CC BY
20
АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ ФУНКЦИОНАЛА MLB В СЕТЯХ LTE С
ПОДДЕРЖКОЙ SON
М.Т. Аскеров, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, marat.askerov.2000@mail.ru.
УДК 621.391.1_
Аннотация. Из-за роста объемов мобильного трафика сети становятся все более сложными системами. Для обеспечения обслуживания всех пользователей и поддержания высокого качества обслуживания развертывается новая инфраструктура и разрабатываются более сложные протоколы. В этой ситуации операторы сталкиваются с ростом операционных и капитальных затрат. Самоорганизующиеся сети появляются как решение для сокращения этих расходов, а также для улучшения использования ресурсов.
Ключевые слова: SON; MLB; LTE; мобильные сети; eNodeB; 3GPP; алгоритм; PRB; UE.
ANALYSIS OF MLB FUNCTIONAL PRINCIPLES IN LTE NETWORKS WITH
SON SUPPORT
Marat Askerov, St. Petersburg state university of telecommunications n/a prof. M.A. Bonch-Bruevich.
Annotation. Due to the growth of mobile traffic, networks are becoming more and more complex systems. To serve all users and maintain a high quality of service, new infrastructure is being deployed and more sophisticated protocols are being developed. In this situation, operators face rising operating and capital costs. Self-organizing networks are emerging as a solution to reduce these costs as well as improve resource utilization. Keywords: SON; MLB; LTE; mobile networks; eNodeB; 3GPP; algorithm; PRB;
UE.
Введение
В настоящее время актуальной является разработка отечественных решений как в части оборудования сетей LTE, так и в части программного обеспечения. В связи с этим важно провести анализ принципов функционирования существующих решений зарубежных вендоров и разработать соответствующие алгоритмы и методы, которые впоследствии могут быть реализованы отечественными производителями оборудования.
Самоорганизующаяся сеть - это автоматизированная адаптивная сеть, способная выполнять набор функций с минимальным вмешательством человека [1]. Согласно концепции 3GPP технические решения для сетей SON можно разделить на три категории по решаемым задачам [2]:
• самоконфигурирование сети (SELF-Configuration);
• самооптимизация сети (SELF-Optimisation);
• самовосстановление сети (SELF-Healing).
Самооптимизация сетей SON с помощью MLB
В данной статье рассматривается решение задачи самооптимизации сетей SON с помощью одной из ключевых функций этих сетей Mobility Load Balancing (MLB) - балансировка и перераспределение нагрузки между сотами, которая
43
позволяет автоматически перенаправлять трафик между сотами, чтобы уменьшить нагрузку на перегруженных сотах и улучшить производительность сети. MLB работает на основе анализа данных о состоянии сети и ее нагрузке, и на основе этого принимает решения о перенаправлении трафика между сотами. Это позволяет распределять нагрузку между сотами более равномерно и предотвращать перегрузку отдельных сот (рис. 1) [3].
Рисунок 1
На рис. 2 представлен алгоритм балансировки и перераспределения нагрузки между сотами, реализуемый функцией Mobility Load Balancing в сетях LTE с поддержкой SON.
Рисунок 2
Целью применения MLB является повышение производительности сети и уменьшение числа неудовлетворенных пользователей. MLB включает отчеты о нагрузке между eNodeB для обмена информацией об уровне нагрузки и доступной емкости. Периодичность отчетов может быть установлена в диапазоне от 1 до 10 с. Отчет может содержать данные о нагрузке на оборудование, нагрузке на транспортную сеть S1 и состоянии радиоресурсов. Отчеты о состоянии радиоресурсов формируются отдельно для восходящего и нисходящего каналов и включают в себя общее распределение трафика с гарантированной и негарантированной скоростью передачи данных, процент выделенного блока физических ресурсов (Physical Resource Block - PRB) и процент PRB, доступных для балансировки нагрузки. Кроме того, механизмы MLB определяют условия дисбаланса нагрузок и работают вместе с планировщиком и контролем доступа. Для пользователей с негарантированной скоростью передачи данных (non-GBR) нет ограничений на минимальную производительность, которую получают эти пользователи, за исключением максимального количества пользователей на соту (управление доступом) и минимальной пропускной способности, установленной программным модулем Schedular (планировщик). Для пользователей GBR планировщик должен гарантировать, что всем однонаправленным радиоканалам предоставлены ресурсы, которые удовлетворяют их конкретной службе. Таким образом, система может считаться «сбалансированной», пока нет пользователей, которым было отказано в ресурсах, и все активные услуги поддерживаются в рамках их потребностей в QoS. Простые пороги могут быть реализованы, где условия низкой, средней и высокой нагрузки соответствуют заданному количеству активных пользователей в соте для случая non-GBR. Они могут служить триггерами для изменения параметров режима ожидания и/или для передачи обслуживания активных пользователей соседям (т.е., передача обслуживания внутри несущей на границе соты, совмещенная между несущими или совмещенная передача обслуживания между технологиями). Однако для пользователей GBR требуется более интеллектуальное измерение, поскольку небольшое количество таких пользователей может «загружать» соту в зависимости от своих требований.
