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【技术专栏】华为LTE异频负载均衡算法验证


发布时间:2017-04-25 09:19:00



       LTE系统由于采用了OFDM,MIMO等先进的物理层传输技术、扁平化的网络结构和全IP系统架构,可以支持更大的系统带宽、更高的峰值速率和更短的传输延时,并得到更高的频谱效率;但由于业务的突发性,用户移动的随机性,它仍然存在不平衡分布的,导致整个网络中的负载可能出现不平衡的分布状态;即某些小区中可能驻留了大量的用户终端,出现过载的情况,而其他一些小区中终端数量却非常少;如何避免这种忙与空闲并存情况的发生,从而有效地提高系统的资源利用率,减少任务的平均响应时间,是负载均衡需要解决的问题;华为eNodeB可以在无人工干预的情况下根据小区负载状态准确实时地执行相应的负载均衡过程,本文针对此问题进行基于异频负载均衡算法进行验证与探讨。
 
不平衡分布    负载均衡    LTE高负荷
 
一、  均衡算法参数说明
 
1、   异频负载平衡算法开关
 
 
2、   负载平衡算法门限参数
 
 
二、  算法流程分解
 
1、负载均衡目的


 
2、负载算法准则
 
2.1  异频负载算法整体准则&流程
 
2.2  负载评估准则
       评估周期为1s,分别判断小区高/低负载状态:
       小区高负载状态判决准则:小区负载高于(负载平衡触发门限+负载偏置),持续5s以上;
       小区低负载状态判决准则:小区负载低于(负载平衡触发门限),持续5s以上。
 
2.3 MLB选择小区基本条件
       必须配置邻区、且邻区状态正常
       异站邻区必须具备X2接口
       负载交互消息可以获得
       邻区相对本小区PRB/用户数满足触发条件
 
2.4 MLB选择UE基本条件
       UE具备切换能力
       UE当前不能处于CA状态
       UE测量邻区信号满足基于负载均衡的切换信号条件
 
三、优化案例
 
1、 “揭阳金叶花园E-HLW1”负载均衡案例
1.1  负载均衡分析
 小区规模及覆盖场景
 
“揭阳金叶花园E-HLW”小区性能指标

 
       分析总结:揭阳金叶花园E-HLW1小区正常工作日忙时段存在严重高负载;揭阳金叶花园E-HLW101为同覆盖扩容小区,负载、利用率较低,两小区负载不均衡。
 
1.2负载均衡调整思路及实施方案
 
 
1.3  负载均衡调整后性能分析
        揭阳金叶花园E-HLW1小区流量占比由68%下降至60%,每日平均用户数由10个下降至8个,日平均用户数占比由90%下降至于65%;
        揭阳金叶花园E-HLW101小区流量占比由32%上升至40%,每日平均用户数由1个上升至4个,日平均用户数占比由10%上升至30%;
        修改后“用户数负载均衡触发的异频切换执行成功次数”上升明显,平均每日120次。
 
2、“揭阳全球通F-HLH3”负载均衡案例
2.1  负载均衡分析
小区规模及覆盖场景
 
       小区性能指标分析:高负载小区忙时下行总吞吐量每小时达到9.23GB,平均用户最高达41个,上行利用率高达235%左右,下行利用率高达69%左右。
 

 
       “揭阳全球通D-HLH103”为扩容小区,统计4月1-3日(正常工作日)三小区吞吐量、日平均用户数、最大用户数进行对比,情况如下:
 

 
       分析总结:揭阳全球通D-HLH3小区存在严重高负载;揭阳全球通D-HLH3/103为同覆盖扩容小区,负载、利用率较低,两小区负载不均衡。
 
2.2 负载均衡调整思路及实施方案
 

 
2.3  负载均衡调整后性能分析
       揭阳全球通F-HLW3小区流量占比由65%下降至33%,每日平均用户数无明显改善,日平均用户数占比由73%下降至于67%;
       揭阳全球通D-HLW3小区流量占比由38%上升至60%,每日平均用户数由8个上升至11个,日平均用户数占比由21%上升至26%;
       修改后(4月16-18日)流量&平均用户数达到高负载准则小时数下降明显,3天均未达到高负载小区准则门限。
 

 
3、“揭阳揭东开发区F-HLH1”负载均衡案例
 
3.1  负载均衡分析
       问题描述:揭阳揭东开发区F-HLH1/揭阳揭东开发区D-HLH1为共址站点,但两个小区的话务量及用户数相差较大,不均衡度较高,具体指标如下:
 

 
       问题初步分析:对比两个小区的工参,两个小区覆盖的方向角及下倾角均不一致,揭阳揭东开发区F-HLH1方向角及下倾角为100度及6度,揭阳揭东开发区D-HLH1分别为70度及9度。
 
