CN102202351A - 一种小区优化负载均衡的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小区优化负载均衡的方法，任意过载小区i的相邻小区中不过载的各小区设为一层小区，一层小区不含小区i的相邻小区设为二层小区，该方法为：获取一层小区和二层小区的负载状态集合；根据负载状态集合确定一层小区的综合状态WS的集合；为与WS大小对应的一层小区设定先后执行顺序；选择当前WS，确定小区i内与当前WS的一层小区对应的目标用户；为目标用户设定先后执行顺序；选择当前目标用户，判断该用户切换到一层小区后是否过载，是，按照为与WS大小对应的一层小区设定的先后执行顺序顺序执行，否，判断小区i切出该用户后自身是否过载，是，切换该用户，同时，按照为目标用户设定的先后执行顺序顺序执行，否，切换该用户，结束。

Description

一种小区优化负载均衡的方法

技术领域

本发明涉及3GPP长期演进(LTE)技术领域，尤其涉及一种小区优化负载均衡的方法。

背景技术

3GPP长期演进(LTE)技术被看作“准4G”，是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准。LTE演进分组系统(Evolved Packet System，EPS)由演进分组核心网(Evolved Packet Core，EPC)、基站(Evolved Node B，eNB)和用户设备(user equipment，UE)三部分组成；EPC负责核心网部分，eNB负责无线接入网部分，EPC与eNB之间通过S1接口连接；eNB服务于不同的小区，eNB之间通过X2接口相互连接，X2接口提供相连eNB之间负载信息的信令交互。

在LTE演进分组系统中，每个eNB服务的小区的业务量、业务类型都是随机的、时变的、不均衡的，这就会导致LTE演进分组系统中存在热点小区，即一些小区的业务请求远远地高于可以接受的水平，将会导致很高的请求阻塞概率，而系统中的另外一些小区却有多余的资源没有得到有效利用；业务量大的小区所属的eNB的负载较大，业务量小的小区所属的eNB的负载较小，eNB之间的负载不平衡，导致通信资源的局部紧张，使得用户无线接入业务(尤其是多媒体业务)性能大幅度的降低。因而，通过负载均衡来解决通信资源的局部紧张，进而提高网路质量是一个倍受关注的问题。

目前，实现小区间负载均衡的方法，大部分是当一个eNB所服务的小区的负荷超过预先设定的负荷阈值时，确定此小区为待调整小区，首先从该待调整小区的相邻小区中选取负荷最小的小区作为与该待调整小区进行负载均衡的目标小区，其次在该待调整小区选取适宜进行切换的用户，最后将这些用户调整(切换、重选和定向重选等方式)到目标小区以实现小区间的负载均衡。

上述方法只考虑待调整小区的相邻小区的负载情况，而没有考虑到所述相邻小区的周围的负载情况，容易出现如下问题：待调整小区的用户转移到相邻小区中负荷最小的目标小区后，虽然待调整小区过载状况缓解，但是所述目标小区及其周边小区(不包含待调整小区)区域性负载状况偏高，导致整个网络中的小区不能协同起来优化整个网络的性能，同时，所述目标小区还有可能接收其相邻的其它过载小区的用户，结果这个目标小区最后也过载，会带来待调整小区的用户在短时间内多次切换的问题，导致负载均衡的效果不明显。

综上所述，现有技术在实现负载均衡时，存在目标小区的选择不合适导致整个网络的小区间协调性差、以及负载均衡有效性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种小区优化负载均衡的方法，改善整个网络小区间的协调性、以及负载均衡的有效性，提高移动通信网络的质量。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种小区优化负载均衡的方法，将所有小区中负荷大于预先设置的小区过载负荷阈值的任意小区定义为小区i，将小区i的各相邻小区中负荷不大于小区过载负荷阈值的所有小区定义为一层小区，将所述不包含小区i的一层小区的相邻小区定义为二层小区，包括以下步骤：

