4G密集業(yè)務(wù)區(qū)的移動性負載平衡應(yīng)對策略

【摘要】 由于4G業(yè)務(wù)發(fā)展的不均衡性，必然帶來4G密集業(yè)務(wù)區(qū)的網(wǎng)絡(luò)移動性負載的不均衡性，本文通過對移動性負載優(yōu)化的背景入手，剖析移動性負載不平衡的原因，給出了不同網(wǎng)絡(luò)配置下的移動性負載平衡應(yīng)對策略，為提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，改善用戶感知有實際的指導意義和參考價值。

【關(guān)鍵詞】 4G 密集業(yè)務(wù)區(qū) 移動性負載平衡

一、移動性負載優(yōu)化的背景

4G業(yè)務(wù)的特性，決定了用戶發(fā)展的不均勻性，同時由于CBD、校園、工廠、交通樞紐等密集用戶聚集區(qū)的業(yè)務(wù)發(fā)展，必然導致了4G網(wǎng)絡(luò)資源投入的區(qū)域不均衡性，如何進行資源的最大化合理利用，實現(xiàn)移動性負載的相對平衡，減少網(wǎng)內(nèi)干擾，提升網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量，同時提供給用戶卓越的使用感知，是4G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，特別是4G密集業(yè)務(wù)區(qū)的優(yōu)化工作需要重點考慮的課題。

二、移動性負載不平衡的原因剖析

移動性負載主要包括空口負載、傳輸負載和硬件負載三個方面。在4G網(wǎng)絡(luò)中，空口負載通過以小區(qū)上下行的PRB利用率來衡量，傳輸負載通過系統(tǒng)評估S1接口帶寬的使用情況來進行衡量，硬件負載指的是eNodeB基站中CPU和DSP等硬件資源的使用情況。

以上三個方面的負載描述，其中傳輸負載和硬件負載可以通過常規(guī)的擴容操作來完成，而且一旦完成擴容等優(yōu)化工作，后續(xù)優(yōu)化工作較少，幾乎可以一勞永逸。因此，相對來說，空口負載是一個較為負載和動態(tài)調(diào)整的優(yōu)化工作，也是相對較為困難的優(yōu)化操作，因此本文做重點討論。

移動性負載不平衡的原因，總結(jié)下來，主要有以下5個方面：

（1）規(guī)劃的相對完美性。我們通過規(guī)劃軟件，采用相近似的無線傳播模型，都是采用了相對模擬的辦法來規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)基站的布局，這種先天的相對完美性，導致了移動性負載不均衡性的絕對性。

（2）基站布局不合理性。站址的最終獲取與前期的完美規(guī)劃，總是存在現(xiàn)實的差距?；静季值牟缓侠硇裕苯訉е略拕?wù)吸收的差異性，進而導致小區(qū)間移動性負載的不均衡性。

（3）天饋優(yōu)化的局限性。鑒于4G站點大量采用與2G3G基站同點布局，天線布局空間受限，多采用共天線的方式建站，必然導致天線的布局與業(yè)務(wù)發(fā)展存在相對制約的局面，這也將導致移動性負載的不平衡。

（4）業(yè)務(wù)發(fā)展不平衡性。4G業(yè)務(wù)屬于相對高端的業(yè)務(wù)，區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的不均衡性直接帶來的是業(yè)務(wù)發(fā)展的不均衡性，業(yè)務(wù)發(fā)展的不均衡性將直接反應(yīng)在小區(qū)間的移動性負載不均衡性。

（5）客戶習慣的差異性。移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展更快更深的潛入到新年一代中，OTT業(yè)務(wù)、B2C和 C2C消費習慣，更容易在學校、工廠等區(qū)域呈爆炸式的蔓延，這種消費習慣的差異性也將直接反應(yīng)到小區(qū)移動性負載的問題上。

