CN105594252A - 基于用户流量概况实现lte多载波负载平衡的方法和系统 - Google Patents

基于用户流量概况实现lte多载波负载平衡的方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种用于无线通信网络内载波间负载平衡的方法，该方法包括以下步骤：-收集指示用户流量概况的信息，所述用户流量概况与通过第一载波频率连接至所述无线通信网络的用户设备关联；至少基于指示所述用户流量概况的信息，确定是否将所述用户设备的流量从所述第一载波频率卸载到第二载波频率上。

Description

基于用户流量概况实现LTE多载波负载平衡的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于多载波无线通信系统中负载平衡的方法和系统。
背景技术
随着用户LTE(长期演进)的快速普及，为维持预期/当前用户服务质量(例如，提供有竞争性的用户吞吐量)，运营商正计划部署额外的载波(以提高随着用户增加而要求的容量)。随着多LTE载波的部署(宏小区部署和城市站部署)，运营商希望在所有载波上实现有效的负载/流量平衡，以优化额外负载的使用，从而满足所有用户的期望服务水平。
否则，超载小区上的预定用户设备(UE)会经历比不部署额外载波更糟糕的服务质量(QoS)。
因此，LTE多载波负载平衡必不可少。实际上，对于主要关注点为满足用户期望的蜂窝网络运营商而言，已部署多载波之间的流量/负载平衡是最重要的议题之一。
最新的针对LTE网络内多载波间负载平衡的解决方案要么基于连接的UE的数量，要么基于下行链路吞吐量(每帧利用物理资源块的数量)。但是，e节点B仍然难以确定哪个UE从一个载波频率移动到另一个载波频率。
发明内容
不同实施方式的目的是解决前述一个或多个问题的影响。下面是实施方式的简要总结，以提供对不同实施方式某些方面的基本理解。该总结不是这些不同实施方式的全面展现。该总结不应理解为确定这些不同实施方式的关键元素，或限定它们的保护范围。其唯一的目的是以简化的方式来呈现某些概念，作为后面更详细描述的前序。
某些实施方式涉及提供具体而独特能力的方法和装置，该能力在提供异构服务的LTE网络的不同载波间实现适当的负载平衡。
某些实施方式提供基于用户流量概况(profile)实现LTE多载波负载平衡的方法和装置。
某些实施方式提供用于平衡LTE网络内已部署载波间的实时负载，从而使每个已接入UE的服务质量最大化的方法和装置。
不同实施方式涉及用于无线通信网络内载波间负载平衡的方法，这些方法包括以下步骤：
-收集指示用户流量概况的信息，所述用户流量概况与通过第一载波频率连接至所述无线通信网络的用户设备关联；
-至少基于指示所述用户流量概况的信息，确定是否将所述用户设备的流量从所述第一载波频率卸载到第二载波频率上。
根据一个广泛的方面，上述步骤还包括将所述用户流量概况分为高数据流量用户，中等数据流量用户，或低数据流量用户的分类步骤。该分类步骤包括为用户流量概况分类设置至少一个阈值的设置步骤，以及将指示所述用户流量概况的所述信息与设置的所述阈值比较的比较步骤。
根据另一个广泛的方面，指示所述用户流量概况的所述信息包括以下信息中的至少一个：
-预定义之前时间段内的用户下行链路流量，可以收集每承载服务质量类标识符(QCI)类型的该用户下行链路流量；
-预定义之前时间段内的用户上行链路流量，可以收集每承载服务质量类标识符(QCI)类型的该用户上行链路流量；
-预定义之前时间段内用于发送或接收所述下行或上行链路流量的用户活跃时间；
-每小时的连接数量，以及每个连接的持续时间。
此外，不同实施方式涉及用于无线通信网络内载波间负载平衡的系统，这些系统包括：
-用户流量概况管理器，该用户流量概况管理器被配置为收集指示用户流量概况的信息，所述用户流量概况与通过第一载波频率连接至所述无线通信网络的用户设备关联；
-卸载决策器，该卸载决策器被配置为至少基于指示所述用户流量概况的信息，确定是否将所述用户设备的流量从所述第一载波频率卸载到第二载波频率上。