获取所述一层小区的负载状态集合；

获取所述二层小区的负载状态集合；

根据获取的一层小区负载状态集合和二层小区负载状态集合，确定一层小区的综合状态集合；

为与综合状态大小对应的一层小区设定先后执行顺序；

选择当前综合状态，确定小区i内用户中接收到与当前综合状态对应的一层小区基站的信号强度测量值RSRP大于其接收到的小区i的基站的信号强度测量值且超过预先设置的切换延迟的所有用户；

为与RSRP大小对应的用户设定先后执行顺序；

选择当前的RSRP，判断与当前RSRP对应的用户切换到一层小区后所述一层小区的负荷是否大于预先设置的小区过载负荷阈值，是，按照为与综合状态大小对应的一层小区设定的先后执行顺序顺序执行，否，判断小区i切出与当前RSRP对应的用户后自身的负荷是否大于小区过载负荷阈值，是，切换与当前RSRP对应的用户，同时，按照为与RSRP大小对应的用户设定的先后执行顺序顺序执行，否，切换与当前RSRP对应的用户，负载均衡结束。

本发明的有益效果为，通过两级负载小区资源查询，使得目标小区的选择更加合理，从而可以改善整个网络小区间的协调性、以及负载均衡的有效性，提高移动通信网络的质量。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为根据本发明实施例的方法流程图；

图3为本发明实施例的界面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过具体实施例并参见附图，对本发明进行详细说明。

LTE演进分组系统(Evolved Packet System，EPS)由演进分组核心网(Evolved Packet Core，EPC)、基站(Evolved Node B，eNB)和用户设备(user equipment，UE)三部分组成；EPC负责核心网部分，eNB负责无线接入网部分，EPC与eNB之间通过S1接口连接；eNB服务于不同的小区，eNB之间通过X2接口相互连接，X2接口提供相连eNB之间负载信息的信令交互。

本发明的方法流程如图1所示，一种小区优化负载均衡的方法，

将所有小区中负荷大于预先设置的小区过载负荷阈值的任意小区定义为小区i，将小区i的各相邻小区中负荷不大于小区过载负荷阈值的所有小区定义为一层小区，将所述一层小区的不包含小区i的相邻小区定义为二层小区，所述方法包括以下步骤：

步骤101：获取所述一层小区的负载状态集合；

小区i通过互连接口X2向各相邻小区发出查询请求，一层小区根据查询请求获取所述一层小区UE连接数占最多UE连接数的比例U、GBR业务占总业务比例B，根据OS＝(U+R)×B得到所述一层小区的负载状态OS，所有一层小区的负载状态组成一层小区的负载状态集合。

步骤102：获取所述二层小区的负载状态集合；

一层小区根据查询请求，向二层小区发出负载状态获取请求，二层小区收到一层小区的获取请求后，根据所述获取请求获取各自的U、B、R参数，按OS＝(U+R)×B得到二层小区各自的负载状态OS，二层小区各自的负载状态组成二层小区的负载状态集合，将二层小区的负载状态集合返回给一层小区。

步骤103：根据获取的一层小区负载状态集合和二层小区负载状态集合，确定一层小区的综合状态集合；

一层小区对返回的二层小区的负载状态取平均值，得到所述一层小区的环境状态，将一层小区的负载状态与所述一层小区的环境状态相加，得到所述一层小区的综合状态；

各个一层小区的综合状态组成一层小区的综合状态集合。

步骤104：为与综合状态大小对应的一层小区设定先后执行顺序，选择当前综合状态，确定小区i内用户中接收到与当前综合状态对应的一层小区基站的信号强度测量值RSRP大于其接收到的小区i的基站的信号强度测量值且超过预先设置的切换延迟的所有用户；

所述为与综合状态大小对应的一层小区设定先后执行顺序指按照综合状态从小到大的顺序选择与所述综合状态对应的一层小区作为与小区i进行负载均衡的目标小区，从综合状态最小的一层小区开始。

