WO2010088859A1 - 在分层小区中实现负荷均衡的方法、装置及系统 - Google Patents

Description

在分层小区中实现负荷均衡的方法、 装置及系统

本申请要求于 2009 年 2 月 5 日提交中国专利局、 申请号为 200910076893.7、 发明名称为"在分层小区中实现负荷均衡的方法、 装置及系 统"的中国专利申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及通信技术， 具体涉及一种在分层小区中实现负荷均衡的方法、 装置及系统。 背景技术

现今无线业务迅速增长而无线带宽有限，人们需要增大蜂窝网的容量， 最 直接的方法就是将蜂窝小区不断裂化成更小的微蜂窝小区，使频率复用距离减 少，从而提高单位面积下的网络容量。 然而蜂窝尺寸的减少将导致呼叫切换次 数的增加尤其是高速移动用户的呼叫很可能会被迫中断。解决这种问题的有效 方法就是使用分层蜂窝网络结构。 分层小区系统可能包含两层或更多层小区， 小区越小就位于层式结构的越底层，较大的小区用于覆盖较大的区域， 同时当 较小的小区负荷过重时， 大的小区可为成簇的小小区提供溢出的信道。 HCS ( Hierarchical Cell Structure, 分层小区结构）有助于提高覆盖面积， 增大系统 容量， 平衡各层之间的负荷， 为具有不同移动特性的用户提供服务。

在 HCS中， 分层小区系统可能包含两层或更多层小区，底层的小区用于吸 收业务而上层的小区用于覆盖。 用户的移动速度决定了哪一层最适于提供服 务。低速移动的用户尽量由底层小区提供服务， 而高速移动的用户由最上层的 小区提供服务。在当底层的小区的负荷较高而且上层小区负荷较轻时， 可以将 底层小区中的一部分用户转由上层小区提供服务， 以降低底层的负荷、提高整 个网络的容量并改善用户的体验。

2G/3G系统一般通过人工调整参数完成多层之间的负荷均衡， 而在 LTE

( Long Term Evolution, 长期演进） 系统中， 目前还没有对不同层之间进行负 荷均衡的有效方法， 并且不同层之间的负荷拥塞控制的相关参数需要人工配 置， 不仅增加了运维的成本， 而且缺乏灵活性。 发明内容

本发明实施例提供一种在分层小区中实现负荷均衡的方法、 装置及系统， 以在分层小区中自动实现不同层之间的负荷均衡。

为此， 本发明实施例提供如下技术方案：

一种在分层小区中实现负荷均衡的方法， 包括：

获取每层的各基站下的所有小区的负荷；

根据每层的各基站下的所有小区的负荷， 确定每层的负荷状态；

如果有处于高负荷状态的层， 则对不同层之间的负荷进行负荷均衡调整， 并通知各小区中的 UE读取更新后的系统消息。

一种在分层小区中实现负荷均衡的装置， 包括：

获取单元， 用于获取每层的各基站下的所有小区的负荷；

负荷状态确定单元， 用于根据每层的各基站下的所有小区的负荷，确定每 层的负荷状态；

均衡单元， 用于在所述负荷状态确定单元确定有处于高负荷状态的层，对 不同层之间的负荷进行负荷均衡调整；

通知单元， 用于在所述均衡单元进行负荷均衡调整过程中，通知各小区中 的 UE读取更新后的系统消息。

一种在分层小区中实现负荷均衡的系统，包括：操作管理模块和多个基站， 所述多个基站分别位于多层小区的相同或不同层；

所述基站，用于根据所述操作管理模块的通知或周期性地测量该基站下的 所有小区的负荷， 并将测量结果报告给所述操作管理模块；

所述操作管理模块，用于根据各基站的报告获取每层的各基站下的所有小 区的负荷， 根据每层的各基站下的所有小区的负荷， 确定每层的负荷状态， 并 在有处于高负荷状态的层时，对不同层之间的负荷进行负荷均衡调整， 在负荷 均衡调整完成后， 通知各小区中的 UE读取更新后的系统消息。

