CN101754279A - 一种保证实时类业务服务质量的负载均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保证实时类业务服务质量的负载均衡方法，特征是在负载均衡过程中，服务基站根据用户承载业务的业务等级指示执行业务迟滞参数影射并定义其取值范围，使不同用户具有不同的触发切换判决。本发明提出的保证实时类业务服务质量的负载均衡方法，通过考虑业务特征，尽量切换非保证比特率业务用户，避免保证比特率业务用户的切换，能够提高系统中满意实时类业务用户的比例，同时降低了移动负载均衡带来的切换次数。

Description

一种保证实时类业务服务质量的负载均衡方法

技术领域

本发明属于长期演进(LTE-A)系统网络优化技术领域，特别涉及自优化网络中移动负载均衡方法。

背景技术

在《第三代合作伙伴计划协议》(3GPP)的长期演进(LTE-A)技术报告36.902(TR36.902)中，移动负载均衡(MLB)已经被定义为自优化网络中重要功能之一。负载均衡的目的是当小区负载超过门限值时，通过切换操作将重负载小区中部分负载转移到轻负载的邻小区中，实现小区间负载均衡，从而优化网络性能。

负载均衡通过降低重负载小区中用户的切换门限，将其部分用户切换到轻负载邻小区中。这种基于负载均衡的切换会对业务体验带来三个问题：一是由于切换引起的时延增加造成保证比特速率(GBR)用户业务体验下降；二是负载均衡触发的大量用户的切换会带来很高的信令开销；三是由于切换门限的降低会使用户切换到质量较差的邻小区，引起链路连接失败。

由负载均衡带来的问题对于不同的业务影响不同。非保证比特速率(NonGBR)承载的业务数据速率高，对时延不敏感，是造成网络拥塞的主要原因。切换带来的时延对于该类业务用户是可以容忍的，同时该类业务用户的切换能够显著降低重负载小区的负载量。GBR承载的业务速率低但对时延敏感。强制切换GBR业务不会显著降低系统负载量，同时切换还会导致该业务的时延性能恶化。

《国际电子与电气工程师协会移动计算》(IEEE Transactions on Mobile Computing，Vol.7，No.12，Dec.2008，pp.1504-1518.)从数学的角度对已由负载均衡方法进行总结，并给出相应的闭式表达，但是它没有考虑负载均衡对不用业务影响的差异，在负载均衡过程中不能保证用户的服务质量(QoS)。

发明内容

本发明的目的是提出一种保证实时类业务服务质量的负载均衡方法，以降低负载均衡对实时类业务用户体验的影响，同时实现小区间负载均衡，减少移动负载均衡(MLB)带来的切换次数。

本发明保证实时类业务服务质量的负载均衡方法，包括先由服务基站(SeNB)测量本小区的物理资源块(PRB)使用率，并与设定的门限值作比较后作出判断：如果物理资源块使用率小于门限值，则继续测量物理资源块使用率；否则，判定该小区为重负载小区，执行以下负载均衡操作：

服务基站与邻小区基站通过基站间接口或基站与网关间接口交互负载信息，选择切换用户和目的邻小区；服务基站将被选择的切换用户切换到目的邻小区，转移服务小区的业务负载到目的邻小区；

其特征在于：

所述选择切换用户和目的邻小区的操作为：服务基站根据用户承载业务的服务质量需求配置业务等级指示(QCI)，执行业务迟滞参数影射；服务基站检测用户的触发切换判决；

所述执行业务迟滞参数影射的操作为：

如果用户使用一种业务，服务基站根据其业务等级指示(QCI)影射到一个业务迟滞参数(H_QCI)；如果用户同时使用多种业务，服务基站将服务质量需求最高的业务等级指示(QCI)影射到一个业务迟滞参数(H_QCI)，服务基站根据用户的质量等级指示(QCI)以及邻小区专属偏移量(Ocn)和事件专属迟滞量(Hys)确定相应的业务迟滞参数(H_QCI)的取值范围为：

对于固定比特速率(GBR)业务用户：H_QCI∈[Ocn-Hys，Ocn]；

对于非保证比特速率(NonGBR)业务用户：H_QCI∈(-∞，Ocn]；

所述服务基站检测用户的触发切换判决的操作为：

用户测量上报的邻小区测量参数(Mn)与邻小区频率专属偏移量(Ofn)及邻小区专属偏移量(Ocn)之和减去事件专属迟滞量(Hys)大于服务小区测量参数(Ms)与服务小区频率专属偏移量(Ofs)及服务小区专属偏移量(Ocs)、事件专属偏移量(Off)再加上业务迟滞参数(H_QCI)之和；即触发切换判决的表达式为：

Mn+Ofn+Ocn-Hys＞Ms+Ofs+Ocs+Off+H_QCI；

对于具有不同业务服务质量需求的用户，如果用户满足触发切换判决的表达式，服务基站向轻负载目的邻小区发出切换请求，强制切换该用户到目的邻小区；否则，不切换该用户。

与现有不考虑业务特征的负载均衡技术相比，本发明提出的保证实时类业务服务质量的负载均衡方法，由于考虑了业务特征，增加了业务迟滞参数以改变负载均衡时不同业务用户的切换门限，尽量切换非保证比特速率业务用户，避免保证比特速率业务用户的切换，以降低负载均衡对实时类业务用户体验的影响，同时实现小区间负载均衡，降低了移动负载均衡(MLB)带来的切换次数。

