4G密集业务区的移动性负载平衡应对策略
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【摘要】 由于4g业务发展的不均衡性，必然带来4G密集业务区的网络移动性负载的不均衡性，本文通过对移动性负载优化的背景入手，剖析移动性负载不平衡的原因，给出了不同网络配置下的移动性负载平衡应对策略，为提升网络资源利用率，优化网络质量，改善用户感知有实际的指导意义和参考价值。
【关键词】 4G 密集业务区 移动性负载平衡
一、移动性负载优化的背景
4G业务的特性，决定了用户发展的不均匀性，同时由于CBD、校园、工厂、交通枢纽等密集用户聚集区的业务发展，必然导致了4G网络资源投入的区域不均衡性，如何进行资源的最大化合理利用，实现移动性负载的相对平衡，减少网内干扰，提升网络运行质量，同时提供给用户卓越的使用感知，是4G网络优化，特别是4G密集业务区的优化工作需要重点考虑的课题。
二、移动性负载不平衡的原因剖析
移动性负载主要包括空口负载、传输负载和硬件负载三个方面。在4G网络中，空口负载通过以小区上下行的PRB利用率来衡量，传输负载通过系统评估S1接口带宽的使用情况来进行衡量，硬件负载指的是eNodeB基站中CPU和DSP等硬件资源的使用情况。
以上三个方面的负载描述，其中传输负载和硬件负载可以通过常规的扩容操作来完成，而且一旦完成扩容等优化工作，后续优化工作较少，几乎可以一劳永逸。因此，相对来说，空口负载是一个较为负载和动态调整的优化工作，也是相对较为困难的优化操作，因此本重点讨论。
移动性负载不平衡的原因，总结下来，主要有以下5个方面：
（1）规划的相对完美性。我们通过规划软件，采用相近似的无线传播模型，都是采用了相对模拟的办法来规划网络基站的布局，这种先天的相对完美性，导致了移动性负载不均衡性的绝对性。
（2）基站布局不合理性。站址的最终获取与前期的完美规划，总是存在现实的差距。基站布局的不合理性，直接导致话务吸收的差异性，进而导致小区间移动性负载的不均衡性。
（3）天馈优化的局限性。鉴于4G站点大量采用与2G3G基站同点布局，天线布局空间受限，多采用共天线的方式建站，必然导致天线的布局与业务发展存在相对制约的局面，这也将导致移动性负载的不平衡。
（4）业务发展不平衡性。4G业务属于相对高端的业务，区域经济发展的不均衡性直接带来的是业务发展的不均衡性，业务发展的不均衡性将直接反应在小区间的移动性负载不均衡性。
（5）客户习惯的差异性。移动互联网的发展更快更深的潜入到新年一代中，OTT业务、B2C和 C2C消费习惯，更容易在学校、工厂等区域呈爆炸式的蔓延，这种消费习惯的差异性也将直接反应到小区移动性负载的问题上。
三、移动性负载平衡的可为空间
从上述的分析中，不难总结出应对移动性负载不平衡性的可为之处。
例如，我们可以采用更加先进的软件提升规划的精度；我们可以在站址的获取匹配度上，要求相关部门更加的严格；我们可以尽可能多的要求4G基站天线单独布放；我们可以采用更多的RF调整工作，来控制覆盖来平衡小区间的移动性负载的均衡性。
但是，我们不能改变的是经济发展的不均衡性，不能改变的是客户习惯的差异性，这些原因带来的移动性负载的不均衡性，在城市CBD、在学校、在工厂、在城中村、在交通枢纽等等，都讲必然长期存在，当网络规划建设和工程优化都全部做完，剩下可做的才是网优人价值的体现。
因此，接下来重点讨论的是相关算法和策略的组合实现，来成功应对4G密集区域业务发展的不均衡性。
四、移动性负载平衡的应对策略
4.1移动性负载平衡的概念
移动性负载平衡是通过判断本小区的负载高低，进行小区间负载信息的交互，将负载从较为繁忙的小区转移到剩余资源较多的小区，这样协调了同系统或者异系统小区之间的负载分布，实现了网络资源利用最大化，有利于提升业务的接入成功率，改善用户感知。
4.2移动系统负载控制关系