步骤105：为与RSRP大小对应的用户设定先后执行顺序，选择当前的RSRP，判断与当前RSRP对应的用户切换到一层小区后所述一层小区的负荷是否大于预先设置的小区过载负荷阈值，是，按照为与综合状态大小对应的一层小区设定的先后执行顺序顺序执行，否，判断小区i切出与当前RSRP对应的用户后自身的负荷是否大于小区过载负荷阈值，是，切换与当前RSRP对应的用户，同时，按照为与RSRP大小对应的用户设定的先后执行顺序顺序执行，否，切换与当前RSRP对应的用户，负载均衡结束。

所述为与RSRP大小对应的用户设定先后执行顺序指按照RSRP从大到小的顺序选择与所述RSRP对应的用户进行切换，从RSRP最大的用户开始。

根据本发明实施例的方法流程如图2所示，一种小区优化负载均衡的方法，包括以下步骤：

步骤201：当所有小区中的任意小区i的负荷大于预先设置的小区过载负荷阈值时，小区i通过互连接口X2向各相邻小区发出查询请求。

所有小区中的任意小区一旦发现自身的负荷大于小区过载负荷阈值，即满足条件[1]时，就主动发起负载均衡优化过程，我们记这个小区为i，

ρ_i＞OverLoadThreshold                                      [1]

其中，ρ_i为小区i的负荷，OverLoadThreshold为小区过载负荷阈值，由运营商根据实际需要预先设定，且应随网络负荷状况调整，例如，小区整体呈现高负荷时，可以增大OverLoadThreshold。

小区i的相邻小区的个数是由运营商根据实际需要(如人口、用户、实际的业务量等)确定的。

步骤202：各相邻小区根据查询请求判断各自的负荷R是否大于小区过载负荷阈值，如果是，执行步骤203，否则，执行步骤204。

步骤203：负荷大于小区过载负荷阈值的各相邻小区向小区i回复本小区不能作为目标小区的信息。

负荷大于小区过载负荷阈值的各相邻小区处于过载状态，小区i不选择这些过载小区作为目标小区实施负载均衡。

步骤204：负荷不大于小区过载负荷阈值的各相邻小区记为一层小区，一层小区根据查询请求获取各自UE连接数占最多UE连接数的比例U、GBR业务占总业务比例B，根据OS＝(U+R)×B得到一层小区的负载状态OS，同时，向一层小区的不包含小区i的相邻小区发出负载状态获取请求，所述相邻小区根据获取请求返回各自的负载状态给一层小区。

负载状态只用物理资源块PRB的利用率来表征是不够的。比如，有两个小区Cell-a、Cell-b，两个小区的PRB利用率相同，但是Cell-a小区中一半以上业务是GBR业务，而Cell-b小区中一半以上业务是non-GBR业务，两小区相比来说，Cell-b的负载轻一点，可以降低non-GBR业务的使用资源来接受更多的用户。

因此，在综合考虑了一些影响负载状态OS(own state)的因素后，确立了以eNB终端信息U、eNB物理资源块信息R、业务状态信息B等参数来表征负载状态OS，如下：

eNB终端信息U为用户设备UE连接数占最多UE连接数的比例；

eNB物理资源块信息R为已用物理资源块占总的可用物理资源块的比例；

业务状态信息B为GBR业务占总业务比例。

从而可以确定eNB的负载状态OS＝(U+R)×B

一层小区为负荷不大于小区过载负荷阈值的小区i的各相邻小区的集合，一层小区根据查询请求，按OS＝(U+R)×B得到一层小区的负载状态后，向一层小区的不包含小区i的相邻小区发出负载状态获取请求，将一层小区的不包含小区i的相邻小区的集合记为二层小区，

二层小区收到一层小区的获取请求后，根据所述一层小区的获取请求获取各自的U、B、R参数，按OS＝(U+R)×B得到二层小区各自的负载状态OS，并将二层小区的负载状态返回给一层小区。