根据一个广泛的方面，所述用户流量概况被配置为将收集到的指示所述用户流量概况的所述信息发送至所述卸载决策器。在用户设备向无线通信发出服务请求(在初始上下文建立请求内)的过程中，收集到的指示所述用户流量概况的所述信息被发送至卸载决策器。
根据另一个广泛的方面，所述用户流量概况管理器包括在无线网络的移动性管理实体内，所述卸载决策器包括在与所述用户设备连接的e节点B内。
根据另一个广泛的方面，在切换过程中，指示所述用户流量概况的所述信息在切换请求内从所述e节点B发送至切换目标e节点B。
根据另一个广泛的方面，所述卸载决策器还被配置为在所述用户设备向所述无线通信网络发出上下文释放请求(在上下文释放完整消息内)期间将指示所述用户流量概况的所述信息发送至所述用户流量概况管理器。
尽管易于对不同实施方式进行各种修改，并有各种替换形式，还是在附图中示例性地显示了其特定实施方式。但是，应该理解的是，在此对特定实施方式的描述不将本发明局限为所公开的特定形式。
当然，可以理解的是，在任何这些实际实施方式的开发过程中，可以做出特定于实施方式的决定以实现开发者的特定目的，例如，符合系统相关的约束条件和业务相关的约束条件。可以理解的是，这种开发努力可能耗时长久，但是对受益于本发明的本领域技术人员而言，这是很容易理解的。
附图说明
根据下面公开的内容和权利要求，可以更清楚地理解不同实施方式的目的，优点和其它特征。下面参考附图对优选实施方式进行的非限制性描述仅用于示范，在这些附图中：
-图1为显示了用于无线通信网络内载波间负载平衡的功能实体的示意图；
-图2和图3为显示了LTE网络节点之间为实现载波间负载平衡进行的交互的示意图。
具体实施方式
通过分析关于LTE下行链路/上行链路流量触发的用户流量概况，可以发现：
-大约10％的“高”数据流量用户(即最大的LTE消费者)触发全部下行链路/上行链路流量的大约80％；
-接下来40％的“中等”数据流量用户触发全部下行链路/上行链路流量的不到20％；
-接下来50％的“低”数据流量用户触发全部下行链路/上行链路流量的不到1％。
基于观察到的这些分布，可以说用户流量概况对LTE小区中的流量负载具有重大影响，因此对载波的负载具有重大影响。例如，如果上面提到的10％“高”数据流量用户未能在不同载波间正确平衡，经历的服务质量会下降(尽管有多个已部署的载波，容量足够)。
实际上，如果多个“高”数据流量用户(即最大LTE消费者)由载波A服务，则与在不同载波(包括载波A)间正确平衡相比，这些用户以及最终同时由该载波A服务的其他用户，必定会经历低得多的服务质量。
“用户流量概况”的意思是一组信息，该信息描述具有已开通LTE用户设备的用户的LTE通信行为。用户流量概况可以包括指示用户流量概况的任何信息，例如：
-最后k分钟内最后n个连接(例如，最后20分钟内最后5个连接)的用户下行链路/上行链路流量(例如，接收/发送的千字节)，或者更广泛地说，UE最近通信历史的下行链路和/或上行链路流量。可以收集每承载服务质量类标识符(QCI)类型(其确定用户应用/服务，例如VoLTE电话，视频，实时游戏，以及其他尽力服务应用程序，例如网络浏览，文件下载，音频流的用户流量特征)的这些下行链路/上行链路流量。该信息可以用于优化负载平衡；
-在之前时间段内(例如，在最后k分钟内)用于发送或接收所有下行链路/上行链路流量的用户“活跃时间”(即发送或接收用户数据包，包括重传所需的时间)；
-连接率(即每小时的连接个数)即连接持续时间。该信息可以用于将UE的载波优先级改为足够长，以将其保持在其他载波上以进行下一次连接(例如，空闲模式移动性控制信息中的定时器T320)。
可以基于和上述指示用户流量概况的信息相关的预定义阈值将用户流量概况分为不同组。在某些实施方式中，根据以下情况，基于和用户下行链路或上行链路流量相关的阈值将用户流量概况分为三个主要的组(即高数据流量用户，中等数据流量用户，或低数据流量用户)：
-如果用户下行链路数据流量(针对收集周期)
o高于5Mb，则该用户属于“高数据流量用户”组；
o为1至5Mb之间，则该用户属于“中等数据流量用户”组；
o低于1Mb，则该用户属于“低数据流量用户”组；
