CN102857947B - 移动通信系统中联合负载均衡的切换自优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动通信系统中联合负载均衡的切换自优化方法，包括以下步骤：根据LTE的切换发起流程，LTE的eNB计算得到有序集合Θ；在优化周期T1内，各eNB对空口的切换失败率、乒乓切换率进行统计，执行外循环的自优化算法，使切换性能满足要求；当系统的切换性能满足要求时，在优化周期T2内，各eNB统计准入的拒绝率，统计总的切换失败率，在有序集合Θ内调整切换参数组合；各eNB判断总的切换失败率是否最小，确定下一个优化周期T2时的切换参数组合。本发明保证系统的切换性能，能够根据目标小区负载的变化，自优化地调整切换参数，使得总的切换失败率达到最小，同时还能部分完成负载均衡的功能。

Description

移动通信系统中联合负载均衡的切换自优化方法

技术领域

本发明是一种应用于移动通信系统的联合负载均衡的切换自优化方法，属于移动通信中的网络技术领域。

背景技术

在移动通信系统中，切换是保障业务无缝连接和用户体验的关键技术，而切换的性能很大程度上取决于切换参数的设置。

LTE系统的切换流程中，上传测量报告、下发切换指令、目标eNB的随机接入和上传切换确认指令都是在空中接口进行传输的，空中接口传输的失败是切换失败的主要原因，并受切换参数配置的直接影响。切换流程中的准入控制也是也是造成切换失败的一个重要原因，尤其当目标eNB的负载较高时更是如此，但是它与切换参数的配置没有直接的关系。当前的切换优化方法主要集中于考虑空口传输的失败，准入控制的影响往往被忽略。

移动负载均衡（MLB）是负载均衡的一种，指当某一小区负载较重时，通过将负载较重小区的部分业务移至负载较轻的邻区，改善覆盖区域内负载的不均匀分布，降低重负载小区的业务阻塞率。调整切换参数是实现负载均衡的方法之一。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种移动通信系统中联合负载均衡的切换自优化方法，当目标小区负载较重时，尽可能降低总的切换失败率（空中接口和准入控制造成的），同时部分完成负载均衡的功能。

本发明采用的技术方案为：一种移动通信系统中联合负载均衡的切换自优化方法，包括以下步骤：

第一步：根据LTE的切换发起流程，LTE的eNB按以下公式(21)-(26)计算得到有序集合Θ；

首先求得首次切换发起概率曲线上峰值点的位置，记为d_max，然后按下式求得Δd，则该组切换参数组合下的切换区域为[d_max-Δd,d_max+Δd]；

${\∫}_{d_{\max }-\mathrm{\Δd}}^{d_{\max }+\mathrm{\Δd}}{f}_{\mathrm{FHO}}(\mathrm{TTT},k,\mathrm{hys},l)\mathrm{dl}={\mathrm{\η}}_r---\left(11\right)$

其中η_r为一阈值，由运营商设定，f_FHO(TTT,k，hys,l)为某一切换参数组合(TTT,k，hys)下的首次切换发起概率曲线，其计算方法为：

P(n时刻发生首次切换)

=P(n点满足,n-1点不满足,n-2点不满足,…,1点不满足)             (12)

=p(1,2,…,n-1点都不满足)P(n点满足∣前n-1点都不满足)

≈p(1,2,…,n-1点都不满足)P(n点满足∣第n-1,n-2,n-3点都不满足）

其中：

假设L3滤波后的采样间隔为T；对于TTT在0□Tms范围内（大于hys的条件需要保持1次，简记为TTT=1）和TTT在T□2Tms范围内（大于hys的条件需要保持2次，简记为TTT=2）的情况，(22)式中条件概率的表达式不尽相同；

TTT=1时

TTT=2时

上述(24)、(25)式中的ξ=[ξ_n,…,ξ₁]为高斯随机向量，是源小区与目标小区RSRP之差经L3滤波后的输出结果；

使用上述切换区域，将各组切换参数组合按照切换被延迟的大小排序，得到有序集合Φ=[φ₁,φ₂,…,φ_n]，其中φ_i=(TTT,k，hys)为第i时刻的切换参数组合，参数组合φ₁时切换被延迟的最少，φ_n时切换被延迟的最多；

对上述有序集合Φ进行筛选，剔除空口切换失败率较高的切换参数组合；在Φ中选出满足下式的切换参数组合，记为Θ=[θ₁，…θ_m]＝[φ_i，…,φ_j]；

1-∫_HO regionf_FHO(TTT,k,hys,l)dl≤η_f                (16)