三、移動性負載平衡的可為空間

從上述的分析中，不難總結(jié)出應(yīng)對移動性負載不平衡性的可為之處。

例如，我們可以采用更加先進的軟件提升規(guī)劃的精度；我們可以在站址的獲取匹配度上，要求相關(guān)部門更加的嚴格；我們可以盡可能多的要求4G基站天線單獨布放；我們可以采用更多的RF調(diào)整工作，來控制覆蓋來平衡小區(qū)間的移動性負載的均衡性。

但是，我們不能改變的是經(jīng)濟發(fā)展的不均衡性，不能改變的是客戶習慣的差異性，這些原因帶來的移動性負載的不均衡性，在城市CBD、在學校、在工廠、在城中村、在交通樞紐等等，都講必然長期存在，當網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)和工程優(yōu)化都全部做完，剩下可做的才是網(wǎng)優(yōu)人價值的體現(xiàn)。

因此，接下來重點討論的是相關(guān)算法和策略的組合實現(xiàn)，來成功應(yīng)對4G密集區(qū)域業(yè)務(wù)發(fā)展的不均衡性。

四、移動性負載平衡的應(yīng)對策略

4.1移動性負載平衡的概念

移動性負載平衡是通過判斷本小區(qū)的負載高低，進行小區(qū)間負載信息的交互，將負載從較為繁忙的小區(qū)轉(zhuǎn)移到剩余資源較多的小區(qū)，這樣協(xié)調(diào)了同系統(tǒng)或者異系統(tǒng)小區(qū)之間的負載分布，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源利用最大化，有利于提升業(yè)務(wù)的接入成功率，改善用戶感知。

4.2移動系統(tǒng)負載控制關(guān)系

在系統(tǒng)負載監(jiān)測中，通過對系統(tǒng)上下行資源利用監(jiān)測、傳輸資源的監(jiān)測、硬件資源利用的監(jiān)測等方式，實時監(jiān)控系統(tǒng)負載的情況，并采用系統(tǒng)準入控制、擁塞控制和負載均衡等算法，保障系統(tǒng)資源利用的最大合理化。系統(tǒng)負載的算法在整個系統(tǒng)負載監(jiān)測的位置如下圖1所示。

LTE系統(tǒng)負載平衡又分為空口負載、eNodeB硬件負載和傳輸負載，本文重點討論空口負載的均衡策略研究。

4.3負載轉(zhuǎn)移的應(yīng)用場景

LTE系統(tǒng)負載轉(zhuǎn)移，從終端所在的小區(qū)的角度來區(qū)分的話，可以分為同頻鄰區(qū)場景、異頻鄰區(qū)場景和異系統(tǒng)鄰區(qū)場景。

如果當前小區(qū)擁有同頻鄰區(qū)、異頻鄰區(qū)和異系統(tǒng)鄰區(qū)，三重場景都存在的情況下，服務(wù)當前小區(qū)根據(jù)系統(tǒng)事先，通過異頻鄰區(qū)實現(xiàn)系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)移時首選策略，具體場景也可以配置的開關(guān)和門限開關(guān)進行選擇。一般來說根據(jù)實際情況選擇負載轉(zhuǎn)移的目標場景。

4.4移動性負載平衡的主要流程

LTE系統(tǒng)負載平衡主要流程如下圖所示：

1）負載測量和評估

eNodeB周期性測量小區(qū)GBR業(yè)務(wù)和Non-GBR業(yè)務(wù)所占資源情況，根據(jù)測量情況評估小區(qū)負載。

2）負載信息的交互

當小區(qū)負載平衡開關(guān)開啟，小區(qū)負載達到負載平衡觸發(fā)條件后，小區(qū)向滿足條件的鄰區(qū)發(fā)起負載交互請求，與鄰區(qū)進行負載信息的交互。

3）負載平衡決策

同頻和異頻負載平衡將根據(jù)服務(wù)小區(qū)和目標鄰區(qū)之間的負載差距和切換性能進行判斷，選擇出最優(yōu)目標小區(qū)。異系統(tǒng)負載分擔將根據(jù)終端的能力、業(yè)務(wù)信息和SPID（Subsciber Profile ID ）決定是切換到那個異系統(tǒng)，然后根據(jù)鄰區(qū)信息確定負載平衡的目標小區(qū)。