-或者，如果用户上行链路数据流量(针对收集周期)
o高于500Kb，则该用户属于“高数据流量用户”组；
o为100至500Kb之间，则该用户属于“中等数据流量用户”组；
o低于100Kb，则该用户属于“低数据流量用户“组。
宏/微e节点B使用接入它的UE的如上限定“用户流量概况“来平衡多个载波间这些UE施加的LTE负载。
为此，参考图1，用户流量概况管理器1被配置为收集并维护用户流量概况信息。实际上，当UE6接入LTE网络5时，用户流量概况管理器1为该UE创建用户流量概况，或者，如果该用户流量概况已经存在，则对其进行更新。用户流量概况信息可以由移动性管理实体(MME)推导，从LET网络5内的服务网关，e节点B，或任何其他网络节点检索。
用户流量概况管理器1优选包括在移动性管理实体(MME)2中。有利地，MME2能够(与宏/微e节点B相反)能够在UE6从连接状态转为空闲状态时保存上下文信息。
用户流量概况管理器1还被配置为将维护的用户流量概况发送至卸载决策器3。该卸载决策器3被配置为决定是否将UE6的流量从它与LTE5连接所用的载波频率卸载到另一个载波频率。卸载决策器3的决定是基于从用户流量概况管理器接收的用户流量概况。优选地，卸载决策器3包括在与UE6连接的e节点B4中。
卸载决策器3还被配置为在用户设备6向无线通信网络5发出上下文释放请求期间将指示用户流量概况的信息发送至用户流量概况管理器1。
现在参考图2，一旦UE在服务请求期间接入e节点B(连接建立：图2中的步骤1至4)，则MME向e节点B发送用户流量概况(图2中的步骤4)。实际上，当UE触发服务请求(图2中的步骤1和步骤2)时，MME将当前UE流量概况包括在“S1-AP初始上下文建立请求+UE流量概况”消息中，并将该消息发送至e节点B。图1显示了进一步的常规步骤，所述步骤响应于服务请求，并涉及服务网关(服务GW)，分组数据网络网关(PDNGW)，策略和计费规则功能(PCRF)，策略与计费执行功能(PCEF)，以及归属用户服务器(HSS)。
随后，基于e节点B接收到的“S1-AP初始上下文建立请求+UE流量概况”内的用户流量概况，e节点B(更精确地，卸载决策器)识别并将UE“标记”为高数据流量用户，中等数据流量用户或低数据流量用户，接下来e节点B(最终，在多个载波间)执行负载平衡/再平衡。
例如，当蜂窝资源不平衡时(例如，载波A的服务质量与载波B的服务质量比低于预定义阈值，或物理资源块(PRB)利用率低)，则e节点B通过以下方式对载波B上标记为“高数据流量UE”的UE的负载进行再平衡：将至少该“高数据流量UE”从载波A移动/卸载。因此，如果X2/S1切换事件被触发，则e节点B向目标e节点B发送更新的用户流量概况。当UE触发切换事件(X2或S1)时，源e节点B将UE流量概况包括在“切换请求”(HANDOVERREQUEST)消息中，并将其发送给目标e节点B。
在服务释放过程(图3)中，e节点B在UE改变为空闲状态时向MME发送更新的用户流量概况(在S1释放过程中)(图3中的步骤S6)。实际上，当e节点B触发“S1-AP：S1UE上下文释放”(图3中的步骤1)时，e节点B将用户流量概况包括在“S1-AP：S1UE上下文释放”消息中：“S1-AP：S1UE上下文释放+UE流量信息”。图3中显示的剩余步骤是S1释放请求的常规步骤。
更普遍地，基于UE流量概况(从MME或任何其他网络节点接收)，e节点B将UE标记为高，中等，或低数据流量UE。在所示实施方式中，根据用户流量概况，e节点B可以获得从最后k分钟内收集的n个连接(例如，n可以为1至20个连接，k可以为10至60分钟)中保存的全部用户(非GBR承载)流量(例如，为尽力服务而接收/发送的千字节)以及活跃时间。因此，在所示实施方式中，e节点B基于用户流量(下行链路+上行链路流量)和活跃时间(例如，在最后20分钟期间)确定UE流量概况的分类(即，它是高数据流量UE，中等数据流量UE，或是低数据流量UE)，从而决定是否卸载该UE的负载。
需要注意的是，网络运营商可能需要基于网络部署情况批准预配置的阈值/参数/历史深度(即，之前时间段的持续时间)，从而对用户流量概况进行分类。