附图说明：

图1为系统中网络电话(VoIP)容量和邻小区偏移量(Ocn)的关系图，

图2为数据业务(FTP)用户的平均速率和邻小区偏移量(Ocn)的关系图，

图3为负载均衡切换次数和邻小区偏移量(Ocn)的关系图。

具体实施方式：

以下结合附图说明本方法的实施例。

实施例1：

本实施例采用长期演进(LTE-A)系统，具体的仿真参数如下表1所示：

表1LTE-A系统仿真参数表

仿真过程中对时延敏感的网络电话(VoIP)业务和对速率敏感的数据业务(FTP)进行的性能评估，其业务模型产生的参数列于下表2：

表2网络电话业务和数据业务产生模型参数表

代表业务	网络电话业务	数据业务
			服务质量等级	会话类	背景类
会话的含义	呼叫	文件下载
			会话间隔(秒)	指数分布(1)	指数分布(1)
分组呼叫的含义	激活期	文件
			分组呼叫的数目	几何分布(24)	常数分布(1)
分组呼叫间隔(秒)	几何分布(3)
			分组数目	几何分布(120)	对数正态分布(2e6，4el 2)
分组间隔(毫秒)	常数分布(10)	几何分布(10)
			分组大小(字节)	常数分布(80)	常数分布(800)

服务基站(SeNB)以周期间隔(T)测量本小区的物理资源块(PRB)使用率，如果物理资源块使用率小于于某一表征小区为重负载量的门限值时，继续以周期间隔(T)测量物理资源块使用率；否则，则判定该小区为重负载小区，执行以下负载均衡操作：

服务基站与邻小区基站通过基站间接口(X2)或基站与网关间接口(S1)交互负载信息，选择切换用户和目的邻小区；服务基站将选择的切换用户切换到目的邻小区，转移服务小区的业务负载到目的邻小区；

所述选择切换用户和目的邻小区的操作为：

服务基站根据用户承载业务的服务质量需求配置业务等级指示(QCI)，执行业务迟滞参数影射；服务基站检测用户的触发切换判决；

所述执行业务迟滞参数影射的操作为：

LTE-A系统根据承载业务特征的差别，定义了九个级别的质量等级指示(QCI)，分别对应不同服务质量需求的业务。如果用户使用一种业务，服务基站根据其业务等级指示(QCI)影射到一个业务迟滞参数(H_QCI)；如果用户同时使用多种业务，服务基站将服务质量需求最高的业务等级指示(QCI)影射到一个业务迟滞参数(H_QCI)，根据质量等级指示(QCI)以及邻小区专属偏移量(Ocn)和事件专属迟滞量(Hys)确定业务迟滞参数(H_QCI)的取值范围为：

对于固定比特速率(GBR)业务用户：H_QCI∈[Ocn-Hys，Ocn]；

对于非保证比特速率(NonGBR)业务用户：H_QCI∈(-∞，Ocn]；

所述服务基站检测用户的触发切换判决的操作为：

“Event A3”触发切换判决中，用户测量上报的邻小区测量参数(Mn)与邻小区频率专属偏移量(Ofn)及邻小区专属偏移量(Ocn)之和减去事件专属迟滞量(Hys)大于服务小区测量参数(Ms)与服务小区频率专属偏移量(Ofs)及服务小区专属偏移量(Ocs)、事件专属偏移量(Off)之和；即“EventA3”触发切换判决的表达式为：

Mn+Ofn+Ocn-Hys＞Ms+Ofs+Ocs+Off

对于基于负载均衡的切换，通过调整邻小区专属偏移，降低本小区用户切换到邻小区的切换门限，将该用户的负载转移到负载较轻的邻小区。

“Event A3”触发切换判决表达式中切换触发参数是面向小区间差异定义的，并没有考虑到业务特性。为了提供更好的QoS保证，本发明针对用户不同的业务等级指示增加了业务迟滞参数(H_QCI)。考虑业务特征后的触发切换判决表达式为：

Mn+Ofn+Ocn-Hys＞Ms+Ofs+Ocs+Off+H_QCI

对于具有不同业务服务质量需求的用户，如果用户满足触发切换判决表达式，服务基站向轻负载目的邻小区发出切换请求，强制切换该用户到目的邻小区，否则，不切换该用户。

增加业务迟滞参数后，系统在做负载均衡的切换过程中，对使用不用业务的用户区别对待，以提高用户的业务体验。对于保证比特速率(GBR)业务，当邻小区信号质量好于本小区时才会考虑进行负载均衡的切换，从而避免GBR用户的切换和信道质量变差引起时延性能恶化和无线链路失败(RLF)，保证GBR用户的业务体验。对于非保证比特速率(NonGBR)业务，即使邻小区信号较差，仍然考虑该类业务用户的切换，以降低重负载小区的负载量。

