劉超

（廣東南方通信建設(shè)有限公司）

LTE網(wǎng)絡(luò)資源分配與協(xié)作優(yōu)化分析

劉超

（廣東南方通信建設(shè)有限公司）

雖然LTE技術(shù)已成為通信技術(shù)領(lǐng)域的主流技術(shù)，而且技術(shù)規(guī)范也愈加完善，但是現(xiàn)有LTE系統(tǒng)仍然存在諸多缺陷，導(dǎo)致系統(tǒng)性能不夠理想，因此，對LTE現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源分配及協(xié)作優(yōu)化進(jìn)行分析和驗(yàn)證有助于找到系統(tǒng)中存在的不足并加以完善，對于LTE技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。

LTE；網(wǎng)絡(luò)資源；協(xié)作測試；優(yōu)化

移動寬帶服務(wù)需求量的增加及新一代移動標(biāo)準(zhǔn)的推行給LTE網(wǎng)絡(luò)通信傳輸帶來了更大的挑戰(zhàn)，只有進(jìn)行仿真測試驗(yàn)證才能對LTE系統(tǒng)性能加以完善，擴(kuò)大其市場競爭優(yōu)勢。

1 LTE系統(tǒng)仿真分析及優(yōu)化方案概述

隨著寬帶需求量的激增，LTE網(wǎng)絡(luò)也將面臨更多的通信傳輸壓力，為了有效減輕其回程網(wǎng)通信壓力，需要在仿真測試驗(yàn)證中找到其存在的問題，進(jìn)而制定出科學(xué)合理的優(yōu)化方案。本文以LTE網(wǎng)絡(luò)本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制為例具體闡述其優(yōu)化方案設(shè)計(jì)。在該方案中，將本地轉(zhuǎn)發(fā)思想應(yīng)用到LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，UE間數(shù)據(jù)可以通過本地轉(zhuǎn)發(fā)的方式進(jìn)行傳輸，而且不需要再經(jīng)過數(shù)據(jù)上傳環(huán)節(jié)[1]。通過優(yōu)化方案分析可以得知，該方案能夠有效減輕相同條件下的LTE網(wǎng)絡(luò)通信壓力，而且寬帶使用效率也獲得顯著的提升，仿真分析結(jié)果顯示在本地業(yè)務(wù)不斷增加的情況下，該方案仍然可以提高LTE系統(tǒng)的性能，降低阻塞率，表明經(jīng)過優(yōu)化之后的本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制具有較強(qiáng)的可行性。

2 LTE網(wǎng)絡(luò)本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 LTE回程網(wǎng)需求分析

在LTE網(wǎng)絡(luò)本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制優(yōu)化設(shè)計(jì)之前，首先要分析回程網(wǎng)的實(shí)際需求，從而避免產(chǎn)生額外的寬帶開銷。LTE回程網(wǎng)即承載網(wǎng)，回程網(wǎng)需求分析問題也就是解決網(wǎng)絡(luò)扁平化所帶來的S1、X2業(yè)務(wù)需求難題，同時(shí)這也是未來LTE回程網(wǎng)的主要演化方向和發(fā)展目標(biāo)?？紤]到相關(guān)技術(shù)規(guī)范可以將LTE回程網(wǎng)的需求總結(jié)為以下幾點(diǎn)：①業(yè)務(wù)流向。LTE回程網(wǎng)借助多個接口可以實(shí)現(xiàn)相鄰基站之間的連接和溝通，而且X2接口的寬帶僅為其他接口寬帶的3%，這就涉及業(yè)務(wù)流向需求。②寬帶擴(kuò)展。隨著基站寬帶速率的提升，回程網(wǎng)的接入速率也需要進(jìn)行相應(yīng)地提升，當(dāng)基站寬帶速率超過百兆時(shí)，回程網(wǎng)的接入速率就需要提高到10Gbps。除了上述業(yè)務(wù)劉翔需求和寬帶擴(kuò)展需求兩大基本需求外，LTE回程網(wǎng)需求還包括安全需求、成本需求、維護(hù)需求、發(fā)展需求等，以上需求與本文的聯(lián)系不大此處不作贅述。需要注意的是，LTE回程網(wǎng)將來的發(fā)展重點(diǎn)是S1接口，X2主要用于邏輯的切換，由于X2接口的寬帶需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于S1接口，因此，X2用戶的戶面時(shí)延要求也將寬松許多[2]。