其中f_FHO(TTT,k,hys,l)为某一切换参数组合(TTT,k，hys)下的首次切换发起概率曲线，积分区间为对于空口的切换成功率而言理想的切换区域，η_f为一阈值；

第二步：在优化周期T1内，各eNB对空口的切换失败率、乒乓切换率进行统计，执行外循环的自优化算法，使切换性能满足要求；

第三步：当系统的切换性能满足要求时，在优化周期T2内，各eNB按下面公式(27)统计准入的拒绝率，按下面公式(28)统计总的切换失败率，按下面公式(29)在有序集合Θ内调整切换参数组合；

在优化周期T2内，记小区间的切换总次数为n_HO，空口的切换失败次数为n_fAir，准入控制造成的切换失败次数为n_fAd；则

准入的拒绝率为：

$r_{\mathrm{ad}\min }=\frac{n_{\mathrm{fAd}}}{n_{\mathrm{HO}}}---\left(17\right)$

总的切换失败率为：

$r_{\mathrm{fail}}=\frac{n_{\mathrm{fAir}}+n_{\mathrm{fAd}}}{n_{\mathrm{HO}}}---\left(18\right)$

切换参数组合调整的过程中，其取值限于有序集合Θ中；记时刻t的切换参数组合HOP(t)=θ_i 1≤i≤m，在该参数组合下，准入的拒绝率记为r_admin(t)，总的切换失败率记为r_fail(t)，准入的拒绝率的目标值记为R_admin；则下一个优化周期t+1时刻的切换参数组合HOP(t+1)为：

第四步：各eNB判断总的切换失败率是否最小，按下面公式(30)或上述公式(29)确定下一个优化周期T2时的切换参数组合；

利用有序集合Θ的单向性，在调整完成后，判断调整的方向是否偏离使总的切换失败率最小化这一目标，及时纠正错误的调整方向；

b)若r_fail(t+1)>r_fail(t)且HOP(t+1)≠HOP(t)，则

HOP(t+2)=HOP(t)            (20)

其余情况，跳转至4)，按公式(29)确定HOP(t+2)。

有益效果：本发明保证系统的切换性能，能够根据目标小区负载的变化，自优化地调整切换参数，使得总的切换失败率（空口和准入控制造成的）达到最小，同时还能部分完成负载均衡的功能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作更进一步的说明。

本发明的切换参数自优化方法由嵌套的内外两层循环构成，其中外循环在当切换性能不满足要求时触发，这时通常以空口的切换失败率和乒乓切换率为目标，通过调整切换参数使得切换性能重新满足要求。优化完成后系统的切换性能很少会不满足要求，或者需要很长的周期（T1）才需要再次调整，因此这里不予讨论；内循环当且仅当切换性能满足要求时，在下一个T1周期内才启动，是一个应对小区负载的变化而对切换参数进行微调的过程。相比于系统的切换性能发生变化的周期，小区负载变化的周期要短得多，因此内循环的优化周期（T2）远小于T1。内循环中切换参数组合的调整方法为：

1)使用首次切换发起概率求得各组切换参数组合下的切换区域

首先求得首次切换发起概率曲线上峰值点的位置，记为d_max，然后按下式求得Δd，则该组切换参数组合下的切换区域为[d_max-Δd,d_max+Δd]。

${\∫}_{d_{\max }-\mathrm{\Δd}}^{d_{\max }+\mathrm{\Δd}}{f}_{\mathrm{FHO}}(\mathrm{TTT},k,\mathrm{hys},l)\mathrm{dl}={\mathrm{\η}}_r---\left(21\right)$

其中η_r为一阈值，由运营商设定，f_FHO(TTT,k，hys,l)为某一切换参数组合(TTT,k，hys)下的首次切换发起概率曲线，其计算方法为：

P(n时刻发生首次切换)

=P(n点满足,n-1点不满足,n-2点不满足,…,1点不满足)              (22)

=p(1,2,…,n-1点都不满足)P(n点满足|前n-1点都不满足)

≈p(1,2,…,n-1点都不满足)P(n点满足∣第n-1,n-2,n-3点都不满足）

其中：

假设L3滤波后的采样间隔为T。对于TTT在0□Tms范围内（大于hys的条件需要保持1次，简记为TTT=1）和TTT在T2Tms范围内（大于hys的条件需要保持2次，简记为TTT=2）的情况，(22)式中条件概率的表达式不尽相同。

