qū)上行/下行的PRB占用率來(lái)衡量,包括上行/下行保證比特速率業(yè)務(wù)PRB占用率、上行/下行非保證比特速率業(yè)務(wù)PRB占用率以及上行/下行PRB總占用率。

(2)硬件負(fù)載

用以評(píng)估CPU和DSP等硬件資源的使用情況,包括上行/下行鏈路硬件負(fù)載,并用low、mid、high、overload這4個(gè)等級(jí)定性表示。

(3)傳輸負(fù)載

用以評(píng)估S1/X2接口帶寬的使用情況,包括上行/下行鏈路傳輸層負(fù)載,并用low、mid、high、overload這4個(gè)等級(jí)定性表示。

圖2 信令基本流程示意圖

(4)小區(qū)容量級(jí)別(Cell Capacity Class Value)

可用來(lái)歸一化E-UTRAN、UTRAN和GERAN等3GPP范圍內(nèi)不同無(wú)線接入技術(shù)之間的小區(qū)容量,包括上行/下行小區(qū)容量級(jí)別,使其小區(qū)容量具有可比性,該項(xiàng)為可選項(xiàng)。

(5)小區(qū)綜合可用容量指示[7](Composite Available Capacity Indicator)

上行/下行可用于負(fù)載均衡的小區(qū)容量與小區(qū)總?cè)萘康谋戎担捎脕?lái)表示當(dāng)前小區(qū)剩余的可用容量,包括上行/下行小區(qū)可用容量值。

綜合可用容量指示采用Capacity Value和Cell Capacity Class Value值(可選)來(lái)表示[5],Capacity Value為整數(shù)值,范圍為0~100。

2.2 負(fù)載信息交互

可靠、快速的鄰區(qū)信息交互有助于跟蹤網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載變化。如果沒(méi)有鄰區(qū)的負(fù)載信息,嚴(yán)重過(guò)載小區(qū)可能盲目發(fā)起切換至任意鄰區(qū),切換請(qǐng)求被拒絕的可能性會(huì)很高,這將導(dǎo)致不必要的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、不必要的流量控制時(shí)延以及次優(yōu)的負(fù)載均衡判決等。

在LTE系統(tǒng)中,eNB(evolved Node B)使用Resource Status Update(資源狀態(tài)更新)流程并通過(guò)X2接口交互負(fù)載信息,信令基本流程如圖2所示。

資源狀態(tài)交互的過(guò)程[4-6]大概可以分為3個(gè)部分:

(1)資源狀態(tài)報(bào)告請(qǐng)求

如圖2(a)所示,eNB1向eNB2發(fā)送“Registration Request IE”值為“start”的“RESOURCE STATUS REQUEST”資源狀態(tài)請(qǐng)求消息。eNB2收到該消息后,按照消息中的請(qǐng)求內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)測(cè)量,包括空口負(fù)載、傳輸負(fù)載、硬件負(fù)載和綜合可用容量等。

如果eNB2可以提供部分或全部測(cè)量?jī)?nèi)容,則向eNB1回復(fù)“RESOURCE STATUS RESPONSE”消息;否則向eNB1回復(fù)“RESOURCE STATUS FAIL”消息。

(2)資源狀態(tài)報(bào)告周期更新

當(dāng)eNB2向eNB1回復(fù)“RESOURCE STATUS RESPONSE”消息后,如圖2(b)所示,eNB2將按照請(qǐng)求消息中“Reporting Periodicity”值周期性地向eNB1發(fā)送“RESOURCE STATUS UPDATE”消息,報(bào)告當(dāng)前的資源狀態(tài)。

(3)資源狀態(tài)報(bào)告終止

當(dāng)eNB2收到“Registration Request IE”值為“stop”的“RESOURCE STATUS REQUEST”消息后,將終止資源狀態(tài)報(bào)告過(guò)程。

3 綜合負(fù)載評(píng)估及交互方案

3.1 用戶負(fù)載信息交互的必要性

一方面,根據(jù)《中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r調(diào)查報(bào)告》,目前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)各類手機(jī)應(yīng)用使用率中,交流溝通類應(yīng)用和信息獲取類應(yīng)用領(lǐng)先。手機(jī)即時(shí)通信、手機(jī)網(wǎng)絡(luò)新聞、手機(jī)搜索使用率最高,分別達(dá)到86.1%、73.3%和73%。

另一方面,移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用每小時(shí)在線時(shí)的信令交互次數(shù)和數(shù)據(jù)流量差異大,統(tǒng)計(jì)如表1所示。可見(jiàn),即時(shí)通信QQ、天翼Live、炒股類應(yīng)用等信令交互次數(shù)多,但單位時(shí)間流量很??;優(yōu)酷視頻、天翼空間等視頻下載類應(yīng)用則信令交互少但業(yè)務(wù)流量大。