步骤205：一层小区根据查询请求对上述返回的负载状态取平均值，得到一层小区的环境状态ES，并将一层小区的负载状态OS和环境状态ES返回给小区i。

所述返回的负载状态为二层小区的负载状态，一层小区对二层小区的负载状态取平均值，即

$\mathrm{ES}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{OS}}_i}{n},$ n∈N

OS_i为二层小区中任一小区的负载状况，n为二层小区的小区数量，ES(environmental state)为一层小区的环境状态。

例如，一层小区中的任一小区M的相邻小区(不包含小区i)为小区M的二层小区，二层小区若有3个，负载状态分别为OS₁、OS₂、OS₃，则小区M的环境状态ES_M＝(OS₁+OS₂+OS₃)/3。

步骤206：小区i按WS＝OS+ES得到一层小区的综合状态WS，设一层小区中的任意小区为第j目标小区，按WS从小到大的顺序，从WS最小的第j目标小区开始实施负载均衡.j＝0。

目前，实现小区间负载均衡的方法，大部分是从待调整的过载小区的相邻小区中选取负荷最小的小区作为与该待调整小区进行负载均衡的目标小区，这种只用负荷最小的相邻小区作为目标小区的方法，只考虑一层小区(与待调整小区相邻的各小区)的负载情况，而没有考虑到二层小区(一层小区的不包含待调整小区的相邻小区)的负载情况；因此，这种方法很可能导致负载均衡调整过后，虽然待调整小区过载状况缓解，但是目标小区及其周边小区区域性负载状况偏高；而且，很可能在待调整小区的相邻小区中存在一个小区，该小区负荷不是最低，但其周边小区(除待调整小区)的负荷都很低，那么此相邻小区更加适合作目标小区；

传统的只对一个小区的负荷进行判断是片面的，对于整个系统而言，需要宏观考虑才能做出更合适的选择，基于此，本发明中目标小区的选择使用综合状态WS(whole state)，综合考虑了一层小区自身的负载状态OS和一层小区的环境状态ES，使得目标小区的选择更加合适。

同时，目标小区的综合状态WS越小，表明从整个系统考虑而言，该目标小区越适合与小区i进行负载均衡，因此，按照WS从小到大的顺序实施负载均衡，从WS最小的目标小区开始。

步骤207：j＝j+1

j＝j+1表示j递增1循环，设置j＝j+1循环，用于当目标小区接受小区i内一个或多个用户的切入，该目标小区将要过载时，小区i按照WS从小到大的顺序选择下一个目标小区作为与小区i进行负载均衡的目标小区。

步骤208：小区i内任一用户，当其接收到第j目标小区的基站的信号强度测量值RSRP_j大于其接收到的小区i的基站的信号强度测量值RSRP_i且超过预先设置的切换延迟时，小区i确定该用户为第j目标用户，将所有第j目标用户的设备ID、用户业务要求的物理资源块发送给第j目标小区，设第j目标用户中的任意用户为第x用户，按RSRP_j从大到小的顺序，从RSRP_j最大的第x用户开始实施负载均衡.x＝0

对于小区i内任一用户，如果该用户的RSRP_j大于RSRP_i且超出一定的切换延迟hysteresis，即

RSRP_j＞RSRP_i+hysteresis                   [2]

则该用户被选定为第j目标用户。

公式[2]是由3GPP的规范定义的，切换延迟hysteresis由运营商根据实际需要预先设定，也可以根据实际需要进行调整。

第j目标用户为所有满足公式[2]的小区i内的用户的集合，针对不同的目标小区，按照公式[2]，对应不同的目标用户集合。

RSRP_j越大，表明用户接收到的第j目标小区的基站的信号强度越强，切换至第j目标小区后为用户提供的通信服务质量越好，因此，对第j目标用户中的所有用户按RSRP_j从大到小的顺序实施负载均衡，从RSRP_j最大的用户开始。

