LTE中負(fù)荷管理功能分析

　　任何移動(dòng)通信系統(tǒng)都有一個(gè)可用相關(guān)參量的值來表示的系統(tǒng)負(fù)荷門限值，LTE也不例外。如果系統(tǒng)實(shí)際的負(fù)荷值超過了這個(gè)負(fù)荷門限值，則判定系統(tǒng)處于負(fù)荷過載狀態(tài)。

　　正常情況下，如果系統(tǒng)進(jìn)行了恰當(dāng)?shù)囊?guī)劃，并且RRM中的接納控制等算法都正常且高效工作，則可以大大降低系統(tǒng)負(fù)荷過載的發(fā)生的概率。再進(jìn)一步，如果接納控制完全理想，系統(tǒng)就永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷過載。

　　1 系統(tǒng)負(fù)荷過載發(fā)生的場(chǎng)景

　　系統(tǒng)負(fù)荷過載發(fā)生的場(chǎng)景包括以下幾個(gè)方面：

　　接納控制預(yù)估不準(zhǔn)確  在接納控制過程，用戶會(huì)分配無線、傳輸?shù)确矫娴馁Y源。接納控制功能應(yīng)該正確評(píng)估申請(qǐng)資源的用戶的QoS特性及資源需求，設(shè)置較佳的控制門限判決用戶是否能夠接入。但實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中用戶傳輸業(yè)務(wù)時(shí)的信道特性很難準(zhǔn)確預(yù)估，當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)真正調(diào)度用戶所需要的資源大于接納預(yù)估的資源時(shí)，將很容易導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷過載。

　　鄰區(qū)干擾的隨機(jī)性  在用戶或業(yè)務(wù)接入時(shí)，在做基于干擾的接納控制時(shí)，統(tǒng)計(jì)得到的鄰區(qū)干擾對(duì)于服務(wù)小區(qū)來說是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。但實(shí)際系統(tǒng)中鄰小區(qū)的干擾不可能總是恒定，在鄰小區(qū)干擾變化非常大的某個(gè)時(shí)刻，可能導(dǎo)致系統(tǒng)或小區(qū)負(fù)荷瞬時(shí)過載。

　　邊緣用戶功率提升  在下行鏈路，分配給每個(gè)UE的發(fā)射功率都是基于UE所處位置及對(duì)應(yīng)的信道狀況的，但有的時(shí)候大部分UE可能都處于小區(qū)邊緣的惡劣信道狀態(tài)下，而小區(qū)中總的下行發(fā)射功率是一定的，因此，對(duì)處于小區(qū)邊緣惡劣信道條件下的相關(guān)UE或業(yè)務(wù)進(jìn)行的功率提升，在一定條件下會(huì)導(dǎo)致小區(qū)負(fù)荷過載。

　　業(yè)務(wù)速率變化  由于系統(tǒng)支持可變速率傳輸，處于基站附近信息狀況良好的用戶如果突然提高傳輸速率，則會(huì)瞬時(shí)增加對(duì)系統(tǒng)資源的使用需求。從空口來看，則需要占用更多的空口資源去調(diào)度以滿足業(yè)務(wù)的OoS要求。如果此時(shí)系統(tǒng)空口剩余RB資源不足，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷過載。

　　切換失敗  在基于覆蓋的切換過程中，由于具有一定OoS要求的UE目標(biāo)小區(qū)資源不夠被拒絕而發(fā)生切換失敗，致使UE依然以連接態(tài)處于原服務(wù)小區(qū)，則UE相關(guān)業(yè)務(wù)的QoS要求同樣會(huì)導(dǎo)致原小區(qū)負(fù)荷過載。

　　突發(fā)的隨機(jī)接入  在小區(qū)中，隨機(jī)接人信道PRACH的數(shù)量是有限的，而UE發(fā)起的隨機(jī)接入具有突發(fā)性和隨機(jī)性，并且這些隨機(jī)信號(hào)對(duì)于系統(tǒng)也是有干擾的。所以，當(dāng)UE突發(fā)發(fā)起的隨機(jī)接入過程的數(shù)量瞬時(shí)超過了小區(qū)內(nèi)PRACH信道容量，也會(huì)因?yàn)楦蓴_的增加導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷過載。

　　2 負(fù)荷管理功能引入

　　當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷過載時(shí)，如果不采取有效措施降低系統(tǒng)的負(fù)荷，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的性能急劇變差甚至引起系統(tǒng)崩潰。這就自然對(duì)RRM功能提出負(fù)荷管理的需求，即RRM所定義的負(fù)荷管理功能應(yīng)能使系統(tǒng)迅速且可控的回歸到網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃所定義的目標(biāo)負(fù)荷值。