图1、2和3分别给出了在LTE-A系统中VoIP容量、平均FTP用户速率、负载均衡切换次数与Ocn的关系仿真图。由于本发明在仿真中考虑时延敏感的VoIP业务和速率敏感的FTP业务进行了性能评估，对于VoIP业务， $H_{\mathrm{QCI}}=\mathrm{OCn}-\frac{1}{2}\mathrm{Hys};$ 对于FTP业务，H_QCI＝0。

附图1为系统中网络电话(VoIP)容量和邻小区偏移量(Ocn)的关系图。从图1中可看到：使用不同负载均衡方法时系统中VoIP容量和邻小区偏移量(OCn)的关系柱状图，其中黑色表示使用考虑业务特征的负载均衡方法，白色表示传统的负载均衡方法。考虑业务特征的负载均衡方法与传统的负载均衡方法相比，当OCn较大时，系统中VoIP容量有明显提升，这是由于保证VoIP业务用户的切换门限后，避免了由于邻小区性能较差的切换导致的RLF；当OCn取值较小时，由于传统的负载均衡方案将VoIP用户切换到轻负载的邻小区后，在能够满足用户信号质量需求同时获取更多的可利用资源，因此VoIP容量增益不明显。

图2为系统中FTP用户的平均速率和邻小区偏移量(OCn)的关系图。从图2中可看到：使用不同负载均衡方法时系统中FTP用户的平均速率和邻小区偏移量(OCn)的关系柱状图，其中黑色表示使用考虑业务特征的负载均衡方法，白色表示传统的负载均衡方法。考虑业务特征的负载均衡方案与传统的负载均衡方案相比，当OCn较小时FTP用户的平均传输速率有小幅提高；当OCn较大时FTP用户的平均速率有所下降，这是由于将更多的FTP用户切换到信道状况差的邻小区所致。

图3为系统中负载均衡切换次数和邻小区偏移量(OCn)的关系图。从图3中可看到：使用不同负载均衡方法时系统中负载均衡切换次数和邻小区偏移量(OCn)的关系柱状图，其中黑色表示使用考虑业务特征的负载均衡方法，白色表示传统的负载均衡方法。在引入H_QCI参数后，优先切换FTP等重负载业务用户的负载均衡方案的切换次数会大幅减小。当H_QCI＜OCn-2Hys时，基于负载均衡的切换会导致部分用户的“乒乓”切换，因此两种切换方案导致的切换次数都会增多。

本发明提出的这种保证实时类业务QoS的负载均衡方法，在负载均衡过程中通过考虑业务特征，将用户承载业务的业务等级指示影射到相应得业务迟滞参数(H_QCI)，使不同业务用户具有不同的触发切换判决，特别是提高了实时类业务用户的切换门限，以降低负载均衡对实时类业务体验的影响。故本发明能够提高系统中满意实时类业务用户的比例，同时降低了MLB带来的切换次数。

Claims (1)

1.一种保证实时类业务服务质量的负载均衡方法，包括先由服务基站测量本小区的物理资源块使用率，并与设定的门限值作比较后作出判断：如果物理资源块使用率小于门限值，则继续测量物理资源块使用率；否则，判断该小区为重负载小区，执行以下负载均衡操作：服务基站与邻小区基站通过基站间接口或基站与网关间接口交互负载信息，选择切换用户和目的邻小区；服务基站将被选择的切换用户切换到目的邻小区，转移服务小区的业务负载到目的邻小区；

其特征在于：

所述选择切换用户和目的邻小区的操作为：服务基站根据用户承载业务的服务质量需求配置业务等级指示QCI，执行业务迟滞参数影射；服务基站检测用户的触发切换判决；

所述执行业务迟滞参数影射的操作为：

如果用户使用一种业务，服务基站根据其业务等级指示QCI影射到一个业务迟滞参数H_QCI；如果用户同时使用多种业务，服务基站将服务质量需求最高的业务等级指示QCI影射到一个业务迟滞参数H_QCI，服务基站根据用户的质量等级指示QCI以及邻小区专属偏移量Ocn和事件专属迟滞量Hys确定相应的业务迟滞参数H_QCI的取值范围为：

对于固定比特速率业务用户：H_QCI∈[Ocn-Hys，Ocn]；

对于非保证比特速率业务用户：H_QCI∈(-∞，Ocn]；

所述服务基站检测用户的触发切换判决的操作为：

用户测量上报的邻小区测量参数Mn与邻小区频率专属偏移量Ofn及邻小区专属偏移量Ocn之和减去事件专属迟滞量Hys大于服务小区测量参数Ms与服务小区频率专属偏移量Ofs及服务小区专属偏移量Ocs、事件专属偏移量Off再加上业务迟滞参数H_QCI之和；即触发切换判决的表达式为：

Mn+Ofn+Ocn-Hys＞Ms+Ofs+Ocs+Off+H_QCI；

对于具有不同业务服务质量需求的用户，如果用户满足触发切换判决的表达式，服务基站向轻负载目的邻小区发出切换请求，强制切换该用户到目的邻小区；否则，不切换该用户。

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