LTE網絡資源分配與協作優化分析

劉超

（廣東南方通信建設有限公司）

LTE網絡資源分配與協作優化分析

劉超

（廣東南方通信建設有限公司）

雖然LTE技術已成為通信技術領域的主流技術，而且技術規范也愈加完善，但是現有LTE系統仍然存在諸多缺陷，導致系統性能不夠理想，因此，對LTE現有網絡資源分配及協作優化進行分析和驗證有助于找到系統中存在的不足并加以完善，對于LTE技術的可持續發展具有積極意義。

LTE；網絡資源；協作測試；優化

移動寬帶服務需求量的增加及新一代移動標準的推行給LTE網絡通信傳輸帶來了更大的挑戰，只有進行仿真測試驗證才能對LTE系統性能加以完善，擴大其市場競爭優勢。

1 LTE系統仿真分析及優化方案概述

隨著寬帶需求量的激增，LTE網絡也將面臨更多的通信傳輸壓力，為了有效減輕其回程網通信壓力，需要在仿真測試驗證中找到其存在的問題，進而制定出科學合理的優化方案。本文以LTE網絡本地業務數傳機制為例具體闡述其優化方案設計。在該方案中，將本地轉發思想應用到LTE網絡系統中，UE間數據可以通過本地轉發的方式進行傳輸，而且不需要再經過數據上傳環節[1]。通過優化方案分析可以得知，該方案能夠有效減輕相同條件下的LTE網絡通信壓力，而且寬帶使用效率也獲得顯著的提升，仿真分析結果顯示在本地業務不斷增加的情況下，該方案仍然可以提高LTE系統的性能，降低阻塞率，表明經過優化之后的本地業務數傳機制具有較強的可行性。

2 LTE網絡本地業務數傳機制優化設計

2.1 LTE回程網需求分析

在LTE網絡本地業務數傳機制優化設計之前，首先要分析回程網的實際需求，從而避免產生額外的寬帶開銷。LTE回程網即承載網，回程網需求分析問題也就是解決網絡扁平化所帶來的S1、X2業務需求難題，同時這也是未來LTE回程網的主要演化方向和發展目標。考慮到相關技術規范可以將LTE回程網的需求總結為以下幾點：①業務流向。LTE回程網借助多個接口可以實現相鄰基站之間的連接和溝通，而且X2接口的寬帶僅為其他接口寬帶的3%，這就涉及業務流向需求。②寬帶擴展。隨著基站寬帶速率的提升，回程網的接入速率也需要進行相應地提升，當基站寬帶速率超過百兆時，回程網的接入速率就需要提高到10Gbps。除了上述業務劉翔需求和寬帶擴展需求兩大基本需求外，LTE回程網需求還包括安全需求、成本需求、維護需求、發展需求等，以上需求與本文的聯系不大此處不作贅述。需要注意的是，LTE回程網將來的發展重點是S1接口，X2主要用于邏輯的切換，由于X2接口的寬帶需求遠遠低于S1接口，因此，X2用戶的戶面時延要求也將寬松許多[2]。

2.2 應用場景分析

在進一步進行本地業務數傳機制分析之前，首先要注意分析其應用場景。LTE系統的本地業務只有達到一定的比例才能使該數傳機制的優化設計具有現實意義，為了統計本地通信業務量就需要分析其應用場景，也就是分析那些場景會產生本地業務。LTE技術規范中提到了小區最小半徑指標，也就是說，一個eNB至少需要覆蓋小區半徑范圍內的區域，包括半徑范圍內的學校、企業、單位、景點等（本地業務應用場景演示見圖1）。這些區域的通信業務在種類上基本相似，而且還比較集中，可歸屬于本地業務，如企業內部員工之間的辦公交流就是本地業務，再如同一學校學生之間的數據傳遞也屬于本地業務，景點中旅游愛好者之間的圖片交互同樣屬于本地業務。隨著本地業務量的增加，對本地業務數傳機制進行設計優化可以最大限度地減輕回程網的寬帶壓力，從而提高其寬帶使用效率。確定了本地業務的具體應用場景后就需要計算和統計實際的業務量，由于LTE網絡已經發展到了4G階段，因此，從技術角度分析，本地業務和現有的P2P業務具有較多相似點，可以從P2P業務來預估本地業務量的發展趨勢。P2P業務的出現取代了HTTP成為互聯網主要業務類型，而且其業務量已經超過互聯網業務量的50%，而且在未來時間內P2P業務量還將持續增加，由此可以看出，本地業務量將不斷增長，這也表明了對LTE網絡本地業務數傳機制進行優化設計具有較高的價值。

