CN104768187A - 基于临界触发的lte负载均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于临界触发的LTE负载均衡方法。包括以下步骤：步骤1：计算小区负载；步骤2：构建临界触发点；步骤3：第一临界触发；步骤4：第二临界触发；步骤5：收敛判决；本发明所得的基于临界触发的LTE负载均衡方法，从分析小区负载入手，通过构建临界触发点，核算第一及第二临界触发门限值，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

基于临界触发的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，尤其是一种基于临界触发的负载均衡方法。

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。

2014.12.10公开了中国专利申请号为CN201410324613.0的一种基于邻区集的LTE负载均衡方法，该方法包括以下步骤：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。该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。不足的是，由于该方法需要频繁计算邻区集的平均负载，会额外增加系统负荷，导致客户感知有所滞后。此外，评定小区负荷的参数只有一个，不具备弹性和灵活性，存在一定的局限性。为此，本发明设计一种基于临界触发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，并设置为两级临界触发点，与周边的邻区进行相应的负载转移，进而达到调整负载的目标。

发明内容

本发明的目的是为了解决LTE网络中如何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，提升客户感知。

为了达到上述目的，本发明所设计的基于临界触发的LTE负载均衡方法，包括计算小区负载，构建临界触发点，第一及第二临界触发核算，收敛判决等步骤。对于候选基站集QB＝{eNB₁，eNB₂，…，eNB_N}，计算相应的小区负载，及临界触发点，根据不同的触发条件，推算出相应的负载变化量，根据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。

一种基于临界触发的LTE负载均衡方法，

步骤1：计算小区负载；

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： ${\mathrm{SINR}}_{u_i}=\frac{P_c*L_{c,u_i}}{N_t+{\mathrm{\Σ}}_{x\≠c}(P_x*L_{x,u_i})};$

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：构建临界触发点；

步骤2-1：对于任何小区i，设定两个触发点，其中，第一触发点K₁＝1，对于第二触发点，设定小区边缘用户与小区中心用户的数量比为σ_i，计算

步骤2-2：选择具备最大负载的基站eNB_i，设定k个邻区NS_i＝{eNB_m，eNB_m+1，…，eNB_m+k}，找到其中具备最小负载的基站eNB_j(j≠i)；

步骤3：第一临界触发；

若触发第一临界，并在eNB_i和eNB_j间进行负载转移，转移量为：跳至步骤5，否则，触发第二临界；

步骤4：第二临界触发；

步骤4-1：计算{eNB_m，eNB_m+1，…，eNB_m+k-1}的平均负载以及和

步骤4-2：如果K_2，i≤K_2，k，不进行任何负载转移，转至步骤5；否则，首先计算对于eNB_i与eNB_j重叠覆盖区域内的所有用户U_ij＝{u_ij，1，u_ij，2…u_ij，h}，计算将其全部转往eNB_j所产生的负载变化量

步骤4-3：计算实际发生转移的负载变化量在此基础上计算(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： ${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^z\frac{V_{u_i}}{R_{u_i}}\≤{\mathrm{\Σ}}_{u_i\∈e{\mathrm{NB}}_r}\left({\mathrm{\ΔNPRB}}_{u_i}\right),$ 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，否则重复步骤1～4，直到满足条件为止。

本发明所得的基于临界触发的LTE小区负载均衡方法，从分析小区负载入手，通过构建临界触发点、核算第一及第二临界触发值，并实施相应的负载转移、收敛判决等措施，对小区负载进行均衡。

本发明所得的基于临界触发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基于临界触发的小区负载均衡方法流程；

图2-6是本发明的效果对比示意图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例1：

本实例描述的基于临界触发的LTE小区负载均衡方法(参见附图1-6)，包括计算小区负载，构建临界触发点，第一及第二临界触发核算，收敛判决等步骤。

步骤1：计算小区负载；

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： ${\mathrm{SINR}}_{u_i}=\frac{P_c*L_{c,u_i}}{N_t+{\mathrm{\Σ}}_{x\≠c}(P_x*L_{x,u_i})};$

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：构建临界触发点；

步骤2-1：对于任何小区i，设定两个触发点；其中，第一触发点K₁＝1；对于第二触发点，设定小区边缘用户与小区中心用户的数量比为σ_i，计算

步骤2-2：选择具备最大负载的基站eNB_i，设定k个邻区NS_i＝{eNB_m，eNB_m+1，…，eNB_m+k}，找到其中具备最小负载的基站eNB_j(j≠i)；

步骤3：第一临界触发；

若触发第一临界，并在eNB_i和eNB_j间进行负载转移，转移量为：跳至步骤5；否则，触发第二临界。

步骤4：第二临界触发；

步骤4-1：计算{eNB_m，eNB_m+1，…，eNB_m+k-1}的平均负载以及和

步骤4-2：如果K_2，i≤K_2，k，不进行任何负载转移，转至步骤5；否则，首先计算对于eNB_i与eNB_j重叠覆盖区域内的所有用户U_ij＝{u_ij，1，u_ij，2…u_ij，h}，计算将其全部转往eNB_j所产生的负载变化量