Можно выделить два типа MLB [4] :
• Intra-RATMLB, которая передает UE в соты E-UTRAN.
• Inter-RATMLB, которая передает UE в соты других радиотехнологий.
В случае Inter-RAT для передачи информации через опорную сеть (Core) между базовыми станциями, использующими различные радиотехнологии, будет использоваться протокол управления информацией RAN (RIM) с отчетами о нагрузке. Значение класса пропускной способности соты, установленное системой OAM, будет использоваться для сравнения и взвешивания пропускной способности радиоинтерфейса различных технологий. В данном случае вся сеть может получить следующие преимущества:
• Снижение нагрузки на соты E-UTRAN за счет передачи соответствующих UE в соседние соты inter-RAT.
• Улучшенное использование ресурсов, увеличение общей емкости сот и улучшенный пользовательский интерфейс.
В случае intra-rat MLB достигаются такие преимущества, как:
• Устранение дисбаланса нагрузки между сотами для более эффективного использования ресурсов.
• Улучшение качества обслуживания и средней пропускной способности.
• Снижение риска перегрузки соты.
Существует несколько методов передачи нагрузки. В MLB абоненты могут передаваться посредством хэндоверов для UE в режиме подключения (Connected Mode) и реселекции соты для UE в режиме ожидания. С помощью хэндоверов eNodeB передает UE в определенные соты. Этот метод применим при наличии одной или нескольких целевых сот на соседней частоте E-UTRA для MLB. Рис. 3 иллюстрирует хэндоверы для UE в Connected Mode.
Рисунок 3
При повторном выборе соты eNodeB переводит UE на необслуживающие частоты. В этом процессе eNodeB устанавливает приоритеты повторного выбора соты для некоторых необслуживающих частот выше, чем обслуживающие частоты UE, используя сообщения RRC Connection Release. Повторный выбор соты применяется, когда только одна целевая сота работает на соседней частоте E-UTRA. Рис. 4 иллюстрирует сценарии повторного выбора соты для UE в режиме ожидания.
Рисунок 4
По сравнению с хэндоверами для UE в подключенном режиме, повторный выбор соты для UE в режиме ожидания не требует межчастотных измерений и накладных расходов на хэндовер и оказывает меньшее влияние на работу пользователя во время передачи [5].
Одним из основных способов достижения баланса нагрузки является перевод UE в режим ожидания и выравнивание нагрузки в режиме ожидания на основе количества пользователей. Ключевые параметры данного способа в реализации Huawei представлены в табл. 1 [6].
Таблица 1.