圖1 本地業務應用場景演示

2.3 協議擴展支持

LTE網絡本地業務數傳機制的傳輸路徑優化可以解決回程網通信量較大的問題，如果引入新的傳輸機制必然會使LTE網絡具備一些新的信令交互特征。為了提高本地業務數傳機制在LTE網絡系統中的可行性，應當嚴格遵循其信令協議擴展的設計原則，包括：①兼容性。新的信令不能對原有的信令傳輸產生影響，因此，在本次優化方案中，關鍵性取值確定為ignore，錯誤信令可直接忽略，O為可選信令，新舊信令之間互不影響。②規范性。信令協議擴展應當滿足3GPPLTE技術規范的相關規定，并按照標準內容對新的信令進行支持，包括數據結構設計、信令發送文字補充等。

2.4 執行設計

經過優化設計之后的本地業務數傳機制需要采用新的網絡執行方案，本次研究所設計的執行方案見圖2所示。在新的執行方案中，主動請求仍然按照之前的信令模式發起接入信令，但被請求連接的用戶卻被附加了一個判斷的過程，也就是判斷是否采取本地業務數傳機制。根據現有的入網流程，首先需要判斷通信請求中是否包含可選的IE，如果結果為是則需要判斷eNB是否支持該數傳機制，如果不支持則仍然執行原有的機制，如果結果為否則需要判斷兩個UE能否被接入同一個eNB，如果不能則需要執行原有的機制，最后一步需要判斷數據交換是否適用本地業務數傳機制，如果不適應則需要執行原有的機制。

圖2 LTE本地業務數傳機制執行方案

3 本地業務數傳機制LTE系統性能分析

經過上述一系列的設計優化，最后需要分析和評估優化之后的本地業務數傳機制LTE系統性能。上文提到，本地業務量是不斷增加的，隨著數據量和寬帶比例的增加，節省的寬帶比例將隨之提升，這樣可以有效緩解回程網通信壓力。由于X2接口寬帶僅為S1接口的3%，因此，所節省的總的最小寬帶比例為P/1.03。可見，隨著本地業務量的增加，本地業務數傳機制能夠大大降低LTE回程網的寬帶，減輕其通信壓力，提高寬帶使用效率。以本地業務量占全部業務量的40%為例，在優化之前這40%的本地業務需要通過回程網上傳到核心網，但是使用優化之后的數傳機制后本地業務可以直接由nNB轉發，減少了上傳環節，這樣一來，LTE回程網僅有剩余60%的業務需要傳輸，從這個角度分析，LTE回程網的阻塞率也大大降低。

4 結語

本文以本地業務數傳機制為例具體闡述了其優化設計流程，并分析了其優化效果。經過分析可知，優化之后的LTE回程網通信壓力不僅得到大幅度緩解，而且阻塞率也顯著下降，表明本次優化方案的可行性和有效性。相信本次研究可為LTE技術的優化提供更多的建議和參考。

[1]叢犁，張海林，劉毅，等.基于粒子群優化的協作網絡資源分配的博弈策略[J].吉林大學學報（工學版），2012，01：207～212.

[2]朱國暉，李佳蔚，趙季紅.LTE-A系統中基于CoMP的下行跨層功率分配優化方法[J].計算機工程與設計，2012，10：3702～3707.

[3]肖瀟，陶曉明，陸建華.基于高能效無線接入網的綠色無線通信關鍵技術研究[J].電信科學，2011，11：75～83.

[4]趙季紅，李強，曲樺，等.基于LTE-A技術無線資源管理的跨層聯合博弈[J].電信科學，2011，12：39～43.

[5]牛進平，蘇濤.一種適用于SC-FDMA多小區系統的協作調度和功率控制算法[J].電子與信息學報，2015，02：411～416.

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