本发明实施例在分层小区中实现负荷均衡的方法、装置及系统，在分层小 区中， 利用基站上报的负荷信息自适应地调整频点的频点偏移值， 无需人工的 参与， 即可在分层小区中自动实现不同层之间的负荷均衡， 降低了运维成本。 附图说明

图 1是本发明实施例在分层小区中实现负荷均衡的方法的流程图； 图 2是本发明实施例在分层小区中实现负荷均衡的装置的结构示意图； 图 3是本发明实施例在分层小区中实现负荷均衡的系统的结构示意图。 具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图 和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

本发明实施例在分层小区中实现负荷均衡的方法、装置及系统，针对分层 小区， 获取每层的各基站下的所有小区的负荷； 根据每层的各基站下的所有小 区的负荷， 确定每层的负荷状态； 如果有处于高负荷状态的层， 则对不同层之 间的负荷进行负荷均衡调整， 并通知各小区中的 UE读取更新后的系统消息。 这样， 当底层的小区的负荷增大时，通过调整频点的频点偏移值将底层小区内 的部分用户转移到更高层的小区中，从而降低本小区的负荷， 达到不同层之间 负荷均衡， 提高系统的容量。

如图 1 所示， 是本发明实施例在分层小区中实现负荷均衡的方法的流程 图， 包括以下步骤：

步骤 101 , 获取每层的各基站下的所有小区的负荷。

在 LTE系统中， 负荷主要包含三个要素： 无线负荷（即空口上的负荷）、 传输网络层的负荷、节点的硬件负荷。其中无线负荷是基于每种 QCI( QoS Class Identifier,服务质量等级标识 )的 PRB ( Physical Resource Block, 物理资源块 ) 占用来确定的。

可以在分层小区系统内设置操作管理模块来实现对负荷均衡的控制，具体 地，每层的各基站可以周期地统计本基站下的所有小区的负荷， 并将统计结果 上报给所述操作管理模块， 这样， 所述操作管理模块就可以根据每层的各基站 上报的信息进行负荷均衡的控制； 当然，每层的各基站也可以进行不定期的统 计并上报， 比如所述操作管理模块确定需要进行负荷均衡时，通知每层的各基 站进行小区负荷的统计及上报。

步骤 102,根据每层的各基站下的所有小区的负荷，确定每层的负荷状态。 所述操作管理模块根据所有上报的结果计算出每层的平均小区负荷，并确 定每层所处的负荷状态； 具体地，对于每层的各基站下的所有小区的负荷进行 平均， 获得该层的平均小区负荷； 如果该层的平均小区负荷超过预设的该层的 负荷门限， 则确定该层处于重负荷状态； 否则确定该层处于正常负荷状态； 需要说明的是， 每层的负荷门限可以相同， 也可以不同。

步骤 103 , 如果有处于高负荷状态的层， 则对不同层之间的负荷进行负荷 均衡调整。

可以根据各层的平均小区负荷确定每层的新的频点偏移值， 具体地，将处 于重负荷状态的层所属频点的频点偏移值减小，将处于正常负荷状态的层所属 频点的频点偏移值增大。 比如， 如果底层处于重负荷状态， 则调整该底层的频 点偏移值， 将其减小。 然后， 将每层的频点偏移值调整到对应该层的新的频点 偏移值。频点偏移值增大或减小的具体数值可以根据仿真或者系统实际应用环 境来确定， 而且每次负荷均衡调整中频点偏移值增大或减 ' j、的数值可以相同， 也可以不同。

步骤 104, 通知各小区中的 UE读取更新后的系统消息。

具体地， 可以由操作管理模块将更新后的系统消息发送给各基站，再由基 站通知相应的 UE。 对于连接状态下的 UE, 可以通过测量控制消息通知其读 取更新后的系统消息； 对于空闲状态下的 UE, 可以通过寻呼消息通知其读取 更新后的系统消息。所述更新后的系统消息中包括根据各层的平均小区负荷确 定的每层的新的频点偏移值。