       从下倾角看,F1小区覆盖的范围更广一些,从覆盖的区域看,F1小区覆盖的方向偏向居民区;从RS功率上看,F1小区比D1小区高3dBm,具体工参及覆盖情况如下:
 

 
3.2  负载均衡调整思路及实施方案
       MLB负载均衡参数优化:选取高负载的小区揭阳揭东开发区F-HLH1进行参数优化,具体如下:


 
       8月20日进行参数调整,观察调整后负载均衡功能生效,用户数负载均衡触发次数日均在1300次以上,F小区最大用户数由原来的100个以上降低为80个左右,D小区用户数变化不明显,但F&D小区非均衡度略有下降。
       从总体上看,负载均衡功能生效,高负载小区F1最大用户数及平均用户数均有下降,但不均衡度仍较高;如下:
 

 
       8月25日将F及D小区的重叠覆盖标识设置为否(即负载均衡对象针对所有异频邻区),同时将门限参数降低,将负载转移因子修改为100,具体如下:
 
 
       从指标上看(18:00-24:00),负载均衡触发次数有所增加,但均衡效果不明显(其中8月26日将揭阳揭东开发区D-HLH/揭阳揭东广安东二街D-HLH两个站点的重叠覆盖标识设置为是,即优先为负载均衡对象)
 

 
       异常切换参数优化:从共址站点异频切换参数策略看,用户优先驻留D频小区,从F小区异频切换判决门限(-92)与D小区异频启动测量A2门限(-106)看,两者相差14dBm,存在调整空间。
 
 
       8月27日在负载均衡参数优化的基础上,将从F小区异频测量A4判决门限由-92调整为-102,其它参数保持不变,观察调整后指标,小区最大用户数保持不变,平均用户数减少3个左右,异频切换次数增加8倍左右,切换成功率提升0.1%,具体如下:
 
 
       观察调整参数前后揭阳揭东开发区F-HLH1异频切换次数增加最多的top5邻区,增加最多的小区为揭阳揭东广安东二街D-HLH3(主要为异频切换门限的调整),其次为揭阳揭东开发区D-HLH1(主要为负载均衡参数的调整)。
 
 
       统计5个上区的KPI指标,调整负载均衡参数后最大用户数相比调整前增加20个,平均用户数增加4.32个,流量增加0.96GB;调整异频切换门限后最大用户数相比调整前增加10个,平均用户数增加2.53个;流量增加1.59GB;其它指标正常波动,统计5个小区具体指标如下:
 
 
       另外切换次数增加最多的小区揭阳揭东广安东二街D-HLH3各项指标正常波动:
 
 
3.3  负载均衡调整后性能分析
       对比优化前后同一周期4天的指标(8.14-8.17&8.21-8.24&8.28-8.31),负载均衡参数优化后小区最大用户数减少18个,约17%,小区平均用户数减少10个左右,约22%,流量减少2.34GB,约17%;在负载均衡参数优化基础上调整异频切换门限,小区最大用户数减少22个,约20%,小区平均用户数减少13个左右,约19%,流量减少2.63GB,约19%。(揭阳揭东开发区F-HLH1)具体指标如下:
 
 
       由于负载均衡对象包括多个邻区,故共址小区的不均衡度改善不明显,具体指标如下:
 
四、  总结
 
       影响小区负载均衡主要有工程参数(如方向角、下倾角等)、网优参数、驻留策略等方面。
       当小区出现不均衡时,可以从以下方面进行优化:
       工程参数:F/D共小区覆盖区域,在D小区覆盖方向无线环境较好的情况下,可将F/D小区的方向角合理调整,共同分担小区负荷;另外在无线环境允许的情况下,也可以对小区的下倾角、RS功率进行合理优化。
       负载均衡参数优化:在工程参数无法优化的情况下,可考虑负载均衡参数优化,各参数设置需根据小区负载情况具体设置,建议方案如下:
 
       异频切换参数优化:在负载均衡参数优化后仍未达到目标效果,可调整异频切换参数,如异频测量A4判决门限,在本案例小区中,F小区的异频切换判决门限为-92,而D小区的异频测量门限为-106,两者相差14dBm,有较大优化空间。本次将F小区异频测量A4判决门限由-92调整为-102,与D小区异频测量门限仍有4dBm的GAP空间,可避免造成频繁切换。
 
参考文献:
LTE异频负载均衡算法优化的技术应用    作者:张贞恒
基于异频MLB负载均衡解决LTE高负荷场景的优化方法研究    作者:王宇/饶东

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