LTE移動性負載均衡負載報告機制研究

鐘期洪，劉悅

（1.中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630；2.中國電信集團公司網(wǎng)絡(luò)運行維護事業(yè)部，北京 100010）

1 引言

移動性負載均衡（MLB，Mobility Load Balancing）是蜂窩網(wǎng)絡(luò)中一個與生俱來的問題。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等工作組對其各方面進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)議和標準中[1]。

目前，3GPP標準規(guī)定了基于物理資源塊（PRB，Physical Resource Block）負載觸發(fā)的MLB過程相關(guān)負載信息定義、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)的無線資源不均衡場景，而當前移動互聯(lián)網(wǎng)熱點應(yīng)用如手機即時通信、手機微博等為信令類業(yè)務(wù)，因此會制約其應(yīng)用效果和應(yīng)用范圍。為此，本文在研究3GPP負載報告機制的基礎(chǔ)上，提出了一種基于現(xiàn)行交互標準的，結(jié)合PRB占用率及激活用戶占比的綜合負載評估及交互技術(shù)方案。

2 MLB負載報告機制

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

圖1 SON MLB功能框架

2.1 負載信息定義

負載報告中交互的負載信息[3-4]包括：

（1）空口負載

以小區(qū)上行/下行的PRB占用率來衡量，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）硬件負載

用以評估CPU和DSP等硬件資源的使用情況，包括上行/下行鏈路硬件負載，并用low、mid、high、overload這4個等級定性表示。

（3）傳輸負載

用以評估S1/X2接口帶寬的使用情況，包括上行/下行鏈路傳輸層負載，并用low、mid、high、overload這4個等級定性表示。

圖2 信令基本流程示意圖

（4）小區(qū)容量級別（Cell Capacity Class Value）

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

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

上行/下行可用于負載均衡的小區(qū)容量與小區(qū)總?cè)萘康谋戎担捎脕肀硎井斍靶^(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）來表示[5]，Capacity Value為整數(shù)值，范圍為0～100。

2.2 負載信息交互

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

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X2接口交互負載信息，信令基本流程如圖2所示。

資源狀態(tài)交互的過程[4-6]大概可以分為3個部分：

（1）資源狀態(tài)報告請求

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)請求消息。eNB2收到該消息后，按照消息中的請求內(nèi)容進行相關(guān)測量，包括空口負載、傳輸負載、硬件負載和綜合可用容量等。

如果eNB2可以提供部分或全部測量內(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)報告周期更新

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

（3）資源狀態(tài)報告終止

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

3 綜合負載評估及交互方案

3.1 用戶負載信息交互的必要性

一方面，根據(jù)《中國移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展狀況調(diào)查報告》，目前移動互聯(lián)網(wǎng)各類手機應(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。手機即時通信、手機網(wǎng)絡(luò)新聞、手機搜索使用率最高，分別達到86.1%、73.3%和73%。

另一方面，移動互聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用每小時在線時的信令交互次數(shù)和數(shù)據(jù)流量差異大，統(tǒng)計如表1所示?？梢?，即時通信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。

綜合來看，當前移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用如手機即時通信、炒股類等因為業(yè)務(wù)流量不大，對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負載觸發(fā)的MLB功能中如果引入用戶負載信息則更適合當前移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的業(yè)務(wù)模型。

3.2 綜合負載評估算法

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)負載的評估量[9]，定義為激活用戶占比（USERusage），即：

表1 移動互聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用每小時在線時的信令交互次數(shù)和流量統(tǒng)計表

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

其中，USERusage為激活用戶占比，PRBusage為PRB占用率。

3.3 綜合負載交互及判斷

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

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

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

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

當然，當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)會獲取周邊多個目標小區(qū)的Capacity Value值，這樣就會存在一部分小區(qū)獲取PRB負載情況，一部分小區(qū)是用戶負載情況，這樣在后續(xù)決策、轉(zhuǎn)移相關(guān)UE策略時會更加復(fù)雜。

4 結(jié)束語

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

[1]Seppo Hamalainen, Henning Sanneck, Cinzia Sartori.LTE自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）：網(wǎng)絡(luò)管理自動化提升運維效率[M].王健全,譯.北京: 機械工業(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.LTE移動負載均衡技術(shù)研究[D].合肥: 中國科學(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移動性負載均衡技術(shù)研究[D].西安: 西安電子科技大學(xué), 2011.

[8]中國電信集團公司.中國電信移動互聯(lián)網(wǎng)性能提升方法研究報告[R].2012.

[9]中國電信集團公司.中國電信LTE網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管指標要求[Z].2014.

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