步骤4-3：计算实际发生转移的负载变化量在此基础上计算(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： ${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^z\frac{v_{u_i}}{R_{u_i}}\≤{\mathrm{\Σ}}_{u_i\∈e{\mathrm{NB}}_r}\left({\mathrm{\ΔNPRB}}_{u_i}\right),$ 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，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	0.12	80	互为邻区
2	小区2	0.14	80	互为邻区
					3	小区3	0.23	80	互为邻区
4	小区4	0.67	80	互为邻区
					5	小区5	0.33	80	互为邻区
6	小区6	0.25	80	互为邻区
					7	小区7	0.24	80	互为邻区
8	小区8	0.31	80	互为邻区
					9	小区9	0.45	80	互为邻区
10	小区10	0.28	80	互为邻区
					11	小区11	0.77	80	互为邻区
12	小区12	0.89	80	互为邻区
					13	小区13	0.45	80	互为邻区
14	小区14	1.59	80	互为邻区
					15	小区15	0.11	80	互为邻区

16	小区16	0.51	80	互为邻区
					17	小区17	0.84	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
6	第一触发点	1
			7	第二触发点	0.85

表2

步骤1：计算小区负载

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：构建临界触发点

所有基站的第一临界触发点为1，第二触发点为0.85。最大负载基站为小区14，负载1.59，最小负载为小区1，负载0.12；

步骤3：第一临界触发

由于小区14的负载大于第一临界触发点，此时触发第一临界，并在小区14和小区1间进行负载转移，转移量为0.59。实施转移后，小区负载均衡因子为0.7703，比实施前的0.655提升0.1153，但仍然未达到0.999的目标值。此时，继续进行临界值的核算；

步骤4：第二临界触发

步骤4-1：触发第一临界后的最大负载小区仍然是小区14，负载为1，但最小负载小区已经变成小区2，负载为0.14，已经不满足第一临界触发条件。计算{eNB_m，eNB_m+1，…，eNB_m+k-1}的平均负载为0.4606，计算为0.8066，最大负载小区14的为1，满足第二临界触发；

步骤4-2：计算在小区2和小区14重叠覆盖区域内的所有用户U_ij＝{u_ij，1，u_ij，2…u_ij，h}发生转移的负载变化量为

步骤4-3：计算实际发生转移的负载变化量在此基础上计算将U_ri集合中每个用户按进行升序排列，选择前4个用户转移到小区2中，才能满足 ${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^z\frac{V_{u_i}}{R_{u_i}}\≤{\mathrm{\Σ}}_{u_i\∈e{\mathrm{NB}}_r}\left({\mathrm{\ΔNPRB}}_{u_i}\right).$

步骤5：收敛判决

实施第二临界触发后的负载均衡因子：β＝0.7791，由于abs(β-β₀)＝0.2198≤0.999仍然不满足收敛条件，重复步骤1～5，直到满足条件为止。

在循环次数达到15次后收敛，收敛曲线、最大负载小区的过载用户数、均衡过程及吞吐量，以及最小负载小区的均衡过程分别参见附图2～6所示。

Claims (1)

1.一种基于临界触发的LTE负载均衡方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1：计算小区负载；

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： ${\mathrm{SINR}}_{u_i}=$ $\frac{P_c*L_{c,u_i}}{N_t+{\mathrm{\Σ}}_{x\≠c}(P_x*L_{x,u_i})};$

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：构建临界触发点；

步骤2-1：对于任何小区i，设定两个触发点，其中，第一触发点K₁＝1，对于第二触发点，设定小区边缘用户与小区中心用户的数量比为σ_i，计算

步骤2-2：选择具备最大负载的基站eNB_i，设定k个邻区NS_i＝{eNB_m，eNB_m+1，…，eNB_m+k}，找到其中具备最小负载的基站eNB_j(j≠i)；

步骤3：第一临界触发；

若触发第一临界，并在eNB_i和eNB_j间进行负载转移，转移量为：跳至步骤5，否则，触发第二临界；

步骤4：第二临界触发；

步骤4-1：计算{eNB_m，eNB_m+1，…，eNB_m+k-1}的平均负载以及和

步骤4-2：如果K_2，i≤K_2，k，不进行任何负载转移，转至步骤5；否则，首先计算对于eNB_i与eNB_j重叠覆盖区域内的所有用户U_ij＝{u_ij，1，u_ij，2…u_ij，h}，计算将其全部转往eNB_j所产生的负载变化量

步骤4-3：计算实际发生转移的负载变化量在此基础上计算(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，否则重复步骤1～4，直到满足条件为止。