可见， 本发明实施例在分层小区中实现负荷均衡的方法， 利用基站上报的 负荷信息确定各层的负荷状态， 自适应地调整各层频点的频点偏移值， 无需人 工的参与， 即可在分层小区中自动实现不同层之间的负荷均衡， 降低了运维成 本。

为了适应未来 SON ( Self-Organizing Networks , 自组织网络）的技术特性， 在本发明实施例在分层小区中实现负荷均衡的方法中还可进一步包括以下步 骤：

对不同层之间的负荷进行负荷均衡调整时， 启动一定时器； 如果在所述定 时器超时后， 所述负荷均衡调整仍未完成， 则将每层的频点偏移值恢复到负荷 均衡调整前的频点偏移值， 并通知各小区中的 UE读取更新后的系统消息。 需要说明的是，在每次负荷均衡调整或者将每层的频点偏移值恢复到负荷 均衡调整前的频点偏移值后，都需要通知各小区中的 UE读取更新后的系统消 息， 在该系统消息中包含了相应的新的频点偏移值， UE根据该新的频点偏移 值进行小区切换。 在该小区切换过程中， UE需要进行 A3事件判决、 报告等 处理， 具体过程与现有技术中的小区切换过程相同， 在此不再赘述。 荷均衡的实现过程。

在以下实施例中， 假设分层小区共有 2层， 分别称为： 宏小区层和微小区 层。 具体过程如下：

每层的各基站都进行周期性的测量， 获得该基站下的所有小区的负荷。在 上行方向， 可以根据 GBR ( Guaranteed Bit Rate, 保证比特速率 )业务资源利 用率加 NGBR ( Non Guaranteed Bit Rate , 非保证比特速率） 业务 PBR ( Precedency Bit Rate, 优先级比特速率）需要的资源利用率， 统计上行的负 荷； 而在下行方向， 可以根据 GBR业务资源利用率， 统计下行的负荷。 各基 站将测量到的结果报告给操作管理模块。

操作管理模块将每层的小区上下行负荷分别进行平均，计算获得每层的上 下行平均小区负荷。当某小区某层的上行或者下行平均负荷超过该层的负荷门 限 UpThl或者 DownThl , 认为该小区的该层处于重负荷状态， 否则处于正常 状态。每层的负荷门限可以是不同的。假设此时微小区层的下行小区负荷大于 微小区层负荷门限 MicroDownThl , 因此确定微小区层处于重负荷状态。 而此 时操作管理模块根据各基站上报的信息判断宏小区层处于正常状态。

操作管理模块对微小区层和宏小区层进行负荷均衡调整。按照微小区层所 属频点的频点偏移值减小， 宏小区层所属频点的频点偏移增大的原则进行调 整，而微小区层和宏小区层的频点的新频点偏移值根据微小区层和宏小区层上 报的负荷信息计算获得。并且微小区层和宏小区层都通过测量控制消息通知所 有连接状态下的 UE, 通过寻呼消息通知空闲状态下的 UE读取更新后的系统 消息。

调整完毕后等待下个测量时刻的到来， 继续重复前述过程。 需要说明的是，还可以设置一定时器， 在操作管理模块对微小区层和宏小 区层进行负荷均衡调整时， 启动该定时器，如果该定时器超时后所述负荷均衡 调整的过程仍未完成， 也就是说， 各层的负荷仍未调整到理想状态， 则关闭该 定时器， 并恢复到进行负荷均衡处理之前的状态， 即恢复微小区层和宏小区层 在进行负荷均衡之前采用的频点的偏移值，并且微小区层和宏小区层都通过测 量控制消息通知所有连接状态下的 UE、 通过寻呼消息通知空闲状态下的 UE, 读取更新后的系统消息。

