高校LTE网络负荷均衡优化

陈茂林 李毅

【摘  要】随着运营商不限流量套餐的推出，高校流量集中且潮汐效应明显。由于LTE 1.8G较LTE 2.1G信号波长更长，覆盖范围更广，造成LTE 1.8G负荷大于LTE 2.1G，出現负荷不均衡的现象，造成网络资源浪费，导致用户感知差。通过A2异频测量参数调整，调高A2事件触发RSRP门限值，提前启动异频测量，使LTE 1.8G和LTE 2.1G的流量、PRB利用率和RRC连接用户数达到均衡，从而提升网络资源利用率及用户感知。

【关键词】异频测量;A2事件;PRB利用率;RRC连接用户数

[Abstract] With the launch of unlimited traffic packages， the trend of burst and tide for university traffic is apparent. Since LTE 1.8G has longer wave length and wider coverage than LTE 2.1G， the load imbalance would appear resulting in resource waste and bad user perception. In this paper， the threshold of RSRP triggered by A2 event is adjusted by adjusting the measurement parameters of A2 inter-frequency， and the inter-frequency measurement is started ahead of time， so that the traffic， PRB utilization and RRC connection users of LTE 1.8G and LTE 2.1G can be balanced， and the network resource and user perception can be enhanced.

inter-frequency measurement; A2 event; PRB utilization; RRC connection number of users

1   引言

高校由于学生用户学习、休息的原因，学习时间在教学区域大量聚集，下课后向宿舍区域迁移形成潮汐效应。使得热点区域在特定的时段内出现流量峰值，导致网络拥塞、无法接入，用户感知极差[1-2]。校园4G网络中用户数量较多时的感知速率较低，根据监控相关指标发现LTE 1.8G用户较多，LTE 2.1G用户较少，负载严重不均衡，造成网络资源未得到合理的利用。为了解决潮汐效应所带来的负面影响，对负荷均衡优化进行研究[3]，达到控制潮汐效应目的，最终最大限度地利用网络资源，提升用户感知[4]。

2   负荷均衡算法

根据负荷均衡的调度算法的出发点不同，负载均衡的算法主要有以下两种。

2.1  PRB算法

PRB（Physical Resource Block，物理资源快）为LTE的空中接口资源分配的基本单元。1个物理资源块PRB在频域上包括12个连续的子载波，在时域上包括7个连续的常规OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术）符号周期。LTE的1个物理资源块PRB对应的是带宽为180 kHz、时长为0.5 ms的无线资源。PRB利用率=实际使用的PRB个数/系统总PRB个数[5]。

PRB算法：PRB负载作为负载平衡的触发原因，当PRB利用率达到某一门限值时触发负载均衡功能[6]。

对比表1中数据可得到设置为70%时小区吞吐率相对较高（负载均衡乒乓数明显低于60%门限，虽然仍稍高于80%，但对吞吐量影响较小）。因此在大话务量场景下，建议负载均衡门限设置为70%。

2.2  用户数算法

统计某省高校学生用户全月的业务类型请求次数及产生的4G流量。得到如图1所示高校学生业务类型请求次数及流量占比。

用户数算法：现网用户数量作为负载均衡的触发原因，当小区用户数量达到某一门限值时触发负载均衡功能[6]图。

当前，高校用户的业务模型和使用习惯基本一致。部分载频高负荷，主要是由于两载频用户数不均衡造成，采用用户数模式触发负载均衡能有效地解决负荷不均衡问题。

如表2所示，根据小区的最大用户数量进行等级分类（一般、中等、重要），设置指标和预警门限。通过重选和切换方案实现负荷向相邻小区分流，高负荷小区只在邻小区低于其负荷门限时才可分流[7]。

3   负荷均衡优化处理

A2异频测量参数：A2事件用于通知终端开启异频和异系统测量，当服务小区信号变差，而没有同频邻区信号可用于切换时，系统通知终端搜索测量异频或异系统，以便终端切入异频或异系统的邻区。A2事件门限的判决不等式如下：

3.1  基于LTE小区流量的均衡

负荷均衡优化前F_N_某学院11栋2.1G小区的PDCP层上行、下行用户面流量之和基本与F_N_某学院11栋1.8G小区的PDCP层上行、下行用户面流量之和保持一致，资源没有得到有效利用。通过负荷均衡参数调整优化，LTE 2.1G小区吸收的4G流量大于LTE 1.8G小区，如图2所示，资源利用率得到有效提升：

3.2  基于LTE小区PRB利用率的均衡

上行、下行PRB平均利用率在负荷均衡优化前，F_N_某学院11栋1.8G小区的PRB平均利用率略高于F_N_某学院11栋2.1G小区，特别在晚忙时（22：00），LTE 1.8G的上行、下行PRB平均利用率明显高于LTE 2.1G的小区，负荷不均衡。通过负荷均衡优化，更高带宽的LTE 2.1G小区的PRB平均利用率高于LTE 1.8G的4G小区，使高带宽的资源利用率更高。 如图3、图4所示。

3.3  基于LTE小区RRC连接用户数的均衡

RRC連接用户数表明附着在4G小区的用户数，优化前F_N_某学院11栋1.8G小区的最大连接用户数大于或等于F_N_某学院11栋2.1G小区最大连接用户数，通过负荷均衡优化调整，LTE 2.1G的4G小区的RRC连接用户数明显多于LTE 1.8G的小区，提升了资源的有效利用。如图5所示。

4   结束语

本文介绍LTE设备负荷均衡算法，通过对某学院F_N_某学院11栋1.8G小区进行A2事件调整，使同一栋宿舍楼的LTE 2.1G小区与LTE 1.8G小区的上、下行平均利用率、最大RRC连接数用户数、PDCP层上、下行用户面流量等负荷基本平衡，提升网络资源利用率及提高用户感知。

参考文献：

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[4] 李恒，孙慧芬，赵正平，等. 4G网络中负载均衡问题的优化案例分析和解决方案——移动通信课程改革校企合作案例[J]. 宜春学院学报， 2017，39（3）： 43-45.

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[6] 李战，刘建明. 基于校园LTE网络容量和感知优化的探究[J]. 移动通信， 2016，40（7）： 59-65.

[7] 赵鹏，李国强，贺英. 异构网络无线资源管理及负载均衡技术研究[J]. 科技创业家， 2012（13）： 5.

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