载波调度网络健康评估与自优化策略*

庞 宇，叶 敏，汪 陈，朱 林，樊 健

（中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

长期演进（Long Term Evolution，LTE）网络在各地建设阶段已基本完成。随着中国移动用户数量日益增长和各类APP 的广泛应用，LTE 网络业务需求也随之剧增，小区高负荷情况日益凸显，热点区域载波资源无法满足用户大带宽和高容量的需求。但同时无线业务的潮汐效应也较为突出，如高校、商场、居民区等存在周期性的业务空闲状态。因此，网络优化调整已成为工作的重点。

网络资源的拆闲补忙合理调配在各省市展开，扩减容工作尤其是智能载波调度系统的应用大大提升了资源的调整效率。但是网络结构的大量调整也会对网络的健康运行带来一定风险。以当前主流的自动载波调度系统为例，新扩小区参数大多采取继承的方式，除频点、回波控制指示器（Echo Control Indicator，ECI）等主要参数外，大多参数沿用原小区配置。这种配置方式可能导致以下两个 问题：

（1）由于扩容后的主辅小区频点不同，相同方向角及俯仰角的两小区覆盖半径有所差异；

（2）小区射频拉远单元（Remote Radio Unit，RRU）功率有一定范围，部分新增小区可能出现由于功率受限而导致的扩容失败。目前的主要的解决办法有两种。

①降低主小区功率，仍然采用功率继承的方式，同时使主辅小区功率之和小于等于RRU 最大功率：

②辅小区功率值采用RRU 最大功率减去主小区使用功率计算，即P辅=PRRUMAX-P主。此方式因不会影响原小区而广泛使用，但是也会导致主辅小区的覆盖范围差距较大。覆盖范围的差异会产生业务不均衡的现象，导致源小区的高负荷并未得到缓解，而新扩小区的负荷显示超闲。经过业务指标的计算，新增小区会因为业务量超闲重新被列入减容列表而反复扩减，影响客户感知和网络指标。

本文从触发机制、空闲态和连接态两个阶段研究负荷不均衡问题的解决思路和方法，同时充分利用软件高效准确的优势实现精准判断和自动优化。

1 关键技术介绍

1.1 健康评估策略

为减少调度后因网络结构变化对用户体验产生的影响。载波调度系统对自动调度后相关小区的运行状态进行了监控，通过相关指标的自动提取、负荷状态比对，判断相关小区状态是否健康。若小区状态出现异常，则触发回退机制。

1.1.1 网优指标评估

系统从接入、保持、切换、业务量4 个维度综合评估小区健康状态。若连续3 个周期指标异常则判断为小区状态异常，触发回退机制。具体指标如表1 所示。

表1 关键周期指标

1.1.2 负荷状态评估

在小区负荷评估上采用绝对值与相对值结合的评估机制，超忙小区标准定义如表2，具体算法如下。

表2 超忙小区标准定义

（1）绝对值法：对扩容后主辅小区的指标实施监控，依据大、中、小包算法，计算出源小区与目标小区的负荷，根据集团标准判断出超忙、超闲小区并打上标签。

以下为小区的上行高负荷判断：

（2）相对法：取上主辅小区流量标准差判断均衡度B。

式中，B为定义的均衡度，M为小区的上下行流量之和。B>Bmax时标记为大流量差，目前取值29。当主辅小区一方超忙其余非超忙，即B>Bmax时启动均衡机制。

1.2 自优化策略原理及实现

1.2.1 小区接入原理

对于负荷异常扇区，系统采取自优化的策略实施负荷均衡。小区负荷均衡分为空闲态均衡与连接态均衡。小区选择原理[1]如图1所示，用户设备（User Equipment，UE）在空闲态通过小区选择或重选接入小区。

图1 小区选择流程

小区在重选过程中，UE 会依据RRC Connection Release 中专用小区重选优先级进行重选（7 为最高优先级）。

因空闲态方式对于掉线率、上下行速率等网络指标影响较小，不会明显影响用户感知[2]，因此本系统采用此策略实现。

1.2.2 自优化算法介绍

（1）轮询算法（Round Robin）：是一种基础的负载均衡算法[3]。它的工作原理是把系统内资源轮流分配给资源请求的各方。以一个集群的服务器资源分配为例：一系列需求到来后，系统按照轮询算法将从第一台服务器开始分配资源，一直到第N台服务器[4]，然后重新开始循环。

因轮询法不需要标注当前所有服务器的工作状态、网络连接状态，所以它是一种无状态调度。该算法的优点是算法实现上方便、简洁，信令开销小，但是局限性也很明显。轮询算法假设所有服务器的处理性能都相同，不关心每台服务器的当前连接数和响应速度。当请求服务间隔时间变化比较大或者业务消耗资源差异过大时，轮询算法容易导致服务器间的负载不平衡。所以，此种均衡算法适合于服务器组中的所有服务器都有相同的软硬件配置并且平均服务请求相对均衡的情况。本系统采用改进后的加权轮询算法进行负荷分析。

（2）加权轮询法（Weighted Round Robin，WRR）：是一种改进的负荷分担算法。在本平台中通过改变目标小区的被选择概率实现超忙小区的负荷分担[5]。

在平台中，系统通过调用加权轮询算法[6]确定目标频点，由于WRR 仅考虑UE 所能支持并配置有MMLB 频点权重的频点，将目标频点优先级设置为最高级7，并选定为一个周期内的负荷分担小区。

式中，fx为待选频点，wi(fx)为待选频点的权值系数，n为加权轮询算法中的频点个数。

例如，待扩容小区所在扇区中有3 个频点，分别为f1、f2、f3。它们的weight设置分别为80、10、10，则对应的pWRR(fx)分别是pWRR(f1)=0.8、pWRR(f2)=0.1、pWRR(f3)=0.1。

系统会根据pWRR值分配一个0～1 的分区 范围：

运用随机数发生器，在0～1 之间将随机生成一个数值rand，如果生成的rand值在[0,0.8]，那么f1被选为IMMLB 的主要目标频点，在专用小区重选优先级中f1的优先级是7；若rand在（0.8,0.9]，那么f2被选为IMMLB 的主要目标频点，在专用小区重选优先级中f2的优先级是7 若rand在（0.9,1]，那么f3被选为IMMLB 的主要目标频点，在专用小区重选优先级中f3的优先级是7。

在这个例子中，f1的IMMLB 权重最高，那么该频点相比于其他频点，被选为IMMLB 主要目标的概率最高。

在程序中，设置参数weight初始值（0～100），修改步长值ch（默认设置为10）以及阈值。依据15 min 粒度指标动态调整[7]，实现负荷均衡。

2 系统运行状况展示

载波系统负荷均衡功能已在某省运用，目前已对参与调度的9 652 个小区实施评估，日均实施负荷均衡小区1 100 对。图2 为小区扩容前后的效果在系统中的展示。载波调度后，相关小区业务均衡效果判断在体统中的展示如图3 所示。

图2 小区有效性评估

图3 负荷均衡统计

3 结语

在网络资源调整高频化与常态化的趋势下，及时准确的小区状态评估对于网络安全性显得尤为重要。小区健康评估与自优化功能模块可以充分运用IT 平台优势，自动实时监控新增小区的运行状态并可以做出及时优化调整，同时也实现了评估的标准化，避免了人工判断的经验性与随机性。