操作管理模块根据各基站报告的信息，如果判断所有的层都处于重负荷状 态， 表明负荷均衡调整失败， 此时， 可以将微小区层和宏小区层在进行负荷均 衡之前采用的频点的偏移值全部恢复，并且微小区层和宏小区层都通过测量控 制消息通知所有连接状态下的 UE, 通过寻呼消息通知空闲状态下的 UE读取 更新后的系统消息。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤 是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可 读取存储介质中， 所述的存储介质， 如： ROM/RAM、 磁碟、 光盘等。

本发明实施例还提供了一种在分层小区中实现负荷均衡的装置，如图 2所 示， 是该装置的结构示意图。

在该装置中包括： 获取单元 201、 负荷状态确定单元 202、 均衡单元 203 和通知单元 204。 其中， 获取单元 201 , 用于获取每层的各基站下的所有小区 的负荷； 负荷状态确定单元 202,用于根据每层的各基站下的所有小区的负荷， 确定每层的负荷状态； 均衡单元 203 , 用于在所述负荷状态确定单元 202确定 有处于高负荷状态的层， 对不同层之间的负荷进行负荷均衡； 通知单元 204, 用于在所述均衡单元 203完成负荷均衡后，通知各小区中的 UE读取更新后的 系统消息。 具体地， 可以通过测量控制消息通知连接状态下的 UE读取更新后 的系统消息， 通过寻呼消息通知空闲状态下的 UE读取更新后的系统消息。 所 述更新后的系统消息中包括根据各层的平均小区负荷确定的每层的新的频点 偏移值。

在本发明实施例中， 所述负荷状态确定单元 202的一种优选结构包括： 计 算子单元 221和判断子单元 222。 其中， 计算子单元 221 , 用于对于每层的各 基站下的所有小区的负荷进行平均， 获得该层的平均小区负荷； 判断子单元

222, 用于根据所述平均小区负荷判断各层所处的负荷状态， 如果该层的平均 小区负荷超过预设的该层的负荷门限， 则确定该层处于重负荷状态， 否则确定 该层处于正常负荷状态。

在本发明实施例中，所述均衡单元 203的一种优选结构包括： 频点偏移值 确定子单元 231和调整子单元 232。 其中：

频点偏移值确定子单元 231 , 用于根据各层的平均小区负荷确定每层的新 的频点偏移值， 具体地， 可以将处于重负荷状态的层所属频点的频点偏移值减 小， 将处于正常负荷状态的层所属频点的频点偏移值增大。

调整子单元 232, 用于将每层的频点偏移值调整到对应该层的新的频点偏 移值。

当然，本发明实施例中的负荷状态确定单元 202和均衡单元 203并不仅限 于上述这种结构， 也可以依据本发明实施例的思想， 有其他结构形式。

可见， 本发明实施例在分层小区中实现负荷均衡的装置， 可以通过获取每 层的各基站下的所有小区的负荷信息， 确定各层的负荷状态， 自适应地调整频 点的频点偏移值， 无需人工的参与， 即可在分层小区中自动实现不同层之间的 负荷均衡， 降低了运维成本。

需要说明的是，在本发明实施例的装置中，还可进一步包括： 定时器 205 , 动， 并在超时后关闭。 这样， 所述调整子单元 232, 还用于在所述定时器 205 超时后，如果所述负荷均衡调整仍未完成，将每层的频点偏移值恢复到负荷均 衡调整前的频点偏移值。所述通知单元 204在所述调整子单元 232将每层的频 点偏移值恢复到负荷均衡调整前的频点偏移值后，通知 UE读取更新后的系统 消息。 从而可以按照 SON的要求在一定的时间内完成负荷均衡的调整， 如果 超出该时间， 则放弃调整并恢复到调整之前的状态。

本发明实施例还提供了一种在分层小区中实现负荷均衡的系统，如图 3所 示， 是该系统的结构示意图。

所述系统包括： 操作管理模块 301和多个基站， 所述多个基站分别位于多 层小区的相同或不同层。 为了图示清楚，在图 3中示出了两个位于不同层的基 站 302和基站 303。

