CN104202770A - 一种基于邻区集的lte负载均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于邻区集的LTE负载均衡方法。包括以下步骤：步骤1：计算全局负载；步骤2：构建最小负载邻区集；步骤3：核算负载变化量；步骤4：实施负载转移；步骤5：收敛判决。本发明所得的基于邻区集的LTE负载均衡方法，从分析小区负载入手，根据其与全局负载的差值，推算出相应的负载变化量，借助物理资源块的能力及均衡因子要求，实施相应数量的用户转移决策。方法实施后能利用整个通信系统的资源利用率，提供更高的小区业务吞吐量，提升客户感知。

Description

一种基于邻区集的LTE负载均衡方法

技术领域

本发明涉及一种LTE通信网络小区负载均衡的方法，尤其是一种基于邻区集的LTE负载均衡方法。 

背景技术

在蜂窝移动通信中，用户的到达率、传输业务类型都是随机变化的，即不均衡的，这就导致了在热点小区的业务请求远远高于一个可接受的水平，而另一些小区则仍然具备可用资源来服务更多的用户。负载均衡能够解决热点小区的拥塞问题，提高系统的资源利用率，为更多的用户提供保证QoS(Quality of Sevice，服务质量)的服务。为此，本发明设计一种基于邻区集的小区负载均衡方法，通过将目标小区的负载进行针对性分析，与周边的邻区进行负载转移，进而达到调整负载的目标。 

发明内容

本发明针对现有负载均衡能够解决热点小区的拥塞问题，提高系统的资源利用率，为更多的用户提供保证QoS(Quality of Sevice，服务质量)的服务，提出一种更好地均衡各小区的负载，充分利用整个通信系统的资源利用率，提供更高的小区业务吞吐量，提升客户感受的基于邻区集的LTE负载均衡方法 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于邻区集的LTE负载均衡方法，包括以下步骤： 

步骤1：计算全局负载： 

步骤1-1：人工根据需求和实际情况设定每个小区c及其发射功率P_c、邻区x及其发射功率P_x、户u_i到小区x的路径损耗热噪声N、计算小区c内每个用户u_i的信噪比： ${\mathrm{SINR}}_{u_i}=\frac{P_c*L_{c,u_i}}{N+{\mathrm{\Σ}}_{x\≠c}(P_x*L_{x,u_i})};$

步骤1-2：设定用户u_i占用的物理资源块数量每个物理资源块的占用带宽BW，计算物理资源块能力：  $R_{u_i}=\frac{V_{u_i}}{{\mathrm{NPRB}}_{u_i}}=\mathrm{BW}*{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{u_i})=\mathrm{BW}*{\log }_2(1+\frac{P_c*L_{c,u_i}}{N+{\mathrm{\Σ}}_{x\≠c}(P_x*L_{x,u_i})});$

步骤1-3：设定小区c内总的物理资源块PRB_Tot，c、用户u_i申请的业务速率 计算小区c负载：

步骤1-4：对于各基站的小区负载计算全局负载： 

步聚2：构建最小负载邻区集 

选择具备最小负载的基站eNB_i，设定比其负载大的k个邻区组成邻区集NS_i＝{eNB_i，m，eNB_i，m+1，…，eNB_i，m+k}，计算eNB_i与其邻区集NS_i的平均负载： 

步骤3：核算负载变化量 

步骤3-1：计算eNB_i负载与邻区集平均负载的差值：对于邻区集中任何一个基站eNB_j(j≠i)计算比例负载变化量： 

步骤3-2：找出NS_i中负载最大的基站eNB_r，设定eNB_i与eNB_r重叠覆盖区域内所有用户U_ri＝{u_ri，1，u_ri，2…u_ri，h}，计算此类用户对eNB_i产生的总体负载变化量：

步骤4：实施负载转移 

计算：如果将eNB_r与eNB_i重叠区域中所有的用户U_ri＝{u_ri，1，u_ri，2…u_ri，h}转移到eNB_i，否则计算： (Ceil为天花板函数)。将U_ri集合中每个用户按进行升序排列，选择前z个用户转移到eNB_i中，满足：  ${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^z\frac{V_{u_i}}{R_{u_i}}\≤{\mathrm{\Σ}}_{u_i\∈{\mathrm{eNB}}_r}\left(\mathrm{\Δ}{\mathrm{NPRB}}_{u_i}\right),$ 并更新所有小区的负载； 

