LTE移动性负载均衡负载报告机制研究

移动性负载均衡（MLB）是LTE自组织网络（SON）的重要功能。在研究3GPP关于MLB负载测量信息及信息交互机制的基础上，针对基于物理资源块（PRB）负载触发的MLB功能与当前移动互联网业务模型之间匹配性不佳的问题，提出了一种基于现行交互标准的，结合PRB占用率及激活用户占比的综合负载评估及交互技术方案。

移动性负载均衡 物理资源块负载 综合负载

Research on Load Reporting Mechanism in LTE Mobility Load Balancing

ZHONG Qi-hong1， LIU Yue2

Mobility load balancing （MLB） is an important function of LTE self-organizing network （SON）. Based on MLB load measurement information and information interaction mechanism in 3GPP， it is pointed out that physical resource block （PRB） load triggered MLB function is not matched to the service model in existing mobile Internet. In view of this， a composite load assessment and interaction technique solution based on existing interaction standard， PRB occupancy rate and activated user percentage was proposed.

mobility load balancing physical resource block load composite load

1 引言

移动性负载均衡（MLB，Mobility Load Balanc-ing）是蜂窝网络中一个与生俱来的问题。在LTE系统中，MLB是自组织网络（SON，Self-Organizing Networks）中重要的自优化功能之一，3GPP RAN2、RAN3、SA5等工作组对其各方面进行了广泛的讨论和研究，相关成果主要体现在TS32及TS36系列协议和标准中[1]。

目前，3GPP标准规定了基于物理资源块（PRB，Physical Resource Block）负载触发的MLB过程相关负载信息定义、信令交互流程等。该触发方式适用于视频等流量类业务占主导的无线资源不均衡场景，而当前移动互联网热点应用如手机即时通信、手机微博等为信令类业务，因此会制约其应用效果和应用范围。为此，本文在研究3GPP负载报告机制的基础上，提出了一种基于现行交互标准的，结合PRB占用率及激活用户占比的综合负载评估及交互技术方案。

2 MLB负载报告机制

3GPP定义的MLB功能框架如图1所示，功能模块包括负载报告模块、基于负载的切换模块、小区重选与切换参数自适应调整模块这3个部分[2]。每个功能模块是可选的，取决于MLB实现算法。其中，负载报告功能主要包括负载信息的定义及负载信息的交互等[3]。

2.1 负载信息定义

负载报告中交互的负载信息[3-4]包括：

（1）空口负载

以小区上行/下行的PRB占用率来衡量，包括上行/下行保证比特速率业务PRB占用率、上行/下行非保证比特速率业务PRB占用率以及上行/下行PRB总占用率。

（2）硬件负载

用以评估CPU和DSP等硬件资源的使用情况，包括上行/下行链路硬件负载，并用low、mid、high、overload这4个等级定性表示。

（3）传输负载

用以评估S1/X2接口带宽的使用情况，包括上行/下行链路传输层负载，并用low、mid、high、overload这4个等级定性表示。

（4）小区容量级别（Cell Capacity Class Value）

可用来归一化E-UTRAN、UTRAN和GERAN等3GPP范围内不同无线接入技术之间的小区容量，包括上行/下行小区容量级别，使其小区容量具有可比性，该项为可选项。

（5）小区综合可用容量指示[7]（Composite Available

Capacity Indicator）

上行/下行可用于负载均衡的小区容量与小区总容量的比值，可用来表示当前小区剩余的可用容量，包括上行/下行小区可用容量值。

综合可用容量指示采用Capacity Value和Cell Capacity

Class Value值（可选）来表示[5]，Capacity Value为整数值，范围为0～100。

2.2 负载信息交互

可靠、快速的邻区信息交互有助于跟踪网络中的负载变化。如果没有邻区的负载信息，严重过载小区可能盲目发起切换至任意邻区，切换请求被拒绝的可能性会很高，这将导致不必要的网络负载、不必要的流量控制时延以及次优的负载均衡判决等。

在LTE系统中，eNB（evolved Node B）使用Resource

Status Update（资源状态更新）流程并通过X2接互负载信息，信令基本流程如图2所示。

资源状态交互的过程[4-6]大概可以分为3个部分：

（1）资源状态报告请求

如图2（a）所示，eNB1向eNB2发送“Registration Request IE”值为“start”的“RESOURCE STATUS REQUEST”资源状态请求消息。eNB2收到该消息后，按照消息中的请求内容进行相关测量，包括空口负载、传输负载、硬件负载和综合可用容量等。

如果eNB2可以提供部分或全部测量内容，则向eNB1回复“RESOURCE STATUS RESPONSE”消息;否则向eNB1回复“RESOURCE STATUS FAIL”消息。