在该实施例中， 所述基站 302和基站 303 , 用于测量该基站下的所有小区 的负荷， 并将测量结果报告给所述操作管理模块 301 , 比如可以根据所述操作 管理模块 301的通知进行测量和报告，还可以周期性地进行测量和报告； 所述 操作管理模块 301 , 用于根据各基站的报告获取每层的各基站下的所有小区的 负荷， 根据每层的各基站下的所有小区的负荷， 确定每层的负荷状态， 并在有 处于高负荷状态的层时，对不同层之间的负荷进行负荷均衡。所述操作管理模 块 301的结构与图 2所示装置相同， 在此不再详细描述。

在运行中， 各基站通过测量， 获得该基站下的所有小区的负荷。 在上行方 向， 可以才艮据 GBR业务资源利用率加 NGBR业务 PBR需要的资源利用率， 统计上行的负荷； 而在下行方向， 可以根据 GBR业务资源利用率， 统计下行 的负荷。 各基站将测量到的结果报告给操作管理模块 301。

操作管理模块 301将每层的小区上下行负荷进行平均，计算获得每层的上 下行平均小区负荷。当某小区某层的上行或者下行平均负荷超过该层的负荷门 限 UpThl或者 DownThl , 认为该小区的该层处于重负荷状态， 否则处于正常 状态。每层的负荷门限可以是不同的。假设此时基站 302所属层的下行小区负 荷大于该层负荷门限 MicroDownThl , 因此确定该层处于重负荷状态。

操作管理模块 301对各层进行负荷均衡，将处于重负荷状态的层所属频点 的频点偏移值减小，将处理正常负荷状态的层所属频点的频点偏移值增大， 具 体值可以根据各层上报的负荷信息计算获得。然后通过测量控制消息通知所有 连接状态下的 UE, 通过寻呼消息通知空闲状态下的 UE读取更新后的系统消 息。

需要说明的是，本发明实施例中的操作管理模块 301可以是一个独立的功 能实体， 其结构与前面描述的在分层小区中实现负荷均衡的装置相同， 所述操 作管理模块 301 也可以是位于其他网络实体中的一个功能模块， 在此不做限 定。

可见， 本发明实施例在分层小区中实现负荷均衡的系统， 由位于不同层的 基站进行本基站内所有小区的负荷测量统计，并将统计结果报告给操作管理模 块， 由操作管理模块根据基站上报的各小区的负荷信息确定各层的负荷状态， 自适应地调整各层频点的频点偏移值， 无需人工的参与， 即可在分层小区中自 动实现不同层之间的负荷均衡， 降低了运维成本。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发 明进行了阐述， 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明实施例的方法、装 置及系统； 同时， 对于本领域的一般技术人员， 依据本发明实施例的思想， 在 具体实施方式及应用范围上均会有改变之处， 综上所述， 本说明书内容不应理 解为对本发明实施例的限制。

Claims

权 利 要 求

1、 一种在分层小区中实现负荷均衡的方法， 其特征在于， 包括： 获取分层小区中每层的各基站下的所有小区的负荷；

根据每层的各基站下的所有小区的负荷， 确定每层的负荷状态； 如果有处于高负荷状态的层， 则对不同层之间的负荷进行负荷均衡调整， 并通知各小区中的 UE读取更新后的系统消息。

2、 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述根据每层的各基站下 的所有小区的负荷， 确定每层的负荷状态包括：

对于每层的各基站下的所有小区的负荷进行平均，获得该层的平均小区负 荷；

如果该层的平均小区负荷超过预设的该层的负荷门限，则确定该层处于重 负荷状态； 否则确定该层处于正常负荷状态。

3、 根据权利要求 2所述的方法， 其特征在于， 所述对不同层之间的负荷 进行负荷均衡调整包括：

根据各层的平均小区负荷确定每层的新的频点偏移值；

将每层的频点偏移值调整到对应该层的新的频点偏移值。

4、 根据权利要求 3所述的方法， 其特征在于， 所述根据各层的平均小区 负荷确定每层的新的频点偏移值包括：

将处于重负荷状态的层所属频点的频点偏移值减小，将处于正常负荷状态 的层所属频点的频点偏移值增大。

5、 根据权利要求 3所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 如果在预定时间内所述负荷均衡调整仍未完成，则将每层的频点偏移值恢 复到负荷均衡调整前的频点偏移值， 并通知各小区中的 UE读取更新后的系统 消息。