在系统负载监测中，通过对系统上下行资源利用监测、传输资源的监测、硬件资源利用的监测等方式，实时监控系统负载的情况，并采用系统准入控制、拥塞控制和负载均衡等算法，保障系统资源利用的最大合理化。系统负载的算法在整个系统负载监测的位置如下图1所示。
LTE系统负载平衡又分为空口负载、eNodeB硬件负载和传输负载，本文重点讨论空口负载的均衡策略研究。
4.3负载转移的应用场景
LTE系统负载转移，从终端所在的小区的角度来区分的话，可以分为同频邻区场景、异频邻区场景和异系统邻区场景。
如果当前小区拥有同频邻区、异频邻区和异系统邻区，三重场景都存在的情况下，服务当前小区根据系统事先，通过异频邻区实现系统的负载转移时首选策略，具体场景也可以配置的开关和门限开关进行选择。一般来说根据实际情况选择负载转移的目标场景。
4.4移动性负载平衡的主要流程
LTE系统负载平衡主要流程如下图所示：
1）负载测量和评估
eNodeB周期性测量小区GBR业务和Non-GBR业务所占资源情况，根据测量情况评估小区负载。
2）负载信息的交互
当小区负载平衡开关开启，小区负载达到负载平衡触发条件后，小区向满足条件的邻区发起负载交互请求，与邻区进行负载信息的交互。
3）负载平衡决策
同频和异频负载平衡将根据服务小区和目标邻区之间的负载差距和切换性能进行判断，选择出最优目标小区。异系统负载分担将根据终端的能力、业务信息和SPID（Subsciber Profile ID ）决定是切换到那个异系统，然后根据邻区信息确定负载平衡的目标小区。
4）负载平衡执行
在确定了负载平衡的目标小区之后，服务小区选择部分终端进行负载转移，其移动手段包含切换和小区重选，如果终端能力不支持异系统切换，则可以通过重定向转移。
5）性能监测与调整
负载平衡执行后，监测服务小区和目标邻区的性能，作为下一轮进行负载平衡的目标小区删选的依据。
图2 4G移动性负载平衡算法流程图
4.5同频负载平衡策略
同频负载平衡策略又分为连接态的负载平衡和空闲态的负载平衡。其中对于连接态终端，选择合适的边缘UE切换到同频邻小区中，达到转移负载的目的，并通过小区间干扰协调修改小区的特定偏置来避免终端的乒乓切换.空闲态的负载平衡是通过控制UE驻留小区来实现的，避免潜在的空闲态UE在业务激活后会引起的负载不平衡。
同频负载平衡通过修改切换/重选的参数，让边缘的部分UE更容易切换/重选到邻区，具体如下：
同频切换的条件：Mn+Ofn+Ocn-Hys>Ms+Ofs+Ocs+Off 其中Ocn为主要调节参数
同频小区的重选条件：Qmeas，n-Qoffset>Qmeas，s+Qhyst，其中Qoffset为主要调节参数
Ocn为邻区的特定小区偏置，Qoffset为邻区的偏置值。
负载测量与评估。eNodeB周期性对小区所占资源进行统计，将结果与负载门限进行对比。如果本小区的空口负载持续达到负载平衡门限与负载偏置之和，则触发负载交互。GBR业务比Non-GBR业务优先级高，GBR业务负载均衡会优先判决触发。
负载信息交互。服务小区向候选目标邻区发起负载状态请求，与邻区进行负载信息的交互，异站邻区通过X2接口进行负载的信息交互。其中邻区的选取原则如下：虽然负载平衡将所有同频邻区作为候选目标小区，但是对于要进行负载信息交互的小区要进行一定的筛选，例如需要剔除没有X2接口的小区，剔除历史切换性能不佳的小区（通常来讲指的是切换成功率低于99%的小区），得到需要进行信息交互的小区列表。若所有邻区都是同站邻区，则直接可以获取邻区的负载状态，进行负载平衡决策过程；如果是异站邻区，则需要通过X2接口与异站进行负载信息的交互，从而或得到邻区的负载状态信息。
负载平衡决策。在完成负载信息交互后，服务小区获得初始的目标小区列表，但是需要再完成一次删选过程，主要对以下5种因素的小区进行剔除：
a）上一次小区特定偏置没有调节成功，或者因为性能变差而回退的。
