《電子技術(shù)應(yīng)用》
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LTE中負荷管理功能分析
摘要: 負荷管理是移動通信系統(tǒng)必備的功能,是無線資源管理RRM的重要組成部分,,它周期性的檢測系統(tǒng)的負荷狀況,,并根據(jù)負荷狀況劃分負荷等級,,根據(jù)不同的等級做出相應(yīng)的決策,提供恰當(dāng)合理的負荷處理解決方案,,盡量使系統(tǒng)保持在正常的負荷水平,。負荷管理也是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的重要手段。
Abstract:
Key words :
  0 引言

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

  正常情況下,,如果系統(tǒng)進行了恰當(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)負荷過載的發(fā)生的概率,。再進一步,,如果接納控制完全理想,系統(tǒng)就永遠不會出現(xiàn)負荷過載,。

  1 系統(tǒng)負荷過載發(fā)生的場景

  系統(tǒng)負荷過載發(fā)生的場景包括以下幾個方面:

  接納控制預(yù)估不準確  在接納控制過程,,用戶會分配無線、傳輸?shù)确矫娴馁Y源,。接納控制功能應(yīng)該正確評估申請資源的用戶的QoS特性及資源需求,,設(shè)置最佳的控制門限判決用戶是否能夠接入。但實際網(wǎng)絡(luò)中用戶傳輸業(yè)務(wù)時的信道特性很難準確預(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,,將很容易導(dǎo)致系統(tǒng)負荷過載。

  鄰區(qū)干擾的隨機性  在用戶或業(yè)務(wù)接入時,,在做基于干擾的接納控制時,,統(tǒng)計得到的鄰區(qū)干擾對于服務(wù)小區(qū)來說是一個統(tǒng)計平均值。但實際系統(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時刻,,可能導(dǎo)致系統(tǒng)或小區(qū)負荷瞬時過載。

  邊緣用戶功率提升  在下行鏈路,,分配給每個UE的發(fā)射功率都是基于UE所處位置及對應(yīng)的信道狀況的,,但有的時候大部分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)進行的功率提升,,在一定條件下會導(dǎo)致小區(qū)負荷過載,。

  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,,則會瞬時增加對系統(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,。如果此時系統(tǒng)空口剩余RB資源不足,,將會導(dǎo)致系統(tǒng)負荷過載。

  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要求同樣會導(dǎo)致原小區(qū)負荷過載。

  突發(fā)的隨機接入  在小區(qū)中,,隨機接人信道PRACH的數(shù)量是有限的,,而UE發(fā)起的隨機接入具有突發(fā)性和隨機性,并且這些隨機信號對于系統(tǒng)也是有干擾的,。所以,,當(dāng)UE突發(fā)發(fā)起的隨機接入過程的數(shù)量瞬時超過了小區(qū)內(nèi)PRACH信道容量,也會因為干擾的增加導(dǎo)致系統(tǒng)負荷過載,。

  2 負荷管理功能引入

  當(dāng)系統(tǒng)負荷過載時,,如果不采取有效措施降低系統(tǒng)的負荷,會導(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RRM功能提出負荷管理的需求,,即RRM所定義的負荷管理功能應(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)負荷值。

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

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  3 負荷管理功能分析

  3.1 負荷過載識別

  系統(tǒng)一旦準備就緒,,隨著UE的接入,,就會有相應(yīng)的負荷,所以負荷過載識別應(yīng)該是周期性的,,伴隨著整個系統(tǒng)的生命周期,。

  負荷過載識別的關(guān)鍵是利用什么參量來合理評價系統(tǒng)負荷以及檢測負荷過載的方法。

  下面簡要分析幾種評估系統(tǒng)負荷的參量及檢測方法,。

  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使用率評估系統(tǒng)負荷情況,。即設(shè)定關(guān)于CPU,,DSP一定的使用率門限,當(dāng)檢測到CPU,,DSP的使用率超過這個門限時,,則判定系統(tǒng)負荷過載。

  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估系統(tǒng)的負荷情況,。

  (1)基于發(fā)射功率的負荷評估

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

  (2)基于干擾的負荷評估

  系統(tǒng)負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)實際測得的基于干擾的負荷因子值高于預(yù)定義的門限值時,,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)量的負荷情況,如果系統(tǒng)吞吐量過高,,說明系統(tǒng)處理的負荷過重,。吞吐量可從上下行兩個方向評估,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行比較,,如果在任何一個方向上的吞吐量值高于系統(tǒng)預(yù)定義的吞吐量門限值,,則認定為系統(tǒng)負荷負載。

  3.2 負荷過載解決

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

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

  3.2.1 得到用戶負荷操作優(yōu)先級

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

  3.2.2 負荷處理(包括負荷降低策略和負荷恢復(fù)策略)

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

  (1)負荷過載處理(降負荷)的方法和措施

  可考慮將系統(tǒng)的負荷設(shè)置兩個過載門限:負荷輕載門限和負荷重載門限,。負荷重載門限大于等于負荷輕載門限。當(dāng)系統(tǒng)中的負荷高于負荷輕載門限時,,可以采取一些溫和措施降低小區(qū)中的負荷,,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)負荷,,且系統(tǒng)的負荷高于負荷重載門限,,那么,可以采取較為嚴厲的措施來迅速降低系統(tǒng)負荷,,比如掉話,、接納禁止等。

  負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)強制掉話,、限制或降低業(yè)務(wù)流量、接納拒絕,、小區(qū)間負荷均衡,、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)負荷處理(負荷恢復(fù))的方法和措施

  負荷恢復(fù)也要設(shè)定不同的門限,,通過對發(fā)生負荷過載的小區(qū)進行恢復(fù)檢測,,把得到的負荷結(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)間的負荷過載,。負荷恢復(fù)措施也需要考慮根據(jù)負荷恢復(fù)檢測結(jié)果確定負荷恢復(fù)等級,并與降負荷措施相對應(yīng),,采取不同的恢復(fù)處理,。

  相對于負荷過載解決,,負荷恢復(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

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



 

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