6、 根据权利要求 1至 5任一项所述的方法， 其特征在于， 所述通知各小 区中的 UE读取更新后的系统消息包括：

通过测量控制消息通知连接状态下的 UE读取更新后的系统消息； 通过寻呼消息通知空闲状态下的 UE读取更新后的系统消息。

7、 根据权利要求 1至 5任一项所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包 括：

各小区中的 UE根据更新后的系统消息进行小区切换。

8、 一种在分层小区中实现负荷均衡的装置， 其特征在于， 包括： 获取单元， 用于获取每层的各基站下的所有小区的负荷；

负荷状态确定单元， 用于根据每层的各基站下的所有小区的负荷，确定每 层的负荷状态；

均衡单元， 用于在所述负荷状态确定单元确定有处于高负荷状态的层后， 对不同层之间的负荷进行负荷均衡调整；

通知单元， 用于在所述均衡单元进行负荷均衡调整过程中，通知各小区中 的 UE读取更新后的系统消息。

9、 根据权利要求 8所述的装置， 其特征在于， 所述负荷状态确定单元包 括：

计算子单元， 用于对于每层的各基站下的所有小区的负荷进行平均， 获得 各层的平均小区负荷；

判断子单元， 用于根据各层的平均小区负荷判断各层所处的负荷状态，如 果该层的平均小区负荷超过预设的该层的负荷门限，则确定该层处于重负荷状 态， 否则确定该层处于正常负荷状态。

10、 根据权利要求 9所述的装置， 其特征在于， 所述均衡单元包括： 频点偏移值确定子单元，用于根据各层的平均小区负荷确定每层的新的频 点偏移值；

调整子单元， 用于将每层的频点偏移值调整到对应该层的新的频点偏移 值。

11、 根据权利要求 10所述的装置， 其特征在于， 所述装置还包括： 并在超时后关闭；

所述调整子单元，还用于在所述定时器超时后， 如果所述负荷均衡调整仍 未完成， 将每层的频点偏移值恢复到负荷均衡调整前的频点偏移值。

12、 一种在分层小区中实现负荷均衡的系统， 其特征在于， 包括： 操作管 理模块和多个基站， 所述多个基站分别位于多层小区的相同或不同层； 所述基站， 用于测量该基站下的所有小区的负荷， 并将测量结果报告给所 述操作管理模块；

所述操作管理模块，用于根据各基站的报告获取每层的各基站下的所有小 区的负荷， 根据每层的各基站下的所有小区的负荷， 确定每层的负荷状态， 并 在有处于高负荷状态的层时，对不同层之间的负荷进行负荷均衡调整， 在负荷 均衡调整完成后， 通知各小区中的 UE读取更新后的系统消息。

13、 根据权利要求 12所述的系统， 其特征在于，

所述基站，具体用于根据所述操作管理模块的通知测量该基站下的所有小 区的负荷， 并将测量结果 4艮告给所述操作管理模块； 或者具体用于周期性地测 量该基站下的所有小区的负荷， 并将测量结果报告给所述操作管理模块。

14、 根据权利要求 12至 13任一项所述的系统， 其特征在于， 所述操作管 理模块为权利要求 8至 11任一项中所述的在分层小区中实现负荷均衡的装置。

15、 一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 包括计算机程序代码， 该计 算机程序代码由一个计算机单元执行， 使得该计算机单元：

获取每层的各基站下的所有小区的负荷；

根据每层的各基站下的所有小区的负荷， 确定每层的负荷状态；

如果有处于高负荷状态的层， 则对不同层之间的负荷进行负荷均衡调整， 并通知各小区中的 UE读取更新后的系统消息。