（2）资源状态报告周期更新

当eNB2向eNB1回复“RESOURCE STATUS RESPONSE”消息后，如图2（b）所示，eNB2将按照请求消息中“Reporting Periodicity”值周期性地向eNB1发送“RESOURCE STATUS UPDATE”消息，报告当前的资源状态。

（3）资源状态报告终止

当eNB2收到“Registration Request IE”值为“stop”的“RESOURCE STATUS REQUEST”消息后，将终止资源状态报告过程。

3 综合负载评估及交互方案

3.1 用户负载信息交互的必要性

一方面，根据《中国移动互联网发展状况调查报告》，目前移动互联网各类手机应用使用率中，交流沟通类应用和信息获取类应用领先。手机即时通信、手机网络新闻、手机搜索使用率最高，分别达到86.1%、73.3%和73%。

另一方面，移动互联网典型应用每小时在线时的信令交互次数和数据流量差异大，统计如表1所示。可见，即时通信QQ、天翼Live、炒股类应用等信令交互次数多，但单位时间流量很小;优酷视频、天翼空间等视频下载类应用则信令交互少但业务流量大。

综合来看，当前移动互联网应用如手机即时通信、炒股类等因为业务流量不大，对LTE系统资源PRB占用不是十分明显，更多是受因用户频繁信令交互激活而占用的用户RRC License数量限制。因此，在基于PRB负载触发的MLB功能中如果引入用户负载信息则更适合当前移动互联网应用的业务模型。

3.2 综合负载评估算法

在LTE系统中，eNB内激活用户数量受到RRC License配置数量的制约，因此可用eNB内的激活用户数与eNB配置的RRC License数量的比值作为空口用户数负载的评估量[9]，定义为激活用户占比（USERusage），即：

USERusage=eNB内的激活用户数/eNB内RRC License配置数量×100% （1）

小区综合可用容量指示采用Capacity Value信元承载，Capacity Value根据无线资源PRB占用率[10]和激活用户占比进行综合计算，公式如下：

Capacity Value=Max{（1CUSERusage）×100，

（1-PRBusage）×100} （2）

其中，USERusage为激活用户占比，PRBusage为PRB占用率。

3.3 综合负载交互及判断

源eNB小区使用RESOURCE STATUS UPDATE流程通过X2接口获取目标小区PRBusage和Capacity Value值后，再比较1CPRBusage和Capacity Value/100这2个值：

（1）如果1CPRBusage=Capacity Value/100，则表示传递的Capacity Value是PRB占用率，即当前目标小区PRB资源负荷更高、可供激活用户资源相对冗余。

（2）如果1CPRBusage≠Capacity Value/100，则表示传递的Capacity Value是激活用户占比，即当前目标小区激活用户数负荷高、PRB资源相对冗余。

这样，源小区即可获取目标小区的PRB资源和用户资源负荷情况，同时交互的信息内容又符合3GPP现有的规定。

当然，当Capacity Value是PRB占用率和激活用户占比的复合值后，因源小区会获取周边多个目标小区的Capacity Value值，这样就会存在一部分小区获取PRB负载情况，一部分小区是用户负载情况，这样在后续决策、转移相关UE策略时会更加复杂。

4 结束语

随着移动互联网业务的蓬勃发展和4G用户数的高速增长，热点小区用户移动体验受到考验，移动性负载均衡技术在提高无线资源利用效率、保障用户移动性体验方面的作用日益凸显。本文根据当前移动互联网业务模型特点，提出了一种基于现行交互标准的结合PRB及用户负载的综合负载评估及交互技术方案。随着移动互联网业务的变化，迫切需要负载测量项、交互信息、算法等与移动性负载均衡技术相关的技术随着移动互联网业务模型的发展而不断完善和标准化。

参考文献：

[1] Seppo Hamalainen， Henning Sanneck， Cinzia Sartori. LTE自组织网络（SON）：网络管理自动化提升运维效率[M]. 王健全，译. 北京： 机械工业出版社， 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系统小区间负载均衡及干扰协调技术的研究[D]. 西安： 西安电子科技大学， 2012.

[5] 刘志强. LTE移动负载均衡技术研究[D]. 合肥： 中国科学技术大学， 2011.

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

[7] 黄超. SON移动性负载均衡技术研究[D]. 西安： 西安电子科技大学， 2011.

[8] 中国电信集团公司. 中国电信移动互联网性能提升方法研究报告[R]. 2012.

[9] 中国电信集团公司. 中国电信LTE网络网管指标要求[Z]. 2014.

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