LTE與eHRPD系統間空閑態負荷均衡方案研究*

李路鵬，熊尚坤，王慶揚

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

1 引言

對于CDMA運營商，LTE（long term evolution）是未來網絡演進的方向，在一定時期內勢必會同時運營LTE和eHRPD兩張數據網絡，怎樣充分利用這兩張網絡資源，提高用戶感受是擺在CDMA運營商面前的一個重要課題。

目前3GPP R8和3GPP2都制定了eHRPD和E-UTRAN混合終端空閑重選網絡的標準，此空閑重選的機制是根據公共優先級和信號強度綜合判斷決定選擇網絡，由于在eHRPD和E-UTRAN重疊區域，信號強度通常能滿足要求，因此在重疊區域實際上僅根據公共優先級重選網絡，通常運營商會將E-UTRAN公共優先級設置更高，則終端基本上都會空閑重選到E-UTRAN網絡上，這樣運營商就無法均衡兩張網絡的負荷，充分利用兩張網絡資源。3GPP在R9版本更新了空閑重選網絡的標準，在公共優先級的基礎上增加了專用優先級，在eHRPD和E-UTRAN網絡負荷不均衡時，eNode B通過在呼叫釋放時對一些用戶下發eHRPD專用優先級，從而將一些用戶重選到eHRPD網絡，但是目前3GPP2只有公共優先級的空閑重選方案，這樣從E-UTRAN重選過來的用戶又會因為E-UTRAN公共優先級高而再次重選到E-UTRAN網絡上，因此根據目前標準在eHRPD和E-UTRAN重疊區域混合終端都會重選到E-UTRAN，運營商將浪費eHRPD網絡資源。因此對于CDMA運營商，在3GPP2推動下制定優化的eHRPD和E-UTRAN空閑重選標準，實現eHRPD和E-UTRAN系統間空閑態的負荷均衡迫在眉睫。

2 負荷均衡方案

目前主要的eHRPD和E-UTRAN間空閑態負荷均衡方案有3種，下面對這3種空閑態負荷均衡方案進行詳細介紹。

2.1 方案1原理

3GPP2給終端分配LTE的專用優先級，其終端LTE的專用優先級高低是根據用戶簽約屬性或者運營商策略決定的，通常用戶套餐越高，其終端LTE專用優先級越高。當eAN（evolved access network，演進的無線接入網）發現LTE的負荷很高時，eHRPD系統下所有激活用戶釋放連接，在ConnectionClose消息中增加LTE的專用優先級，使得這些用戶均保留在eHRPD下；當eAN發現LTE的負荷處于中等負荷時，對eHRPD系統下普通激活用戶釋放連接，在ConnectionClose消息中增加專用優先級，使得這些普通用戶保留在eHRPD下，而對eHRPD系統下重要激活用戶釋放連接時，在ConnectionClose消息中不增加專用優先級，使得這些重要用戶處于空閑態后重選到LTE網絡下；當eAN發現LTE的負荷很輕時，對eHRPD系統下所有激活用戶釋放連接，在ConnectionClose消息中均不增加專用優先級，使得所有用戶處于空閑態后均可重選到LTE網絡下。通過這種機制可以將終端盡可能地均衡到eHRPD和E-UTRAN兩張網絡上。但由于該方案只有在釋放連接時終端才能收到LTE專用優先級，因此該方案不夠靈活。

2.2 方案2原理

根據用戶簽約屬性或運營商策略將終端分成8個等級，分別用UEClass 1～UEClass 8表示，UEClass 1等級最低，UEClass 8等級最高，eAN通過不同優先級參數從3GPP2 AAA獲得終端的等級，通常用戶套餐越高，其終端等級越高。在開機協商或者重協商時eAN將終端等級發給終端。

系統通過下發UEClass bitmap控制不同等級的終端重選到不同的網絡上，從而達到負荷均衡的目的。eAN通過總體消息將UEClass bitmap發給終端，eAN用UEClass bitmap綜合指示終端選擇eHRPD還是LTE網絡，UEClass bitmap共13位，前面8位是網絡重選指示，后面5位用來隨機化。假若后5位都置1，就表示沒有隨機化。在沒有隨機化時，完全由前面的8位指示終端重選到不同網絡上。若后5位不全為1時，則由前8位和后5位綜合決定重選到不同的網絡上。UEClass bitmap如圖1所示。

Bit 13～Bit 6是不同等級終端網絡選擇指示，現以Bit 13為例（其他比特位跟Bit 13作用一樣，只是指示不同等級終端）。

·Bit 13為0，意味著等級8的終端呆在eHRPD網絡上，其實現機制是終端將eHRPD公共優先級設置為最大，從而根據空閑重選機制重選到eHRPD網絡上。

·Bit 13為1，意味著等級8的終端重選到E-UTRAN網絡上，其實現機制是終端將eHRPD公共優先級設置為最小，從而根據空閑重選機制重選到E-UTRAN網絡上。

若UEClass bitmap只有Bit 13～Bit 6，當同一等級終端過于集中在某些基站下時，這些等級終端都會重選到eHRPD網絡或者E-UTRAN網絡，還是起不到將終端均衡到eHRPD和E-UTRAN網絡上的目的。因此用Bit 5～Bit 1來隨機化。

下面對Bit 5～Bit 1的含義加以說明。

Bit 5代表IMSI個位數為0和1的終端的隨機因子，Bit 4代表IMSI個位數為2和3的終端的隨機因子，以此類推，Bit 1代表IMSI個位數為8和9的終端的隨機因子。當Bit 5～Bit 1不全為1時，UEClass bitmap的前8位和后5位綜合決定重選到不同的網絡上，下面以圖2為例加以說明。