Имя параметра ID параметра Опция примечания к настройке
Переключатель алгоритма балансировки нагрузки CellAlgoSwitch.MLBAlgoSwitch InterFreqMLBSwitch Для включения MLB необходимо выбрать данную опцию
Режим триггера балансировки нагрузки мобильности CellMLB.MLBTriggerMode Установить для этого параметра значение UENUMBERONLY
Тип передачи InterFreq MLB CellMLB.InterFreqUETrsfType IdleUE Выбрать данную опцию
Усовершенство ванный переключатель алгоритма MLB CellAlgoSwitch.EnhancedMLB AlgoSwitch Установить для этого параметра рекомендуемое значение: Active UEBasedLoadEvalSw
Пороговое значение номера Inter-Freq idle MLB UE CellMLB.InterFreqIdleMLBUE NumThd Рекомендуется установить для этого параметра значение 1, если выбрана опция Active UEBasedLoadEvalSw параметра CellAlgoSwitch.EnhancedMLBAlgo Switch. Если при настройке MLB выбрана опция передачи UE в режиме ожидания с синхронизацией по восходящей линии, установить для этого параметра значение, меньшее, чем значение параметра CellMLB.InterFreqMLB UENumThd
Период оценки межчастотной нагрузки CellMLB.InterFreqLoadEvalPrd Если для параметра CellMLB.FreqSelectStrategy задано значение PRIORITYBASED и в качестве целевых частот выбраны как соседняя частота E-UTRA, так и соседняя частота UTRA, необходимо, чтобы параметры CellMLB.InterFreqLoadEvalPrd и CellMLB.InterRatLoadEvalPrd были установлены на одно и то же значение
Индикатор настройки приоритета повторного выбора соты EutranInterNFreq. CellResel PriorityCfgInd Установить этот параметр на CFG для частот, участвующих в MLB
Приоритет повторного выбора соты EutranInterNFreq. CellResel Priority Установить этот параметр на основе плана сети
Поправочный коэффициент CellMLB.MLBIdleUENumAdj Factor Рекомендуемое значение находится в диапазоне от 5 до 10
Имя параметра ID параметра Опция примечания к настройке
номера UE в режиме ожидания MLB
Переключатель статистической оптимизации MU-MIMO PRB CellMLB.MuMimoPrbStatOpt Switch Рекомендуется установить для этого параметра значение ON в сценариях MU-MIMO. При расчете спектральной эффективности соты общее количество PRB, используемых в соте, увеличивается только на единицу, если PRB используется несколькими UE одновременно
Ключевые параметры конфигурации модуля MLB в реализации Nokia представлены в табл. 2.
Таблица 2.
Значение по
Имя параметра Описание параметра умолчанию/диапазон/ шаг
PRB threshold Порог срабатывания для 80
настройки занятости PRB в 0...100
течение периода измерения 1
Buffer Delay QC1 Максимальное количество 30
времени, в течение которого 10...100
данные, запланированные для 10
пользователя, могут задерживаться в eNB
Userdefined L RAC Пороговое значение процентной 5
доли блокировки из-за управления 0...100
нагрузкой и доступом до 1
активации балансировки нагрузки
Userdefined Time No Res Пороговое значение в процентах 5
для блокировки из-за нехватки 0...100
ресурсов eNodeB в течение 1
периода измерения
HOHysteresis Порог для увеличения частоты 10
отказов HO между целевой и 0...100
исходной сотой 1
SNRThreshold Порог допустимого уровня помех 10
для определенного процента всех 0...100
измерений SINR перед 1
уменьшением нагрузки на соту.
RedOffset Значение, на которое может быть 1
уменьшена величина смещения CIO 0...2 1
IncOffset Значение, на которое может быть 1
увеличена величина смещения CIO 0...2 1
Целью Mobility Load Balancing является разумное распределение пользовательского трафика по радиоресурсам системы по мере необходимости,
чтобы обеспечить качественное взаимодействие с конечным пользователем и производительность, одновременно оптимизируя пропускную способность системы. Кроме того, MLB может потребоваться для формирования нагрузки на систему в соответствии с политикой оператора или для «разгрузки» одной соты или несущей для достижения экономии энергии. Автоматизация этого минимизирует вмешательство человека в задачи управления сетью и оптимизации.
Данные, полученные в результате анализа принципов работы функционала MLB, позволяют разработать алгоритмы, которые могут быть использованы отечественными производителями при создании программного обеспечения для сетей мобильной связи LTE. Дальнейшие исследования в данном направлении будут посвящены разработке блока имитационной модели сети LTE, реализующего функционалы SON.
Литература
1. Maria Gonzalez. «Self-Organizing Networks», June, 2018. - pp. 3-9.
2. 3GPP TS 32.500 «Self-Organizing Networks (SON); Concepts and requirements».
3. Huawei technologies co., LTD, eRAN15.1 Draft B (2019-01-10), «Intra-RAT Mobility Load Balancing Feature Parameter Description». - pp. 11-12.
4. Huawei technologies co., LTD, eRAN15.1 Draft A (2019-01-05), «Inter-RAT Mobility Load Balancing Feature Parameter Description». - pp. 5-6.
5. Huawei technologies co., LTD, eRAN15.1 Draft B (2019-01-10), «Intra-RAT Mobility Load Balancing Feature Parameter Description». - pp. 13-14.
6. Huawei technologies co., LTD, eRAN15.1 Draft B (2019-01-10), «Intra-RAT Mobility Load Balancing Feature Parameter Description». - pp. 30-33.