4）負載平衡執(zhí)行

在確定了負載平衡的目標小區(qū)之后，服務(wù)小區(qū)選擇部分終端進行負載轉(zhuǎn)移，其移動手段包含切換和小區(qū)重選，如果終端能力不支持異系統(tǒng)切換，則可以通過重定向轉(zhuǎn)移。

5）性能監(jiān)測與調(diào)整

負載平衡執(zhí)行后，監(jiān)測服務(wù)小區(qū)和目標鄰區(qū)的性能，作為下一輪進行負載平衡的目標小區(qū)刪選的依據(jù)。

圖2 4G移動性負載平衡算法流程圖

4.5同頻負載平衡策略

同頻負載平衡策略又分為連接態(tài)的負載平衡和空閑態(tài)的負載平衡。其中對于連接態(tài)終端，選擇合適的邊緣UE切換到同頻鄰小區(qū)中，達到轉(zhuǎn)移負載的目的，并通過小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)修改小區(qū)的特定偏置來避免終端的乒乓切換.空閑態(tài)的負載平衡是通過控制UE駐留小區(qū)來實現(xiàn)的，避免潛在的空閑態(tài)UE在業(yè)務(wù)激活后會引起的負載不平衡。

同頻負載平衡通過修改切換/重選的參數(shù)，讓邊緣的部分UE更容易切換/重選到鄰區(qū)，具體如下：

同頻切換的條件：Mn+Ofn+Ocn-Hys>Ms+Ofs+Ocs+Off 其中Ocn為主要調(diào)節(jié)參數(shù)

同頻小區(qū)的重選條件：Qmeas，n-Qoffset>Qmeas，s+Qhyst，其中Qoffset為主要調(diào)節(jié)參數(shù)

Ocn為鄰區(qū)的特定小區(qū)偏置，Qoffset為鄰區(qū)的偏置值。

負載測量與評估。eNodeB周期性對小區(qū)所占資源進行統(tǒng)計，將結(jié)果與負載門限進行對比。如果本小區(qū)的空口負載持續(xù)達到負載平衡門限與負載偏置之和，則觸發(fā)負載交互。GBR業(yè)務(wù)比Non-GBR業(yè)務(wù)優(yōu)先級高，GBR業(yè)務(wù)負載均衡會優(yōu)先判決觸發(fā)。

負載信息交互。服務(wù)小區(qū)向候選目標鄰區(qū)發(fā)起負載狀態(tài)請求，與鄰區(qū)進行負載信息的交互，異站鄰區(qū)通過X2接口進行負載的信息交互。其中鄰區(qū)的選取原則如下：雖然負載平衡將所有同頻鄰區(qū)作為候選目標小區(qū)，但是對于要進行負載信息交互的小區(qū)要進行一定的篩選，例如需要剔除沒有X2接口的小區(qū)，剔除歷史切換性能不佳的小區(qū)（通常來講指的是切換成功率低于99%的小區(qū)），得到需要進行信息交互的小區(qū)列表。若所有鄰區(qū)都是同站鄰區(qū)，則直接可以獲取鄰區(qū)的負載狀態(tài)，進行負載平衡決策過程；如果是異站鄰區(qū)，則需要通過X2接口與異站進行負載信息的交互，從而或得到鄰區(qū)的負載狀態(tài)信息。

負載平衡決策。在完成負載信息交互后，服務(wù)小區(qū)獲得初始的目標小區(qū)列表，但是需要再完成一次刪選過程，主要對以下5種因素的小區(qū)進行剔除：

a）上一次小區(qū)特定偏置沒有調(diào)節(jié)成功，或者因為性能變差而回退的。

b）服務(wù)小區(qū)與該小區(qū)的負載差小于負載差門限

c）目標小區(qū)的S1狀態(tài)或者硬件狀態(tài)為高負載或者超負載的。

d）與服務(wù)小區(qū)的切換性能較差的小區(qū)

e）同服務(wù)小區(qū)重疊區(qū)域沒有邊緣UE的鄰區(qū)