　　對(duì)于負(fù)荷管理功能來說，主要實(shí)現(xiàn)兩方面的內(nèi)容：即負(fù)荷過載識(shí)別和負(fù)荷過載解決。其功能組成如圖1所示。

　　3 負(fù)荷管理功能分析

　　3．1 負(fù)荷過載識(shí)別

　　系統(tǒng)一旦準(zhǔn)備就緒，隨著UE的接入，就會(huì)有相應(yīng)的負(fù)荷，所以負(fù)荷過載識(shí)別應(yīng)該是周期性的，伴隨著整個(gè)系統(tǒng)的生命周期。

　　負(fù)荷過載識(shí)別的關(guān)鍵是利用什么參量來合理評(píng)價(jià)系統(tǒng)負(fù)荷以及檢測(cè)負(fù)荷過載的方法。

　　下面簡(jiǎn)要分析幾種評(píng)估系統(tǒng)負(fù)荷的參量及檢測(cè)方法。

　　3．1．1 基于eNB系統(tǒng)的硬件資源如CPU，DSP的使用率

　　系統(tǒng)中每接入一個(gè)用戶或業(yè)務(wù)，都要占用一定的CPU，DSP等硬件資源的開銷，所以可以根據(jù)CPU，DSP使用率評(píng)估系統(tǒng)負(fù)荷情況。即設(shè)定關(guān)于CPU，DSP一定的使用率門限，當(dāng)檢測(cè)到CPU，DSP的使用率超過這個(gè)門限時(shí)，則判定系統(tǒng)負(fù)荷過載。

　　3．1．2 基于干擾和功率

　　LTE和CDMA系統(tǒng)類似，也是一個(gè)軟容量系統(tǒng)，在上行體現(xiàn)為干擾受限，在下行體現(xiàn)為發(fā)射功率受限，所以可以基于干擾和功率來評(píng)估系統(tǒng)的負(fù)荷情況。

　　(1)基于發(fā)射功率的負(fù)荷評(píng)估

　　下行的負(fù)荷決定于下行總的發(fā)射功率Ptotal，則下行負(fù)荷因子可以定義為當(dāng)前總的發(fā)射功率Ptotal和系統(tǒng)允許的較大下行發(fā)射功率Pmax之比。當(dāng)實(shí)際測(cè)得的基于發(fā)射功率的負(fù)荷因子值高于預(yù)定義的門限值時(shí)，可判定系統(tǒng)為下行過載。

　　(2)基于干擾的負(fù)荷評(píng)估

　　系統(tǒng)負(fù)荷因子定義為來自本小區(qū)和鄰小區(qū)的總干擾功率之和與總帶寬干擾之比。假設(shè)本小區(qū)干擾功率為Iown，其他小區(qū)干擾功率為Ioth，背景噪聲為Po，則系統(tǒng)負(fù)荷因子可以表示為Iown與Ioth的和與Po，Iown，Ioth三者的和之比。當(dāng)實(shí)際測(cè)得的基于干擾的負(fù)荷因子值高于預(yù)定義的門限值時(shí)，可判定系統(tǒng)為上行過載。

　　3．1．3 基于吞吐量

　　從系統(tǒng)中所有業(yè)務(wù)的吞吐量可以知道當(dāng)前系統(tǒng)業(yè)務(wù)量的負(fù)荷情況，如果系統(tǒng)吞吐量過高，說明系統(tǒng)處理的負(fù)荷過重。吞吐量可從上下行兩個(gè)方向評(píng)估，上行總的吞吐量為所有業(yè)務(wù)上行吞吐量之和，下行總的吞吐量為所有業(yè)務(wù)下行吞吐量之和。根據(jù)測(cè)量得到的上下行吞吐量值，與系統(tǒng)預(yù)定義的吞吐量門限值進(jìn)行比較，如果在任何一個(gè)方向上的吞吐量值高于系統(tǒng)預(yù)定義的吞吐量門限值，則認(rèn)定為系統(tǒng)負(fù)荷負(fù)載。

　　3．2 負(fù)荷過載解決

　　負(fù)荷過載解決，就是根據(jù)負(fù)荷過載識(shí)別的結(jié)果，確定系統(tǒng)的負(fù)載狀況，并根據(jù)負(fù)載狀況，采取相應(yīng)措施降低系統(tǒng)的負(fù)荷。并在系統(tǒng)處于輕負(fù)荷時(shí)，采取相應(yīng)的負(fù)荷回復(fù)措施。

　　在實(shí)際中，可以采取很多種方法使系統(tǒng)從負(fù)荷過載的狀態(tài)中轉(zhuǎn)移出來，但無論采用什么類型的負(fù)荷過載方法，都涉及到得到用戶負(fù)荷操作優(yōu)先級(jí)和負(fù)荷處理兩方面內(nèi)容。

