LTE SON下的一種基站自規(guī)劃機制

任 叢,汪 洋,劉占軍,黃 瓊

(重慶郵電大學(xué)移動通信重點實驗室,重慶 400065)

1 引 言

隨著LTE的部署,網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的數(shù)量變得越來越多,結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜;2G/3G網(wǎng)絡(luò)采用的是傳統(tǒng)運維方式,需要大量人員從事網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、維護和優(yōu)化的工作,如果LTE仍采用傳統(tǒng)運維模式,那么運營商必須付出更多的OPEX(運營成本);基站數(shù)量的迅速增加(尤其是eNB)也需要用盡可能少的人力來進行管理[1]。文獻[2]對這些新需求進行了規(guī)范,即自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)。SON的全稱是自組織網(wǎng)絡(luò)(Selforganizing Network),是在LTE網(wǎng)絡(luò)的標準化階段由移動運營商主導(dǎo)提出的概念,其主要思路是實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的一些自主功能,減少人工參與,降低運營成本[3],包括從前期的網(wǎng)絡(luò)自規(guī)劃到運營過程中的自配置、自優(yōu)化、自愈合、自規(guī)劃等一系列新技術(shù)[4,5]。

在目前的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中,是否需要新建基站以及基站建設(shè)的站點選取大都是靠人工手動選取,這種方法除了不夠智能化以外,得出的基站位置也不夠精確,而且運營成本較高,因此SON中的自規(guī)劃功能希望這一過程能夠由網(wǎng)絡(luò)自動進行,減少人工參與,從而降低運營成本。現(xiàn)在關(guān)于自規(guī)劃的研究尚處于起步階段,還有很大的發(fā)展?jié)摿脱芯靠臻g。本文提出一種根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化動態(tài)地調(diào)整小區(qū)參數(shù)進而決策在何時何地新建一個基站的自規(guī)劃機制,并通過仿真分析證明了該新建基站不僅能夠消除網(wǎng)絡(luò)中多余的業(yè)務(wù)量,還能達到負載均衡的效果。關(guān)于負載均衡的問題,已經(jīng)有很多文獻提出了各種解決方法[6-7],但負載均衡不是本文的重點,只是自規(guī)劃機制的一個附加優(yōu)化參數(shù)。

2 eNB自規(guī)劃流程設(shè)計

2.1 小區(qū)之間協(xié)調(diào)流程圖

eNB對小區(qū)內(nèi)的業(yè)務(wù)量狀況進行實時監(jiān)控。判斷基站實時業(yè)務(wù)量Ts是否超過溢出門限值Tst,如果沒有超出,則繼續(xù)監(jiān)控;如果超出,則判斷源基站發(fā)射功率Ps是否達到功率最大門限Pst,如果沒有到達,則調(diào)整發(fā)射功率來增大該基站業(yè)務(wù)量的上限;如果功率已經(jīng)為最大門限值,則判斷基站的天線仰角As,看As是否已經(jīng)到達天線仰角最小門限Ast,如果沒有則降低天線仰角從而使小區(qū)覆蓋范圍減小,最終減少小區(qū)業(yè)務(wù)量。如果基站功率和天線仰角都已經(jīng)不可調(diào),則向相鄰基站求助,分析小區(qū)內(nèi)哪些區(qū)域的業(yè)務(wù)量較大,向與這些區(qū)域相鄰的小區(qū)發(fā)送請求分擔(dān)業(yè)務(wù)量(Request to Share the Traffic,RST)信令。

圖1 小區(qū)之間協(xié)調(diào)流程Fig.1 Coordination flow between cells

2.2 小區(qū)接收到RST信令的處理流程

基站接收到相鄰小區(qū)發(fā)送的RST信令,判斷小區(qū)內(nèi)現(xiàn)有業(yè)務(wù)量Tt是否超出分擔(dān)門限值T′tt,該門限值應(yīng)小于小區(qū)業(yè)務(wù)量溢出門限。如果超出,則發(fā)送不予以分擔(dān)(Not Sharing the Traffic,NST)信令給源小區(qū);如果沒有超出,判斷如果予以分擔(dān),則分擔(dān)之后的業(yè)務(wù)量T=Tt+Tss(Tss為源小區(qū)要求目標小區(qū)分擔(dān)的業(yè)務(wù)量大小)是否超出小區(qū)業(yè)務(wù)量溢出門限值Ttt;如果超出,同樣是發(fā)送不予以分擔(dān)(NST)信令給源小區(qū);如果沒有超出,則判斷與源小區(qū)相鄰的扇區(qū)的功率Pt和天線傾角At是否已調(diào)整至極值點Ptt和Att,如果沒有則調(diào)整功率、天線傾角等參數(shù),擴大小區(qū)覆蓋范圍來分擔(dān)源小區(qū)的業(yè)務(wù)。如果已調(diào)整至極值點,則發(fā)送不予以分擔(dān)(NST)信令給源小區(qū)。

