任 叢,汪 洋,劉占軍,黃 瓊

(重慶郵電大學(xué)移動(dòng)通信重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yùn)維方式,需要大量人員從事網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、維護(hù)和優(yōu)化的工作,如果LTE仍采用傳統(tǒng)運(yùn)維模式,那么運(yùn)營商必須付出更多的OPEX(運(yùn)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(jìn)行管理[1]。文獻(xiàn)[2]對這些新需求進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)化階段由移動(dòng)運(yùn)營商主導(dǎo)提出的概念,其主要思路是實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的一些自主功能,減少人工參與,降低運(yùn)營成本[3],包括從前期的網(wǎng)絡(luò)自規(guī)劃到運(yùn)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(diǎn)選取大都是靠人工手動(dòng)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(yùn)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(dòng)進(jìn)行,減少人工參與,從而降低運(yùn)營成本?，F(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(dòng)態(tài)地調(diào)整小區(qū)參數(shù)進(jìn)而決策在何時(shí)何地新建一個(gè)基站的自規(guī)劃機(jī)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(dá)到負(fù)載均衡的效果。關(guān)于負(fù)載均衡的問題,已經(jīng)有很多文獻(xiàn)提出了各種解決方法[6-7],但負(fù)載均衡不是本文的重點(diǎn),只是自規(guī)劃機(jī)制的一個(gè)附加優(yōu)化參數(shù)。

2 eNB自規(guī)劃流程設(shè)計(jì)

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(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。判斷基站實(shí)時(shí)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(dá)到功率最大門限Pst,如果沒有到達(dá),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(dá)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(biāo)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(diǎn)Ptt和Att,如果沒有則調(diào)整功率、天線傾角等參數(shù),擴(kuò)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(diǎn),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(shí)間,因此需要一定的時(shí)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(shí)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(huì)在短期內(nèi)迅速縮減,因此符合建立一個(gè)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(huì)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(gè)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(jì)算出新建基站的位置。

3 性能評估

3.1 評估方案

引進(jìn)一個(gè)新的eNB后,理論上會(huì)對整個(gè)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(yuǎn)一些的基站的影響更小,當(dāng)距離趨近于無窮遠(yuǎn)時(shí),影響也最終減小到無窮小。其中距離的計(jì)算并不僅僅與實(shí)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(gè)參數(shù)。另外,由實(shí)驗(yàn)表明,一個(gè)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(yuǎn)的基站的影響很小,可以忽略,因此我們在評估時(shí)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(gè)區(qū)域,該區(qū)域有12個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)都是一個(gè)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(biāo)為(5.000,1.732),2號基站的坐標(biāo)為(7.000,1.732),其它基站坐標(biāo)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(yùn)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(fù)載較重,與基站3相鄰的基站中1和2的負(fù)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(biāo)點(diǎn)進(jìn)行掃描計(jì)算,每個(gè)點(diǎn)都計(jì)算出其對應(yīng)的效益函數(shù)值,其中效益最大的坐標(biāo)點(diǎn)就是新建基站的位置所在。實(shí)驗(yàn)得出新建基站的坐標(biāo)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(diǎn)新建一個(gè)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(fù)載達(dá)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(fù)載過輕和撤銷基站的情況。

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