步骤209：x＝x+1

x＝x+1表示x递增1循环，设置x＝x+1循环，用于当小区i切出一个目标用户后仍然过载时，小区i按照RSRP_j从大到小的顺序选择下一个目标用户进行切换，直到小区i不再过载。

步骤210：第j目标小区预算第x用户切换到第j目标小区后造成的负荷是否大于预先设置的小区过载负荷阈值，如果是，执行步骤211，否则，执行步骤212。

若第j目标小区预算第x用户切换到第j目标小区后，第j目标小区将过载，则第j目标小区向小区i回复自身将过载的信息，小区i收到所述信息后，按照WS从小到大的顺序选择下一个目标小区作为与小区i进行负载均衡的目标小区。

若第j目标小区预算第x用户切换到第j目标小区后，第j目标小区不会过载，则第j目标小区将第x用户的设备ID发给小区i。

步骤211：第j目标小区向小区i回复自身将过载的信息。

步骤212：第j目标小区将第x用户的设备ID发给小区i，小区i预算切出第x用户后自身的负荷是否仍然大于小区过载负荷阈值，如果是，同时执行步骤213和步骤214，否则，执行步骤215。

若小区i预算切出第x用户后，自身仍过载，则小区i将第x用户切出的同时，按照RSRP_j从大到小的顺序选择下一个用户进行切换，直到小区i不再过载。

若小区i预算切出第x用户后，自身不过载了，则小区i将第x用户切出，负载均衡结束。

步骤213：小区i将第x用户切出，第j目标小区接受第x用户的切入。

步骤214：小区i向第j目标小区发送预算下一个第j目标用户的请求。

步骤215：小区i切出第x用户，第j目标小区接受第x用户的切入，负载均衡结束。

现举例说明：

参见图3，为本发明实施实例中两层小区的示意图，在话务密集区域，有A，B，C，D，E，F，G以及其外围一共19个小区。小区A、B、C、D、E、F、G，对应的负荷分别为90％、87％、40％、72％、50％、70％、80％，最外层小区负荷如图2所标注。若设小区的过载负荷阈值为80％(小区整体呈现高负荷时，可做适当提升)，根据本发明的方法，小区A和B都将主动发起负载均衡，本例只讨论小区A发起负载均衡的过程。

小区A发现自己的负荷超过了80％，将自己作为源小区，发起负载均衡。小区A通过X2接口向自己的相邻小区B，C，D，E，F，G发送查询请求，小区B，C，D，E，F，G根据查询请求判断各自的负荷是否大于80％，过载的小区B向小区A回复小区B不能作为目标小区的信息，不过载的小区C、D、E、F、G的集合记为一层小区，各自根据查询请求获取自身UE连接数占最多UE连接数的比例U、GBR业务占总业务比例B，并按OS＝(U+R)×B得到一层小区的负载状态OS，同时，向二层小区发出获取负载状态的请求，这里的二层小区为一层小区的相邻小区(其中不包含小区A)的集合，例如，对于一层小区中的小区D而言，小区D的二层小区为小区C、E、H、I、J，二层小区同样按OS＝(U+R)×B得到各自的负载状态，并将其返回给一层小区。

一层小区对返回的负载状态取平均值，得到一层小区的环境状态ES，例如小区D的环境状态ES_D＝(OS_C+OS_E+OS_H+OS_I+OS_J)/5，小区D将自身的负载状态OS_D和环境状态ES_D返回给小区A，一层小区C、E、F、G同样将各自的负载状态和环境状态返回给小区A，小区A按WS_D＝OS_D+ES_D得到一层小区D的综合状态WS_D，也同样得到一层小区C、E、F、G的综合状态WS_C、WS_E、WS_F、WS_G，按WS从小到大的顺序实施负载均衡，若其中WS_C最小，WSF次小，则首先将小区C作为与小区A进行负载均衡的目标小区，小区C为第1目标小区。