　　3．2．1 得到用戶負(fù)荷操作優(yōu)先級(jí)

　　把服務(wù)的用戶按照QoS從高到低進(jìn)行排序，具有高QoS要求的用戶具有較高優(yōu)先級(jí)，而那些對(duì)傳輸時(shí)延和速率都不敏感的用戶則具有較低的優(yōu)先級(jí)。在衡量用戶的優(yōu)先級(jí)時(shí)，把不同的QoS參數(shù)，如傳輸速率、傳輸時(shí)延等作為輸入，然后根據(jù)輸出值的大小對(duì)用戶排序，得到在處理系統(tǒng)負(fù)荷過載時(shí)操作用戶的優(yōu)先級(jí)。

　　3．2．2 負(fù)荷處理(包括負(fù)荷降低策略和負(fù)荷恢復(fù)策略)

　　當(dāng)檢測(cè)出系統(tǒng)負(fù)荷過載時(shí)，需要采取多種方法降低用戶對(duì)于系統(tǒng)資源的占用，從而降低系統(tǒng)負(fù)荷。當(dāng)檢測(cè)出系統(tǒng)負(fù)荷已有效降低，則需要視情況決定是否執(zhí)行負(fù)荷恢復(fù)措施。

　　(1)負(fù)荷過載處理(降負(fù)荷)的方法和措施

　　可考慮將系統(tǒng)的負(fù)荷設(shè)置兩個(gè)過載門限：負(fù)荷輕載門限和負(fù)荷重載門限。負(fù)荷重載門限大于等于負(fù)荷輕載門限。當(dāng)系統(tǒng)中的負(fù)荷高于負(fù)荷輕載門限時(shí)，可以采取一些溫和措施降低小區(qū)中的負(fù)荷，比如忽略功率提升命令等。如果采取溫和措施后沒有有效降低系統(tǒng)負(fù)荷，且系統(tǒng)的負(fù)荷高于負(fù)荷重載門限，那么，可以采取較為嚴(yán)厲的措施來迅速降低系統(tǒng)負(fù)荷，比如掉話、接納禁止等。

　　負(fù)荷過載處理考慮有以下措施：廣播參數(shù)修改、選擇UE或業(yè)務(wù)強(qiáng)制掉話、限制或降低業(yè)務(wù)流量、接納拒絕、小區(qū)間負(fù)荷均衡、調(diào)整調(diào)度策略、調(diào)整小區(qū)切換門限、調(diào)整小區(qū)選擇重選門限、忽略功率提升命令等。

　　(2)負(fù)荷處理(負(fù)荷恢復(fù))的方法和措施

　　負(fù)荷恢復(fù)也要設(shè)定不同的門限，通過對(duì)發(fā)生負(fù)荷過載的小區(qū)進(jìn)行恢復(fù)檢測(cè)，把得到的負(fù)荷結(jié)果與設(shè)定的門限值比較，如果低于設(shè)定的門限值，則說明系統(tǒng)已消除了本區(qū)間的負(fù)荷過載。負(fù)荷恢復(fù)措施也需要考慮根據(jù)負(fù)荷恢復(fù)檢測(cè)結(jié)果確定負(fù)荷恢復(fù)等級(jí)，并與降負(fù)荷措施相對(duì)應(yīng)，采取不同的恢復(fù)處理。

　　相對(duì)于負(fù)荷過載解決，負(fù)荷恢復(fù)處理有以下措施可以選擇：恢復(fù)廣播參數(shù)修改、停止選擇UE或業(yè)務(wù)強(qiáng)制掉話、恢復(fù)限制或降低業(yè)務(wù)流量、恢復(fù)接納拒絕、停止小區(qū)間負(fù)荷均衡、恢復(fù)調(diào)整調(diào)度策略、恢復(fù)調(diào)整小區(qū)切換門限、恢復(fù)調(diào)整小區(qū)選擇重選門限、正常執(zhí)行功率提升命令等。

　　4 結(jié)論

　　負(fù)荷管理是移動(dòng)通信系統(tǒng)必備的功能，是無線資源管理RRM的重要組成部分，它周期性的檢測(cè)系統(tǒng)的負(fù)荷狀況，并根據(jù)負(fù)荷狀況劃分負(fù)荷等級(jí)，根據(jù)不同的等級(jí)做出相應(yīng)的決策，提供恰當(dāng)合理的負(fù)荷處理解決方案，盡量使系統(tǒng)保持在正常的負(fù)荷水平。負(fù)荷管理也是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的重要手段。

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