TTT=1时

TTT=2时

上述(24)、(25)式中的ξ=[ξ_n,…,ξ₁]为高斯随机向量，是源小区与目标小区RSRP之差经L3滤波后的输出结果。

2)确定各组切换参数组合在切换时延上的相对关系

使用1)中得到的切换区域，将各组切换参数组合按照切换被延迟的大小排序，得到有序集合Φ=[φ₁,φ₂,…,φ_n]，其中φ_i=(TTT,k，hys)为第i时刻的切换参数组合，参数组合φ₁时切换被延迟的最少，φ_n时切换被延迟的最多。

3)切换参数组合的筛选

对2)中得到的有序集合Φ进行筛选，剔除空口切换失败率较高的切换参数组合。在Φ中选出满足下式的切换参数组合，记为Θ=[θ₁,…θ_m]＝[φ_i,…,φ_j]。

1-∫_HO regionf_FHO(TTT,k,hys,l)dl≤η_f            (26)

其中f_FHO(TTT,k,hys,l)为某一切换参数组合(TTT,k，hys)下的首次切换发起概率曲线，积分区间为对于空口的切换成功率而言理想的切换区域，η_f为一阈值。

对于空口的切换成功率而言较为理想的切换区域指UE接收的两小区信号强度相等的位置附近，其宽度取决于信号变化的程度，当信号变化较快时理想的切换区域较窄，当信号变化较平缓时，理想的切换区域较宽。可以认为这段区域内发起的切换都是成功的。

4)切换参数组合的调整

在优化周期T2内，记小区间的切换总次数为n_HO，空口的切换失败次数为n_fAir，准入控制造成的切换失败次数为n_fAd。则

准入的拒绝率为：

$r_{\mathrm{ad}\min }=\frac{n_{\mathrm{fAd}}}{n_{\mathrm{HO}}}---\left(27\right)$

总的切换失败率为：

$r_{\mathrm{fail}}=\frac{n_{\mathrm{fAir}}+n_{\mathrm{fAd}}}{n_{\mathrm{HO}}}---\left(28\right)$

切换参数组合调整的过程中，其取值限于有序集合Θ中。记时刻t的切换参数组合HOP(t)=θ_i 1≤i≤m，在该参数组合下，准入的拒绝率记为r_admin(t)，总的切换失败率记为r_fail(t)，准入的拒绝率的目标值记为R_admin。则下一个优化周期t+1时刻的切换参数组合HOP(t+1)为：

5)参数的回滚

利用有序集合Θ的单向性，在调整完成后，判断调整的方向是否偏离使总的切换失败率最小化这一目标，及时纠正错误的调整方向。

c)若r_fail(t+1)>r_fail(t)且HOP(t+1)≠HOP(t)，则

HOP(t+2)=HOP(t)            (30)

其余情况，跳转至4)，按式(29)确定HOP(t+2)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种移动通信系统中联合负载均衡的切换自优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：根据LTE的切换发起流程，LTE的eNB按以下公式(1)-(6)计算得到有序集合Θ；

首先求得首次切换发起概率曲线上峰值点的位置，记为d_max，然后按下式求得△d，则该组切换参数组合下的切换区域为[d_max-△d,d_max+△d]；

${\∫}_{d_{\max }-\mathrm{\Δd}}^{d_{\max }+\mathrm{\Δd}}{f}_{\mathrm{FHO}}(\mathrm{TTT},k,\mathrm{hys},l)\mathrm{dl}={\mathrm{\η}}_r---\left(1\right)$

其中η_r为一阈值，由运营商设定，f_FHO(TTT,k,hys,l)为某一切换参数组合(TTT,k,hys)下的首次切换发起概率曲线，其中TTT为切换延长时间，hys为切换迟滞，k为L3滤波系数，l是位置变量，f_FHO(TTT,k,hys,l)计算方法为：

P(n时刻发生首次切换)

＝P(n点满足,n-1点不满足,n-2点不满足,…,1点不满足)  (2)

＝p(1,2,…,n-1点都不满足)P(n点满足∣前n-1点都不满足)

≈p(1,2,…,n-1点都不满足)P(n点满足∣第n-1,n-2,n-3点都不满足)

其中：

假设L3滤波后的采样间隔为T；对于TTT在0～T ms范围内，即大于hys的条件需要保持1次，简记为TTT＝1，和TTT在T～2T ms范围内，即大于hys的条件需要保持2次，简记为TTT＝2的情况，(2)式中条件概率的表达式不尽相同；

TTT＝1时

TTT＝2时

P(第n点满足∣第n-1,n-2,n-3点都不满足)