綜合來(lái)看,當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用如手機(jī)即時(shí)通信、炒股類等因?yàn)闃I(yè)務(wù)流量不大,對(duì)LTE系統(tǒng)資源PRB占用不是十分明顯,更多是受因用戶頻繁信令交互激活而占用的用戶RRC License數(shù)量限制。因此,在基于PRB負(fù)載觸發(fā)的MLB功能中如果引入用戶負(fù)載信息則更適合當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的業(yè)務(wù)模型。

3.2 綜合負(fù)載評(píng)估算法

在LTE系統(tǒng)中,eNB內(nèi)激活用戶數(shù)量受到RRC License配置數(shù)量的制約,因此可用eNB內(nèi)的激活用戶數(shù)與eNB配置的RRC License數(shù)量的比值作為空口用戶數(shù)負(fù)載的評(píng)估量[9],定義為激活用戶占比(USERusage),即:

表1 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用每小時(shí)在線時(shí)的信令交互次數(shù)和流量統(tǒng)計(jì)表

小區(qū)綜合可用容量指示采用Capacity Value信元承載,Capacity Value根據(jù)無(wú)線資源PRB占用率[10]和激活用戶占比進(jìn)行綜合計(jì)算,公式如下:

其中,USERusage為激活用戶占比,PRBusage為PRB占用率。

3.3 綜合負(fù)載交互及判斷

源eNB小區(qū)使用RESOURCE STATUS UPDATE流程通過(guò)X2接口獲取目標(biāo)小區(qū)PRBusage和Capacity Value值后,再比較1–PRBusage和Capacity Value/100這2個(gè)值:

(1)如果1–PRBusage=Capacity Value/100,則表示傳遞的Capacity Value是PRB占用率,即當(dāng)前目標(biāo)小區(qū)PRB資源負(fù)荷更高、可供激活用戶資源相對(duì)冗余。

(2)如果1–PRBusage≠Capacity Value/100,則表示傳遞的Capacity Value是激活用戶占比,即當(dāng)前目標(biāo)小區(qū)激活用戶數(shù)負(fù)荷高、PRB資源相對(duì)冗余。

這樣,源小區(qū)即可獲取目標(biāo)小區(qū)的PRB資源和用戶資源負(fù)荷情況,同時(shí)交互的信息內(nèi)容又符合3GPP現(xiàn)有的規(guī)定。

當(dāng)然,當(dāng)Capacity Value是PRB占用率和激活用戶占比的復(fù)合值后,因源小區(qū)會(huì)獲取周邊多個(gè)目標(biāo)小區(qū)的Capacity Value值,這樣就會(huì)存在一部分小區(qū)獲取PRB負(fù)載情況,一部分小區(qū)是用戶負(fù)載情況,這樣在后續(xù)決策、轉(zhuǎn)移相關(guān)UE策略時(shí)會(huì)更加復(fù)雜。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展和4G用戶數(shù)的高速增長(zhǎng),熱點(diǎn)小區(qū)用戶移動(dòng)體驗(yàn)受到考驗(yàn),移動(dòng)性負(fù)載均衡技術(shù)在提高無(wú)線資源利用效率、保障用戶移動(dòng)性體驗(yàn)方面的作用日益凸顯。本文根據(jù)當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)模型特點(diǎn),提出了一種基于現(xiàn)行交互標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)合PRB及用戶負(fù)載的綜合負(fù)載評(píng)估及交互技術(shù)方案。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的變化,迫切需要負(fù)載測(cè)量項(xiàng)、交互信息、算法等與移動(dòng)性負(fù)載均衡技術(shù)相關(guān)的技術(shù)隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)模型的發(fā)展而不斷完善和標(biāo)準(zhǔn)化。

[1]Seppo Hamalainen, Henning Sanneck, Cinzia Sartori.LTE自組織網(wǎng)絡(luò)(SON):網(wǎng)絡(luò)管理自動(dòng)化提升運(yùn)維效率[M].王健全,譯.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2013.

[2]3GPP TS36.300.Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN): Overall description;Stage 2 (Release 10)[S].2010.

[3]3GPP TS36.902.Evolved Universal Terrestrial radio Access Network (E-UTRAN): Self-Configuring and Self-Optimizing Network (SON) use Cases and Solutions[S].2011.

[4]王成.LTE-Advanced系統(tǒng)小區(qū)間負(fù)載均衡及干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的研究[D].西安: 西安電子科技大學(xué), 2012.

[5]劉志強(qiáng).LTE移動(dòng)負(fù)載均衡技術(shù)研究[D].合肥: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2011.

[6]3GPP TS 36.423.Evolved Universal Terrestrial Access Network (E-UTRAN); X2 Application Protocol (X2AP)(Release 12)[S].2014.

[7]黃超.SON移動(dòng)性負(fù)載均衡技術(shù)研究[D].西安: 西安電子科技大學(xué), 2011.

[8]中國(guó)電信集團(tuán)公司.中國(guó)電信移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)性能提升方法研究報(bào)告[R].2012.

[9]中國(guó)電信集團(tuán)公司.中國(guó)電信LTE網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管指標(biāo)要求[Z].2014.

[10]3GPP TS 36.314.Evolved Universal Terrestrial Access Network (E-UTRAN); Layer 2 – Measurements[S].2010.

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