在將上述小區(qū)進行刪除之后，剩余的小區(qū)分為三類，然后從中選擇一個最優(yōu)的目標小區(qū)。三類的分類原則如下：

第一類：上下行的負載都低于負載平衡門限

第二類：上行或者下行負載超過負載平衡門限

第三類：上下行的負載都高于負載平衡門限

按照優(yōu)先級順序，進行選擇最優(yōu)小區(qū)。

負載平衡執(zhí)行。在選定負載平衡的目標小區(qū)之后，分別對連接態(tài)和空閑態(tài)的UE進行操作，具體如下：修改CIO讓服務(wù)小區(qū)中處于連接態(tài)的邊緣UE更容易切換出去，為了避免乒乓切換，服務(wù)小區(qū)和目標小區(qū)的CIO需要同時修改；更加成功修改的CIO，eNodeB修改小區(qū)的Qoffset，下發(fā)至處于空閑態(tài)的UE，根據(jù)同頻小區(qū)重選規(guī)則，進行小區(qū)重選。

4.6異頻負載平衡策略

異頻負載平衡時通過將一些連接態(tài)的UE轉(zhuǎn)移到異頻鄰區(qū)，實現(xiàn)負載的轉(zhuǎn)移，從而達到異頻鄰區(qū)之間的負載平衡。

異頻負載測量與評估。eNodeB周期性對小區(qū)所占資源進行統(tǒng)計，將結(jié)果與異頻負載門限進行對比。如果本小區(qū)的空口負載持續(xù)達到異頻負載平衡門限與負載偏置之和，則觸發(fā)負載交互。GBR業(yè)務(wù)比Non-GBR業(yè)務(wù)優(yōu)先級高，GBR業(yè)務(wù)負載均衡會優(yōu)先判決觸發(fā)。

異頻負載信息交互。如果本基站內(nèi)存在異頻小區(qū)，則系統(tǒng)將只會做站內(nèi)異頻負載的平衡，服務(wù)小區(qū)直接獲取站內(nèi)異頻小區(qū)的負載信息，無線通過X2接口交互獲取，當基站內(nèi)不存在異頻的鄰區(qū)，服務(wù)小區(qū)向候選小區(qū)發(fā)起負載狀態(tài)請求，與鄰區(qū)進行負載信息的交互。具體鄰區(qū)的選擇同于上述同頻鄰區(qū)。

異頻負載平衡決策。在完成負載信息交互后，服務(wù)小區(qū)獲得初始的目標小區(qū)列表，但是需要再完成一次刪選過程，主要對以下3種因素的小區(qū)進行剔除：

a）服務(wù)小區(qū)與該小區(qū)的負載差小于負載差門限

b）目標小區(qū)的S1狀態(tài)或者硬件狀態(tài)為高負載或者超負載的。

c）與服務(wù)小區(qū)的切換性能較差的小區(qū)

異頻負載平衡執(zhí)行。異頻負載平衡轉(zhuǎn)移的對象為連接態(tài)的UE，根據(jù)目標小區(qū)的信息以及UE的頻點支持能力、占用PRB資源情況來選擇一定數(shù)量的UE來對這些鄰區(qū)進行測量，根據(jù)UE上報的測量結(jié)果，對滿足切換條件的UE進行異頻切換。

4.7異系統(tǒng)負載平衡策略

由于各種原因，我們現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)布局難免出現(xiàn)多個系統(tǒng)疊加的情況，例如：LTE-FDD LTE-TDD TD-SCDMA等多個網(wǎng)絡(luò)并存的布局情況。異系統(tǒng)負載平衡策略是基于LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先駐留的空閑態(tài)重選策略，在LTE小區(qū)負載過高時，不經(jīng)過負載信息的交互，直接對異系統(tǒng)鄰區(qū)進行負載的分擔。