b）服务小区与该小区的负载差小于负载差门限
c）目标小区的S1状态或者硬件状态为高负载或者超负载的。
d）与服务小区的切换性能较差的小区
e）同服务小区重叠区域没有边缘UE的邻区
在将上述小区进行删除之后，剩余的小区分为三类，然后从中选择一个最优的目标小区。三类的分类原则如下：
第一类：上下行的负载都低于负载平衡门限
第二类：上行或者下行负载超过负载平衡门限
第三类：上下行的负载都高于负载平衡门限
按照优先级顺序，进行选择最优小区。
负载平衡执行。在选定负载平衡的目标小区之后，分别对连接态和空闲态的UE进行操作，具体如下：修改CIO让服务小区中处于连接态的边缘UE更容易切换出去，为了避免乒乓切换，服务小区和目标小区的CIO需要同时修改；更加成功修改的CIO，eNodeB修改小区的Qoffset，下发至处于空闲态的UE，根据同频小区重选规则，进行小区重选。
4.6异频负载平衡策略
异频负载平衡时通过将一些连接态的UE转移到异频邻区，实现负载的转移，从而达到异频邻区之间的负载平衡。
异频负载测量与评估。eNodeB周期性对小区所占资源进行统计，将结果与异频负载门限进行对比。如果本小区的空口负载持续达到异频负载平衡门限与负载偏置之和，则触发负载交互。GBR业务比Non-GBR业务优先级高，GBR业务负载均衡会优先判决触发。
异频负载信息交互。如果本基站内存在异频小区，则系统将只会做站内异频负载的平衡，服务小区直接获取站内异频小区的负载信息，无线通过X2接互获取，当基站内不存在异频的邻区，服务小区向候选小区发起负载状态请求，与邻区进行负载信息的交互。具体邻区的选择同于上述同频邻区。
异频负载平衡决策。在完成负载信息交互后，服务小区获得初始的目标小区列表，但是需要再完成一次删选过程，主要对以下3种因素的小区进行剔除：
a）服务小区与该小区的负载差小于负载差门限
b）目标小区的S1状态或者硬件状态为高负载或者超负载的。
c）与服务小区的切换性能较差的小区
异频负载平衡执行。异频负载平衡转移的对象为连接态的UE，根据目标小区的信息以及UE的频点支持能力、占用PRB资源情况来选择一定数量的UE来对这些邻区进行测量，根据UE上报的测量结果，对满足切换条件的UE进行异频切换。
4.7异系统负载平衡策略
由于各种原因，我们现在的网络布局难免出现多个系统叠加的情况，例如：LTE-FDD LTE-TDD TD-SCDMA等多个网络并存的布局情况。异系统负载平衡策略是基于LTE网络优先驻留的空闲态重选策略，在LTE小区负载过高时，不经过负载信息的交互，直接对异系统邻区进行负载的分担。
异系统负载测量与评估。eNodeB周期性对小区所占资源进行统计，将结果与负载门限进行对比。如果本小区的空口负载持续达到异系统负载平衡门限与负载偏置之和，且小区上行同步态用户数达到异系统负载平衡用户数门限后，则触发异系统负载平衡算法。GBR业务比Non-GBR业务优先级高，GBR业务负载均衡会优先判决触发。
异系统负载平衡决策。当有多个异系统邻区满足启动异系统负载平衡的条件时，则根据UE的能力确定切换至哪种系统，具体切换至哪个系统，可自行在网管配置。
异系统负载平衡执行。异系统负载平衡的执行分为连接态和空闲态，针对连接态的UE，eNodeB根据UE 能力和SPID，以及目标小区信息，选择候选的UE，进行异系统邻区的测量，根据测量结果确定最终切换的UE，如果UE能力不支持异系统转移，则会通过重定向来进行转移；针对空闲态UE，通过在RRC Release消息中携带Dedicated Priority让部分RRC正常释放的UE优先驻留在LTE邻区，同时按一定的概率选择部分RRC释放用户优先驻留在LTE邻区。
4.8相关参数说明（以中兴设备为例）
负载平衡相关参数
负载平衡相关参数
参数名 中文名 功能描述 配置建议