圖2 基站應(yīng)答RST信令的處理流程Fig.2 Processing flow of ENB responding the RST signaling

2.3 基站接收到NST信令后的處理流程

圖3 基站應(yīng)答NST信令的處理流程Fig.3 Processing flow of ENB responding the NST signaling

基站接收到相鄰小區(qū)發(fā)送的不予以分擔(dān)(NST)信令,由于小區(qū)覆蓋范圍的調(diào)整需要一定的時間,因此需要一定的時間來等待調(diào)整的完成。等待過后,判斷基站總體業(yè)務(wù)量Ts是否仍然超出其門限值Tst,若沒有超出,則表明已經(jīng)有相鄰小區(qū)分擔(dān)了該小區(qū)的部分業(yè)務(wù)或者該小區(qū)自身業(yè)務(wù)量迅速縮減至小于基站溢出門限值的范圍之內(nèi),則無需建立新的基站,至此程序終止。若此時業(yè)務(wù)量仍然溢出,那么再通過歷史信息判斷是否符合建立新的基站的條件,如果歷史信息表明業(yè)務(wù)量是逐步增大直到溢出的,則說明業(yè)務(wù)量是穩(wěn)步上升的,一般不會在短期內(nèi)迅速縮減,因此符合建立一個新的基站的歷史條件;如果歷史信息表明業(yè)務(wù)量是迅速增大至某一溢出值的,則說明它可能也會在短期內(nèi)就迅速縮減至溢出門限值以內(nèi)的范圍,因此不符合新建一個基站的歷史條件。若符合歷史條件,則根據(jù)業(yè)務(wù)量的分布計算出新建基站的位置。

3 性能評估

3.1 評估方案

引進一個新的eNB后,理論上會對整個網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)分配有所影響,其中對相鄰基站的業(yè)務(wù)量影響最大,對次相鄰基站的影響次之,對更遠一些的基站的影響更小,當(dāng)距離趨近于無窮遠時,影響也最終減小到無窮小。其中距離的計算并不僅僅與實際的空間距離有關(guān),還跟基站的數(shù)量、基站的分布情況、當(dāng)?shù)氐牡匦蔚榷伎赡苡嘘P(guān)。鑒于其它因素的不固定性和復(fù)雜性,我們只考慮距離d一個參數(shù)。另外,由實驗表明,一個新建的基站只對它相鄰的基站影響較大,對次相鄰的基站也有一定的影響,對再遠的基站的影響很小,可以忽略,因此我們在評估時只考慮對與新建基站相鄰基站以及次相鄰基站的影響。

我們把對于相鄰基站所分的業(yè)務(wù)量表示為

對于次相鄰基站所分的業(yè)務(wù)量表示為

3.2 結(jié)果分析

為了分析SON基站自規(guī)劃算法的性能,我們考慮如圖4所示的一個區(qū)域,該區(qū)域有12個小區(qū),每個小區(qū)都是一個L=1000 m的正六邊形,該區(qū)域的業(yè)務(wù)量分布如圖5所示,具體業(yè)務(wù)量大小見表1。

圖4 小區(qū)編號Fig.4 Cell number

圖5 新建基站之前的業(yè)務(wù)分部圖Fig.5 Distribution of traffic before the establishment of new eNB

效益函數(shù)中的參數(shù)值為:A1=50,A2=8,a1=2.357,a2=0.817,b1=0.6,b2=-1.84,L=1000,且歸一化為 1,另外,為簡便起見,我們設(shè)Q′i=Q′j=94。1號基站的坐標為(5.000,1.732),2號基站的坐標為(7.000,1.732),其它基站坐標可依照正六邊形依次算出。設(shè)基站的溢出門限值 Tst=110,則基站2和3業(yè)務(wù)量溢出,假定基站2和3符合新建基站的所有條件,即基站2和3都運行到上述流程的最后一步。很容易確定與基站2相鄰的基站中1和3的負載較重,與基站3相鄰的基站中1和2的負載較重,因此新建基站的位置應(yīng)該在基站1、2、3之間,基站1～3為新建基站的相鄰基站,基站2～12為新建基站的次相鄰基站,且N=3,K=9。對該區(qū)域內(nèi)所有的坐標點進行掃描計算,每個點都計算出其對應(yīng)的效益函數(shù)值,其中效益最大的坐標點就是新建基站的位置所在。實驗得出新建基站的坐標為(6.4,2.772),新建基站之后的業(yè)務(wù)分布圖如圖6所示。

表1 小區(qū)業(yè)務(wù)量變化Table 1 Changes of the cells′traffic

圖6 新建基站之后的業(yè)務(wù)分部圖Fig.6 Distribution of traffic after the establishment of new eNB

由圖5圖6可以看出,新建基站使得該區(qū)域的業(yè)務(wù)量分布平緩很多。從表1可以看出,基站2和3的業(yè)務(wù)量溢出的問題也得到解決。新建基站之前的效益 u=123.1742,新建基站之后的效益減小到33.359,由此可見在該點新建一個基站不僅能夠解決業(yè)務(wù)量溢出的問題,而且還可以使該地區(qū)的負載達到更均衡的狀態(tài)。

本文考慮的是業(yè)務(wù)量溢出和新建基站的情況,在下一步的研究中將考慮負載過輕和撤銷基站的情況。

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