圖 2中，Bit 13為 1，但是 Bit 5～Bit 1不全為 1，則表示終端等級為 8 且終端 IMSI個位數為 0、1、2、3、6、7 的終端重選到E-UTRAN網絡上，而終端等級為8且終端IMSI個位數為 4、5、8、9的終端則不重選到 E-UTRAN網絡上，這樣即使基站下都是等級為8的終端，也能將終端均衡到eHRPD和E-UTRAN上。

圖3是沒有UEClass bitmap時的重選示意。

從圖3可以看出，在eHRPD和E-UTRAN重疊網絡中，根據3GPP2現有的重選機制，終端有可能均重選到eHRPD網絡，也可能均重選到E-UTRAN網絡。

圖4是有UEClass bitmap時重的選示意。

從圖4可知，在eHRPD和E-UTRAN重疊網絡中，在3GPP2現有的重選機制基礎上增加方案2后，終端可均衡到eHRPD網絡和E-UTRAN網絡上。

2.3 方案3原理

根據用戶簽約屬性或者運營商策略給終端分配LTE的專用優先級，用LTEDedicatedReselectionPriority表示。通常用戶套餐越高，其LTE專用優先級越高。在開機協商或者重協商時eAN將每個終端的LTE專用優先級發給終端。

不是任何時候終端的LTE專用優先級都起作用，只有當eAN發現eHRPD和E-UTRAN負荷不均衡或者E-UTRAN負荷高時，eAN通過廣播消息下發LTE專用優先級起作用指示時終端的LTE專用優先級才起作用，專用優先級起作用指示用DedicatedPriorityEnabled表示，置1表示終端的LTE專用優先級起作用，此時LTE的公共優先級就不起作用；置0則表示終端的LTE專用優先級不起作用，此時LTE的公共優先級就起作用。

在eHRPD和E-UTRAN負荷不均衡時，eAN通過廣播消息下發LTE專用優先級起作用指示，同時eAN還通過廣播消息下發LTE專用優先級門限，只有終端的LTE專用優先級大于專用優先級門限的終端才能空閑重選到E-UTRAN網絡上，而終端的LTE專用優先級小于等于專用優先級門限的終端還是在eHRPD網絡中，通常情況下eAN通過調整專用優先級門限就能較好地將終端均衡到eHRPD和E-UTRAN網絡上。但當LTE專用優先級相同的終端過于集中在某些基站下時，僅僅通過調整專用優先級門限很難將終端均衡到eHRPD和E-UTRAN網絡上，此時eAN有必要通過廣播消息下發每個LTE專用優先級的隨機重選概率，隨機重選概率用P表示，這時該方案的重選機制描述如下。

（1）終端的LTE專用優先級小于等于專用優先級門限，則該終端還是呆在eHRPD網絡上，除非eHRPD的信號很弱。

（2）終端的LTE專用優先級大于專用優先級門限，若滿足以下所有條件，則終端重選到E-UTRAN網絡上：

（a）LTE專用優先級大于eHRPD優先級；或者LTE專用優先級小于等于eHRPD優先級且eHRPD的信號很弱；

（b）終端隨機產生小于1的隨機數小于對應專用優先級的隨機重選概率P。

通過以上這種機制，在某些特殊情況下（LTE專用優先級相同的終端過于集中在某些基站下），也能將終端均衡到eHRPD和E-UTRAN網絡上。

圖5是沒有專用優先級時的重選示意。

從圖5可知，在eHRPD和E-UTRAN重疊網絡中，根據3GPP2現有的重選機制，終端有可能都重選到E-UTRAN網絡上。

圖6是有專用優先級時的重選示意。

從圖6可知，在eHRPD和E-UTRAN重疊網絡中，在3GPP2現有的重選機制基礎上增加方案3后，終端可均衡到eHRPD網絡和E-UTRAN網絡上。

圖7是有專用優先級和隨機重選機制時的重選示意。

從圖7可知，在eHRPD和E-UTRAN重疊網絡中，在3GPP2現有的重選機制基礎上增加方案3后，盡管此時LTE專用優先級相同的終端過于集中，但通過隨機重選機制后，終端也可均衡到eHRPD網絡和E-UTRAN網絡上。

3 負荷均衡方案優缺點對比

下面對3種方案進行對比分析，包括各方案主要技術特點介紹、各方案優點和缺點，具體見表1。

從表1可以看出，方案1簡單，但是由于不能及時將專用優先級下發給終端，因此控制不靈活，另外也沒有考慮隨機機制，因此不是最優方案。

方案2和方案3都采用廣播方式且考慮了隨機機制，

因此均能及時調整兩系統負荷，但方案2相比方案3，廣播時需傳輸更多的bit，因此傳輸效率更低，另外方案2的隨機機制也比方案3稍差，因此總體來看方案3相對合理一些，建議制定方案3的空閑態負荷均衡標準。

表1 方案優劣勢對比

4 結束語

合理的eHRPD和E-UTRAN空閑重選機制能將終端均衡地附著在eHRPD和E-UTRAN網絡上，從而起到負荷均衡的目的。因此對于CDMA運營商，在3GPP2推動下制定優化的eHRPD和E-UTRAN空閑重選標準，實現eHRPD和E-UTRAN系統間空閑態的負荷均衡，這對運營商充分利用兩張網絡資源，提高用戶感受有非常重要的作用。

1 3GPP2C.S0087-A_V2.0.E-UTRAN—cdma2000HRPD Connectivity and Interworking:Air Interface Specification

2 3GPP TS 36.331.Radio Resource Control(RRC)(Release 9)

3 3GPP TS 36.304.User Equipment(UE)Procedures in Idle Mode(Release 9)