步骤5：收敛判决 

设定可接受的均衡状态β₀，收敛目标值ε，计算负载均衡因子： 核实条件：是否满足如果不满足则重复步骤1至步骤5，直到满足条件为止。 

本发明的实质性效果是：本发明所得的基于邻区集的LTE小区负载均衡方法，从分析全局负载入手，通过构建最小负载邻区集、核算负载变化量、实施负载转移、收敛判决等措施，对小区负载进行均衡，本发明所得的基于邻区集的小区负载均衡方法，可以解决小区间负载不一致而导致LTE系统利用率不高、部分小区过载的问题，有利用腾出更多资源为用户提供QoS保障。 

附图说明

图1基于邻区集的小区负载均衡方法流程； 

图2是本实施例中的收敛率迭代曲线图； 

图3是本实施例中的最大负载小区过载用户曲线图； 

图4是本实施例中的最大负载小区负载均衡过程图； 

图5是2：2组网小区吞吐量迭代曲线图。 

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。 

实施例1： 

本实例描述的基于邻区集的LTE小区负载均衡方法，包括计算全局负载、构建最小负载邻区集、核算负载变化量、实施负载转移、收敛判决等步骤。 

步骤1：计算全局负载 

步骤1-1：设定每个小区c及其发射功率P_c、邻区x及其发射功率P_x、户u_i到小区x的路径损耗热噪声N_t、计算小区c内每个用户u_i的信噪比：  ${\mathrm{SINR}}_{u_i}=\frac{P_c*L_{c,u_i}}{N+{\mathrm{\Σ}}_{x\≠c}(P_x*L_{x,u_i})};$

步骤1-2：设定用户u_i占用的物理资源块数量每个物理资源块的占用带宽BW，计算物理资源块能力：  $R_{u_i}=\frac{V_{u_i}}{{\mathrm{NPRB}}_{u_i}}=\mathrm{BW}*{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{u_i})=\mathrm{BW}*{\log }_2(1+\frac{P_c*L_{c,u_i}}{N+{\mathrm{\Σ}}_{x\≠c}(P_x*L_{x,u_i})});$

步骤1-3：设定小区c内总的物理资源块PRB_Tot，c、用户u_i申请的业务速率 计算小区c负载：

步骤1-4：对于各基站的小区负载计算全局负载： 

步聚2：构建最小负载邻区集 

选择具备最小负载的基站eNB_i，设定比其负载大的k个邻区组成邻区集NS_i＝{eNB_i，m，eNB_i，m+1，…，eNB_i，m+k}，计算eNB_i与其邻区集NS_i的平均负载： 

步骤3：核算负载变化量 

步骤3-1：计算eNB_i负载与邻区集平均负载的差值：对于邻区集中任何一个基站eNB_j(j≠i)，计算比例负载变化量： 

步骤3-2：找出NS_i中负载最大的基站eNB_r，设定eNB_i与eNB_r重叠覆盖区 域内所有用户U_ri＝{u_ri，1，u_ri，2…u_ri，h}，计算此类用户对eNB_i产生的总体负载变化量：

步骤4：实施负载转移 

计算：如果将eNB_r与eNB_i重叠区域中所有的用户U_ri＝{u_ri，1，u_ri，2…u_ri，h}转移到eNB_i，否则计算： (Ceil为天花板函数)。将U_ri集合中每个用户按进行升序排列，选择前z个用户转移到eNB_i中，满足：  ${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^z\frac{V_{u_i}}{R_{u_i}}\≤{\mathrm{\Σ}}_{u_i\∈{\mathrm{eNB}}_r}\left(\mathrm{\Δ}{\mathrm{NPRB}}_{u_i}\right).$

步骤5：收敛判决 

设定可接受的均衡状态β₀，收敛目标值ε，计算负载均衡因子：核实条件：是否满足，否则重复步骤1～4，直到满足条件为止。 

下面以N＝19为例对本方法进行具体说明，典型基础数据如表1和表2所示。 

序号	小区编号	初始负载	总RB数	备注
					1	小区1	0.14	80	互为邻区
2	小区2	0.25	80	互为邻区
					3	小区3	0.35	80	互为邻区
4	小区4	0.47	80	互为邻区
					5	小区5	0.49	80	互为邻区
6	小区6	0.38	80	互为邻区
					7	小区7	0.35	80	互为邻区

[0044] 

8	小区8	0.39	80	互为邻区
					9	小区9	0.315	80	互为邻区
10	小区10	0.32	80	互为邻区
					11	小区11	0.37	80	互为邻区
12	小区12	0.63	80	互为邻区
					13	小区13	0.55	80	互为邻区
14	小区14	0.99	80	互为邻区
					15	小区15	0.34	80	互为邻区
16	小区16	0.51	80	互为邻区
					17	小区17	0.932	80	互为邻区
18	小区18	0.35	80	互为邻区
					19	小区19	0.76	80	互为邻区