小区A内任一用户，当其接收到第1目标小区的基站的信号强度测量值RSRP₁大于其接收到的小区A的基站的信号强度测量值RSRP_A且超过预先设置的切换延迟时，小区A确定该用户为第1目标用户，将所有第1目标用户的设备ID、用户业务要求的物理资源块发送给第1目标小区，按RSRP₁从大到小的顺序实施负载均衡，若其中用户X的RSRP₁最大，用户Y的RSRP₁次大，则从用户X开始实施负载均衡。

第1目标小区预算用户切换到第1目标小区后，若第1目标小区会过载，则第1目标小区向小区A发送自身将过载的信息，小区A收到信息后将选择小区F作为第2目标小区与小区A进行负载均衡，此时，需要确定第2目标用户；

若第1目标小区不过载，则第1目标小区将用户X的设备ID发送给小区A，小区A预算用户X切出后自身是否还过载，如果还过载，则小区A将用户X切出，同时通知第1目标小区预算下一个用户Y；如果小区A预算后发现自身不过载了，则小区A切出用户X，负载均衡结束。

显然，本发明在原有的只考虑小区外围一周相邻小区的基础上，更多考虑了更外围的第二层小区对源小区的影响，使我们在作出负载均衡切换前更大范围考虑了系统整体的负载状况，使我们做出更好的负载均衡处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种小区优化负载均衡的方法，将所有小区中负荷大于预先设置的小区过载负荷阈值的任意小区定义为小区i，将小区i的各相邻小区中负荷不大于小区过载负荷阈值的所有小区定义为一层小区，将所述一层小区的不包含小区i的相邻小区定义为二层小区，其特征在于，包括以下步骤：

获取所述一层小区的负载状态集合；

获取所述二层小区的负载状态集合；

根据获取的一层小区负载状态集合和二层小区负载状态集合，确定一层小区的综合状态集合；

为与综合状态大小对应的一层小区设定先后执行顺序；

选择当前综合状态，确定小区i内用户中接收到与当前综合状态对应的一层小区基站的信号强度测量值RSRP大于其接收到的小区i的基站的信号强度测量值且超过预先设置的切换延迟的所有用户；

为与RSRP大小对应的用户设定先后执行顺序；

选择当前的RSRP，判断与当前RSRP对应的用户切换到一层小区后所述一层小区的负荷是否大于预先设置的小区过载负荷阈值，是，按照为与综合状态大小对应的一层小区设定的先后执行顺序顺序执行，否，判断小区i切出与当前RSRP对应的用户后自身的负荷是否大于小区过载负荷阈值，是，切换与当前RSRP对应的用户，同时，按照为与RSRP大小对应的用户设定的先后执行顺序顺序执行，否，切换与当前RSRP对应的用户，负载均衡结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述一层小区的负载状态集合的方法包括：

获取一层小区各自UE连接数占最多UE连接数的比例U、GBR业务占总业务比例B、负荷R，根据OS＝(U+R)×B得到一层小区的负载状态OS的集合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述二层小区的负载状态集合的方法包括：

获取二层小区各自UE连接数占最多UE连接数的比例U、GBR业务占总业务比例B、负荷R，根据OS＝(U+R)×B得到二层小区的负载状态OS的集合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据获取的一层小区负载状态集合和二层小区负载状态集合，确定一层小区的综合状态集合的方法包括：

一层小区的综合状态等于所述一层小区的负载状态与所述一层小区的环境状态相加；

所述一层小区的环境状态等于与所述一层小区对应的二层小区的负载状态的平均值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为与综合状态大小对应的一层小区设定先后执行顺序的方法包括：

为与综合状态大小对应的一层小区设定按照综合状态从小到大的执行顺序。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为与RSRP大小对应的用户设定先后执行顺序的方法包括：

为与RSRP大小对应的用户设定按照RSRP从大到小的执行顺序。

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