LoadManagementTDD 负荷管理对象 ID 该参数表示小区的本地标识，在本基站范围内唯一标识一个小区。 配置值为：1～9999，现网默认值为：1。
lbSwch 负荷均衡算法开关 小区负荷均衡算法开关，它决定了本eNB是否使用负荷均衡功能，以及选择采用盲切换的方式还是采用基于事件测量的切换方式。 配置值为：0、1、2，设置为0时：算法关闭；设置为1时：算法打开，采用盲切换的方式；设置为2时：算法打开，采用基于事件测量的切换方式。现网默认值为0。在布网初期，用户数量较少，负荷较轻，无需开启此功能。
lcSwch 负荷控制算法开关 负荷控制算法开关，它决定了本eNB是否使用负荷控制功能。 配置值为：0、1，设置为0时：算法关闭；设置为1时：算法打开。现网默认值为0。在布网初期，用户数量较少，负荷较轻，无需开启此功能。
interCLBSwitch 异频/异系统驻留负荷均衡算法开关 异频/异系统驻留负荷均衡算法开关，它决定了异频/异系统小区容量在达到一定的容量时，开启异频/异系统驻留负荷均衡算法开关。 配置值为：0、1、2，设置为0时：算法关闭；设置为1：算法打开，采用通用策略；设置为2：算法打开，采用WCP策略。现网默认值为0。
interManuLBSwch 跨厂商设备负荷均衡功能开关 跨厂商设备负荷均衡功能开关，它决定了本eNB到达一定容量时，开启跨厂商设备负荷均衡功能开关。 配置值为：0、1，设置为0时：算法关闭；设置为1时：算法打开。现网默认值为0。在江门区域布网初期，只采用中兴设备，且边界地区用户数量较少，负荷较轻，无需开启此功能。
intraLBFreqPriorSwch Intra-LTE负荷均衡频点优先级策略开关 Intra-LTE负荷均衡频点优先级策略开关，它决定了eNB内小区优先级别高的频点容量在达到一定的容量时，开启Intra-LTE负荷均衡频点优先级策略开关。 配置值为：0、1、2，设置为0时：算法关闭；设置为1：算法打开，采用通用策略；设置为2：算法打开，采用WCP策略。现网默认值为0。
gbrCompressLCSwch 基于GBR降速的负荷控制使能开关 基于GBR降速的负荷控制使能开关，它决定了本eNB在达到满容量时，开启GBR降速的负荷控制使能开关。 配置值为：0、1，设置为0时：算法关闭；设置为1时：算法打开。现网默认值为0。在布网初期，用户数量较少，负荷较轻，无需开启此功能。
prbLBExeThrdNZUl 上行跨厂商无线负荷均衡执行门限 上行跨厂商无线负荷均衡执行门限，它决定了本eNB上行容量在达到规定的容量值时，就执行此功能。 现网上行跨厂商无线负荷均衡执行门限（%）为70。
prbLBExeThrdNZDl 下行跨厂商无线负荷均衡执行门限 下行跨厂商无线负荷均衡执行门限，它决定了本eNB下行容量在达到规定的容量值时，就执行此功能。 现网下行跨厂商无线负荷均衡执行门限（%）为70。
ldPreestimSwch 邻区负荷预估功能使能开关 邻区负荷预估功能使能开关，它决定了小区容量在达到一定的容量时，开启邻区负荷预估功能使能开关。 配置值为：0、1，设置为0时：算法关闭；设置为1时：算法打开。现网默认值为0。在布网初期，用户数量较少，负荷较轻，无需开启此功能。
clbExeThrd 异频/异系统无线驻留负荷均衡执行门限 异频/异系统无线驻留负荷均衡执行门限，它决定了异频/异系统小区容量在达到规定的容量值时，就执行此功能。 现网异频/异系统无线驻留负荷均衡执行门限（%）为70。
表1 负载平衡相关参数
五、结束语
本文对4G密集业务区移动性负载不平衡原因进行了深入分析，对通过同频小区、异频小区和异系统小区等多种移动性负载算法进行了详细的介绍，对不同网络配置下的负载均衡策略提供了具体的操作指引。
为减少网内干扰，改善网络运行质量，同时提供给用户卓越的使用感知提供了优化操作方法，具有较高的指导意义和参考价值。
参考文献
无
[作者简介]