表1 

序号	项目	数据
			1	每用户申请速率(kbps)	512
2	用户信噪比(dB)	10
			3	均衡状态β0	0.999
4	收敛目标值ε	0.01％
			5	重叠用户数	4

表2 

步骤1：计算全局负载 

根据每用户申请的业务速率及信噪比，计算物理资源块能力：  $R_{u_i}=\frac{V_{u_i}}{{\mathrm{NPRB}}_{u_i}}=\mathrm{BW}*{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{u_i})=622.7\mathrm{kbps};$ 的全局负载： 

步聚2：构建最小负载邻区集 

选择具备最小负载的基站小区1，比其负载大的邻区数量为k＝18，组成邻区集NS_i＝{小区2，小区3，…，小区19}，，计算eNB_i与其邻区集NS_i的平均负载：

步骤3：核算负载变化量 

步骤3-1：计算小区1负载与邻区集平均负载的差值： 对于邻区集中任何一个基站eNB_j(j≠i)，计算比例负载变化量： 0.014，0.013，0.015，0.011，0.012，0.014，0.024，0.021，0.037，0，013，0.019，0.035，0.013，0.028} 

步骤3-2：找出NS_i中负载最大的基站eNB_r＝小区14，设定小区1与小区14重叠覆盖区域内所有用户U_ri＝{u_ri，1，u_ri，2…u_ri，h}，计算此类用户对eNB_i产生的总体负载变化量：

步骤4：实施负载转移 

计算：计算： 将U_ri集合中每个用户按进行升序排列，只能选择1个用户从小区14转移到小区1中，方能满足：

步骤5：收敛判决 

计算负载均衡因子：核实条件： abs(β-β₀)＝0.175＞ε＝0.01％，因此重复步骤1～5。在循环次数达到76次后收敛，收敛曲线、小区14的过载用户及负载变化、小区1和小区14的上/下行吞吐量(参见附图2～5)达到设定目标。(在小区负载稳定过程中，由于每用户申请的速率是一致的，其SINR也保持不变，小区吞吐量出现临时性的持平。) 

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。 

Claims (1)

1.一种基于邻区集的LTE负载均衡方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1：计算全局负载：

步骤1-1：人工根据需求和实际情况设定每个小区c及其发射功率P_c、邻区x及其发射功率P_x、户u_i到小区x的路径损耗热噪声N、计算小区c内每个用户u_i的信噪比： ${\mathrm{SINR}}_{u_i}=\frac{P_c*L_{c,u_i}}{N+{\mathrm{\Σ}}_{x\≠c}(P_x*L_{x,u_i})};$

步骤1-2：设定用户u_i占用的物理资源块数量每个物理资源块的占用带宽BW，计算物理资源块能力： $R_{u_i}=\frac{V_{u_i}}{{\mathrm{NPRB}}_{u_i}}=\mathrm{BW}*{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{u_i})=\mathrm{BW}*{\log }_2(1+\frac{P_c*L_{c,u_i}}{N+{\mathrm{\Σ}}_{x\≠c}(P_x*L_{x,u_i})});$

步骤1-3：设定小区c内总的物理资源块PRB_Tot，c、用户u_i申请的业务速率计算小区c负载：

步骤1-4：对于各基站的小区负载计算全局负载：

步聚2：构建最小负载邻区集

选择具备最小负载的基站eNB_i，设定比其负载大的k个邻区组成邻区集NS_i＝{eNB_i，m，eNB_i，m+1，…，eNB_i，m+k}，计算eNB_i与其邻区集NS_i的平均负载：

步骤3：核算负载变化量

步骤3-1：计算eNB_i负载与邻区集平均负载的差值：对于邻区集中任何一个基站eNB_j(j≠i)计算比例负载变化量：

步骤3-2：找出NS_i中负载最大的基站eNB_r，设定eNB_i与eNB_r重叠覆盖区域内所有用户U_ri＝{u_ri，1，u_ri，2…u_ri，h}，计算此类用户对eNB_i产生的总体负载变化量：

步骤4：实施负载转移

计算：如果将eNB_r与eNB_i重叠区域中所有的用户U_ri＝{u_ri，1，u_ri，2…u_ri，h}转移到eNB_i，否则计算：(Ceil为天花板函数)。将U_ri集合中每个用户按进行升序排列，选择前z个用户转移到eNB_i中，满足：并更新所有小区的负载；

步骤5：收敛判决

设定可接受的均衡状态β₀，收敛目标值ε，计算负载均衡因子：核实条件：是否满足如果不满足则重复步骤1至步骤5，直到满足条件为止。