異系統(tǒng)負載測量與評估。eNodeB周期性對小區(qū)所占資源進行統(tǒng)計，將結(jié)果與負載門限進行對比。如果本小區(qū)的空口負載持續(xù)達到異系統(tǒng)負載平衡門限與負載偏置之和，且小區(qū)上行同步態(tài)用戶數(shù)達到異系統(tǒng)負載平衡用戶數(shù)門限后，則觸發(fā)異系統(tǒng)負載平衡算法。GBR業(yè)務(wù)比Non-GBR業(yè)務(wù)優(yōu)先級高，GBR業(yè)務(wù)負載均衡會優(yōu)先判決觸發(fā)。

異系統(tǒng)負載平衡決策。當有多個異系統(tǒng)鄰區(qū)滿足啟動異系統(tǒng)負載平衡的條件時，則根據(jù)UE的能力確定切換至哪種系統(tǒng)，具體切換至哪個系統(tǒng)，可自行在網(wǎng)管配置。

異系統(tǒng)負載平衡執(zhí)行。異系統(tǒng)負載平衡的執(zhí)行分為連接態(tài)和空閑態(tài)，針對連接態(tài)的UE，eNodeB根據(jù)UE 能力和SPID，以及目標小區(qū)信息，選擇候選的UE，進行異系統(tǒng)鄰區(qū)的測量，根據(jù)測量結(jié)果確定最終切換的UE，如果UE能力不支持異系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，則會通過重定向來進行轉(zhuǎn)移；針對空閑態(tài)UE，通過在RRC Release消息中攜帶Dedicated Priority讓部分RRC正常釋放的UE優(yōu)先駐留在LTE鄰區(qū)，同時按一定的概率選擇部分RRC釋放用戶優(yōu)先駐留在LTE鄰區(qū)。

4.8相關(guān)參數(shù)說明（以中興設(shè)備為例）

負載平衡相關(guān)參數(shù)

負載平衡相關(guān)參數(shù)

參數(shù)名中文名功能描述配置建議

LoadManagementTDD負荷管理對象 ID該參數(shù)表示小區(qū)的本地標識，在本基站范圍內(nèi)唯一標識一個小區(qū)。配置值為：1～9999，現(xiàn)網(wǎng)默認值為：1。

lbSwch負荷均衡算法開關(guān)小區(qū)負荷均衡算法開關(guān)，它決定了本eNB是否使用負荷均衡功能，以及選擇采用盲切換的方式還是采用基于事件測量的切換方式。配置值為：0、1、2，設(shè)置為0時：算法關(guān)閉；設(shè)置為1時：算法打開，采用盲切換的方式；設(shè)置為2時：算法打開，采用基于事件測量的切換方式?，F(xiàn)網(wǎng)默認值為0。在布網(wǎng)初期，用戶數(shù)量較少，負荷較輕，無需開啟此功能。

lcSwch負荷控制算法開關(guān)負荷控制算法開關(guān)，它決定了本eNB是否使用負荷控制功能。配置值為：0、1，設(shè)置為0時：算法關(guān)閉；設(shè)置為1時：算法打開。現(xiàn)網(wǎng)默認值為0。在布網(wǎng)初期，用戶數(shù)量較少，負荷較輕，無需開啟此功能。

interCLBSwitch異頻/異系統(tǒng)駐留負荷均衡算法開關(guān)異頻/異系統(tǒng)駐留負荷均衡算法開關(guān)，它決定了異頻/異系統(tǒng)小區(qū)容量在達到一定的容量時，開啟異頻/異系統(tǒng)駐留負荷均衡算法開關(guān)。配置值為：0、1、2，設(shè)置為0時：算法關(guān)閉；設(shè)置為1：算法打開，采用通用策略；設(shè)置為2：算法打開，采用WCP策略。現(xiàn)網(wǎng)默認值為0。