在UE的连接建立过程中，e节点B核实与其连接的所有高/中等/低数据流量UE在多个载波间适当地平衡。否则，e节点B基于与其连接的UE的流量概况(如前所述，其可以包括基于承载QCI信息的流量类型)执行要求的负载平衡/再平衡。
因此，e节点B能够识别通常具有高数据流量使用量的UE，并随后使用该信息适当地平衡载波。有利地，这带来对载波的最佳使用，同时确保接入e节点B的所有UE具有最佳服务质量。
在一种实施方式中，对由超载小区支撑，要求高QoS的承载执行负载平衡。很明显，“不平衡的”小区/承载导致其服务的UE的QoS极大降低。
上面描述的负载平衡实施方式可以极大地提高进行异构服务的LTE网络的性能，降低对QoS有要求的用户的呼叫阻塞可能性，并提高吞吐量。
有利地，归功于上面描述的基于UE的通常流量(即用户流量概况)实现载波负载平衡的方法和系统，e节点B能够识别出高数据流量用户，并在需要的情况下利用该信息有效地对载波进行再平衡。

Claims (14)

1.一种用于无线通信网络内载波间负载平衡的方法，该方法包括以下步骤：
-收集指示用户流量概况的信息，所述用户流量概况与通过第一载波频率连接至所述无线通信网络的用户设备关联；
-至少基于指示所述用户流量概况的信息，确定是否将所述用户设备的流量从所述第一载波频率卸载到第二载波频率上。
2.如权利要求1所述的方法，其中指示所述用户流量概况的信息包括以下信息中的至少一个：
-预定义之前时间段内的用户下行链路流量；
-预定义之前时间段内的用户上行链路流量；
-预定义之前时间段内用于发送或接收下行或上行链路流量的用户活跃时间；
-每小时的连接数量，以及每个连接的持续时间。
3.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其中收集每承载服务质量类标识符类型的所述用户下行链路流量和所述用户上行链路流量。
4.如前述权利要求中任意一项所述的方法，该方法还包括将所述用户流量概况分类的分类步骤，该分类步骤包括为用户流量概况分类设置至少一个阈值的设置步骤，以及将指示所述用户流量概况的信息与所设置的阈值比较的比较步骤。
5.一种用于无线通信网络内载波间负载平衡的系统，该系统包括：
-用户流量概况管理器(1)，该用户流量概况管理器被配置为收集指示用户流量概况的信息，所述用户流量概况与通过第一载波频率连接至所述无线通信网络(5)的用户设备(6)关联；
-卸载决策器，该卸载决策器被配置为至少基于指示所述用户流量概况的信息，确定是否将所述用户设备(6)的流量从所述第一载波频率卸载到第二载波频率上。
6.如前述权利要求所述的系统，其中所述用户流量概况管理器(1)被配置为将收集到的指示所述用户流量概况的信息发送至所述卸载决策器(3)。
7.如前述权利要求所述的系统，其中在所述用户设备(6)向所述无线通信(5)发出服务请求期间，收集到的指示所述用户流量概况的信息被发送至所述卸载决策器(3)。
8.如前述权利要求所述的系统，其中指示所述用户流量概况的信息在初始上下文建立请求内被发送。
9.如权利要求5至8中任意一项所述的系统，其中所述用户流量概况管理器(1)包括在所述无线网络(5)的移动性管理实体(2)内。
10.如权利要求5至9中任意一项所述的系统，其中所述卸载决策器(3)包括在与所述用户设备(6)连接的e节点B(4)内。
11.如权利要求5至10中任意一项所述的系统，其中在切换过程中，指示所述用户流量概况的信息从所述e节点B(4)被发送至切换目标e节点B。
12.如前述权利要求所述的系统，其中指示所述用户流量概况的信息包括在切换请求中。
13.如权利要求5至12中任意一项所述的系统，其中所述卸载决策器(3)还被配置为在所述用户设备(6)向所述无线通信网络(5)发出上下文释放请求期间，将指示所述用户流量概况的信息发送至所述用户流量概况管理器(1)。
14.如前述权利要求所述的系统，其中指示所述用户流量概况的信息在上下文释放完整消息内被发送。
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