$\begin{array}{c}=P({\mathrm{\&xi;}}_n>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-1}>\mathrm{hys}|\begin{array}{c}{\mathrm{\&xi;}}_{n-1}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-2}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-4}<\mathrm{hysor}\\ {\mathrm{\&xi;}}_{n-1}>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-2}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-4<}\mathrm{hysor}\\ {\mathrm{\&xi;}}_{n-1}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-2}>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-4}<\mathrm{hysor}\\ {\mathrm{\&xi;}}_{n-1}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-2},<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-4}<\mathrm{hysor}\\ {\mathrm{\&xi;}}_{n-1}>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-2}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-4}>\mathrm{hysor}\\ {\mathrm{\&xi;}}_{n-1}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-2}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-4}>\mathrm{hysor}\\ {\mathrm{\&xi;}}_{n-1}>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-2}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-4}>\mathrm{hysor}\\ {\mathrm{\&xi;}}_{n-1}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-2}>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-4}>\mathrm{hys}\end{array}\\ =\frac{P({\mathrm{\&xi;}}_n>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-1}>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-2}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}<\mathrm{hys})+P({\mathrm{\&xi;}}_n>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-1}>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-2}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-4}<\mathrm{hys})}{P({\mathrm{\&xi;}}_{n-2}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}<\mathrm{hys})+P({\mathrm{\&xi;}}_{n-2}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-4}<\mathrm{hys})+P({\mathrm{\&xi;}}_{n-1}<\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-2}>\mathrm{hys},{\mathrm{\&xi;}}_{n-3}<\mathrm{hys})}\end{array}---\left(5\right)$

上述(4)、(5)式中的ξ＝[ξ_n,…,ξ₁]为高斯随机向量，是源小区与目标小区RSRP之差经L3滤波后的输出结果；

使用上述切换区域，将各组切换参数组合按照切换被延迟的大小排序，得到有序集合Φ＝[φ₁,φ₂,…,φ_n]，其中φ_i＝(TTT,k,hys)为第i时刻的切换参数组合，参数组合φ₁时切换被延迟的最少，φ_n时切换被延迟的最多；

对上述有序集合Φ进行筛选，剔除空口切换失败率较高的切换参数组合；在Φ中选出满足下式的切换参数组合，记为Θ＝[θ₁,…θ_m]＝[φ_i,…,φ_j]；其中m为满足下式条件的切换参数组合的数量，i，j为集合Φ中满足下式条件的参数组合的下标；

1-∫_HOregionf_FHO(TTT,k,hys,l)dl≤η_f  (6)

其中f_FHO(TTT,k,hys,l)为某一切换参数组合(TTT,k,hys)下的首次切换发起概率曲线，积分区间为对于空口的切换成功率而言理想的切换区域，η_f为一阈值；

第二步：在优化周期T1内，各eNB对空口的切换失败率、乒乓切换率进行统计，执行外循环的自优化算法，使切换性能满足要求；

第三步：当系统的切换性能满足要求时，在优化周期T2内，各eNB按下面公式(7)统计准入的拒绝率，按下面公式(8)统计总的切换失败率，按下面公式(9)在有序集合Θ内调整切换参数组合；

在优化周期T2内，记小区间的切换总次数为n_HO，空口的切换失败次数为n_fAir，准入控制造成的切换失败次数为n_fAd；则

准入的拒绝率为：

$r_{\mathrm{ad}\min }=\frac{n_{\mathrm{fAd}}}{n_{\mathrm{HO}}}---\left(7\right)$

总的切换失败率为：

$r_{\mathrm{fail}}=\frac{n_{\mathrm{fAir}}+n_{\mathrm{fAd}}}{n_{\mathrm{HO}}}---\left(8\right)$

切换参数组合调整的过程中，其取值限于有序集合Θ中；记时刻t的切换参数组合HOP(t)＝θ_i，1≤i≤m，在该参数组合下，准入的拒绝率记为r_admin(t)，总的切换失败率记为r_fail(t)，准入的拒绝率的目标值记为R_admin；则下一个优化周期t+1时刻的切换参数组合HOP(t+1)为：

第四步：各eNB判断总的切换失败率是否最小，按下面公式(10)或上述公式(9)确定下一个优化周期T2时的切换参数组合；

利用有序集合Θ的单向性，在调整完成后，判断调整的方向是否偏离使总的切换失败率最小化这一目标，及时纠正错误的调整方向；

a)若r_fail(t+1)>r_fail(t)且HOP(t+1)≠HOP(t)，则

HOP(t+2)＝HOP(t)  (10)

其余情况，跳转至第三步，按公式(9)确定HOP(t+2)。