interManuLBSwch跨廠商設(shè)備負荷均衡功能開關(guān)跨廠商設(shè)備負荷均衡功能開關(guān)，它決定了本eNB到達一定容量時，開啟跨廠商設(shè)備負荷均衡功能開關(guān)。配置值為：0、1，設(shè)置為0時：算法關(guān)閉；設(shè)置為1時：算法打開?，F(xiàn)網(wǎng)默認值為0。在江門區(qū)域布網(wǎng)初期，只采用中興設(shè)備，且邊界地區(qū)用戶數(shù)量較少，負荷較輕，無需開啟此功能。

intraLBFreqPriorSwchIntra-LTE負荷均衡頻點優(yōu)先級策略開關(guān)Intra-LTE負荷均衡頻點優(yōu)先級策略開關(guān)，它決定了eNB內(nèi)小區(qū)優(yōu)先級別高的頻點容量在達到一定的容量時，開啟Intra-LTE負荷均衡頻點優(yōu)先級策略開關(guān)。配置值為：0、1、2，設(shè)置為0時：算法關(guān)閉；設(shè)置為1：算法打開，采用通用策略；設(shè)置為2：算法打開，采用WCP策略?，F(xiàn)網(wǎng)默認值為0。

gbrCompressLCSwch基于GBR降速的負荷控制使能開關(guān)基于GBR降速的負荷控制使能開關(guān)，它決定了本eNB在達到滿容量時，開啟GBR降速的負荷控制使能開關(guān)。配置值為：0、1，設(shè)置為0時：算法關(guān)閉；設(shè)置為1時：算法打開?，F(xiàn)網(wǎng)默認值為0。在布網(wǎng)初期，用戶數(shù)量較少，負荷較輕，無需開啟此功能。

prbLBExeThrdNZUl上行跨廠商無線負荷均衡執(zhí)行門限上行跨廠商無線負荷均衡執(zhí)行門限，它決定了本eNB上行容量在達到規(guī)定的容量值時，就執(zhí)行此功能?，F(xiàn)網(wǎng)上行跨廠商無線負荷均衡執(zhí)行門限（%）為70。

prbLBExeThrdNZDl下行跨廠商無線負荷均衡執(zhí)行門限下行跨廠商無線負荷均衡執(zhí)行門限，它決定了本eNB下行容量在達到規(guī)定的容量值時，就執(zhí)行此功能。現(xiàn)網(wǎng)下行跨廠商無線負荷均衡執(zhí)行門限（%）為70。

ldPreestimSwch鄰區(qū)負荷預估功能使能開關(guān)鄰區(qū)負荷預估功能使能開關(guān)，它決定了小區(qū)容量在達到一定的容量時，開啟鄰區(qū)負荷預估功能使能開關(guān)。配置值為：0、1，設(shè)置為0時：算法關(guān)閉；設(shè)置為1時：算法打開。現(xiàn)網(wǎng)默認值為0。在布網(wǎng)初期，用戶數(shù)量較少，負荷較輕，無需開啟此功能。

clbExeThrd異頻/異系統(tǒng)無線駐留負荷均衡執(zhí)行門限異頻/異系統(tǒng)無線駐留負荷均衡執(zhí)行門限，它決定了異頻/異系統(tǒng)小區(qū)容量在達到規(guī)定的容量值時，就執(zhí)行此功能。現(xiàn)網(wǎng)異頻/異系統(tǒng)無線駐留負荷均衡執(zhí)行門限（%）為70。

表1 負載平衡相關(guān)參數(shù)

五、結(jié)束語

本文對4G密集業(yè)務(wù)區(qū)移動性負載不平衡原因進行了深入分析，對通過同頻小區(qū)、異頻小區(qū)和異系統(tǒng)小區(qū)等多種移動性負載算法進行了詳細的介紹，對不同網(wǎng)絡(luò)配置下的負載均衡策略提供了具體的操作指引。

為減少網(wǎng)內(nèi)干擾，改善網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量，同時提供給用戶卓越的使用感知提供了優(yōu)化操作方法，具有較高的指導意義和參考價值。

參考文獻

無

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