2.2 應(yīng)用場景分析

在進(jìn)一步進(jìn)行本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制分析之前，首先要注意分析其應(yīng)用場景。LTE系統(tǒng)的本地業(yè)務(wù)只有達(dá)到一定的比例才能使該數(shù)傳機(jī)制的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)意義，為了統(tǒng)計(jì)本地通信業(yè)務(wù)量就需要分析其應(yīng)用場景，也就是分析那些場景會產(chǎn)生本地業(yè)務(wù)。LTE技術(shù)規(guī)范中提到了小區(qū)最小半徑指標(biāo)，也就是說，一個eNB至少需要覆蓋小區(qū)半徑范圍內(nèi)的區(qū)域，包括半徑范圍內(nèi)的學(xué)校、企業(yè)、單位、景點(diǎn)等（本地業(yè)務(wù)應(yīng)用場景演示見圖1）。這些區(qū)域的通信業(yè)務(wù)在種類上基本相似，而且還比較集中，可歸屬于本地業(yè)務(wù)，如企業(yè)內(nèi)部員工之間的辦公交流就是本地業(yè)務(wù)，再如同一學(xué)校學(xué)生之間的數(shù)據(jù)傳遞也屬于本地業(yè)務(wù)，景點(diǎn)中旅游愛好者之間的圖片交互同樣屬于本地業(yè)務(wù)。隨著本地業(yè)務(wù)量的增加，對本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化可以最大限度地減輕回程網(wǎng)的寬帶壓力，從而提高其寬帶使用效率。確定了本地業(yè)務(wù)的具體應(yīng)用場景后就需要計(jì)算和統(tǒng)計(jì)實(shí)際的業(yè)務(wù)量，由于LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展到了4G階段，因此，從技術(shù)角度分析，本地業(yè)務(wù)和現(xiàn)有的P2P業(yè)務(wù)具有較多相似點(diǎn)，可以從P2P業(yè)務(wù)來預(yù)估本地業(yè)務(wù)量的發(fā)展趨勢。P2P業(yè)務(wù)的出現(xiàn)取代了HTTP成為互聯(lián)網(wǎng)主要業(yè)務(wù)類型，而且其業(yè)務(wù)量已經(jīng)超過互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)量的50%，而且在未來時(shí)間內(nèi)P2P業(yè)務(wù)量還將持續(xù)增加，由此可以看出，本地業(yè)務(wù)量將不斷增長，這也表明了對LTE網(wǎng)絡(luò)本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)具有較高的價(jià)值。

圖1 本地業(yè)務(wù)應(yīng)用場景演示

2.3 協(xié)議擴(kuò)展支持

LTE網(wǎng)絡(luò)本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制的傳輸路徑優(yōu)化可以解決回程網(wǎng)通信量較大的問題，如果引入新的傳輸機(jī)制必然會使LTE網(wǎng)絡(luò)具備一些新的信令交互特征。為了提高本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制在LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的可行性，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循其信令協(xié)議擴(kuò)展的設(shè)計(jì)原則，包括：①兼容性。新的信令不能對原有的信令傳輸產(chǎn)生影響，因此，在本次優(yōu)化方案中，關(guān)鍵性取值確定為ignore，錯誤信令可直接忽略，O為可選信令，新舊信令之間互不影響。②規(guī)范性。信令協(xié)議擴(kuò)展應(yīng)當(dāng)滿足3GPPLTE技術(shù)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，并按照標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容對新的信令進(jìn)行支持，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、信令發(fā)送文字補(bǔ)充等。

2.4 執(zhí)行設(shè)計(jì)

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制需要采用新的網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行方案，本次研究所設(shè)計(jì)的執(zhí)行方案見圖2所示。在新的執(zhí)行方案中，主動請求仍然按照之前的信令模式發(fā)起接入信令，但被請求連接的用戶卻被附加了一個判斷的過程，也就是判斷是否采取本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制。根據(jù)現(xiàn)有的入網(wǎng)流程，首先需要判斷通信請求中是否包含可選的IE，如果結(jié)果為是則需要判斷eNB是否支持該數(shù)傳機(jī)制，如果不支持則仍然執(zhí)行原有的機(jī)制，如果結(jié)果為否則需要判斷兩個UE能否被接入同一個eNB，如果不能則需要執(zhí)行原有的機(jī)制，最后一步需要判斷數(shù)據(jù)交換是否適用本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制，如果不適應(yīng)則需要執(zhí)行原有的機(jī)制。

圖2 LTE本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制執(zhí)行方案

3 本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制LTE系統(tǒng)性能分析

經(jīng)過上述一系列的設(shè)計(jì)優(yōu)化，最后需要分析和評估優(yōu)化之后的本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制LTE系統(tǒng)性能。上文提到，本地業(yè)務(wù)量是不斷增加的，隨著數(shù)據(jù)量和寬帶比例的增加，節(jié)省的寬帶比例將隨之提升，這樣可以有效緩解回程網(wǎng)通信壓力。由于X2接口寬帶僅為S1接口的3%，因此，所節(jié)省的總的最小寬帶比例為P/1.03?？梢?，隨著本地業(yè)務(wù)量的增加，本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制能夠大大降低LTE回程網(wǎng)的寬帶，減輕其通信壓力，提高寬帶使用效率。以本地業(yè)務(wù)量占全部業(yè)務(wù)量的40%為例，在優(yōu)化之前這40%的本地業(yè)務(wù)需要通過回程網(wǎng)上傳到核心網(wǎng)，但是使用優(yōu)化之后的數(shù)傳機(jī)制后本地業(yè)務(wù)可以直接由nNB轉(zhuǎn)發(fā)，減少了上傳環(huán)節(jié)，這樣一來，LTE回程網(wǎng)僅有剩余60%的業(yè)務(wù)需要傳輸，從這個角度分析，LTE回程網(wǎng)的阻塞率也大大降低。

4 結(jié)語

本文以本地業(yè)務(wù)數(shù)傳機(jī)制為例具體闡述了其優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，并分析了其優(yōu)化效果。經(jīng)過分析可知，優(yōu)化之后的LTE回程網(wǎng)通信壓力不僅得到大幅度緩解，而且阻塞率也顯著下降，表明本次優(yōu)化方案的可行性和有效性。相信本次研究可為LTE技術(shù)的優(yōu)化提供更多的建議和參考。

[1]叢犁，張海林，劉毅，等.基于粒子群優(yōu)化的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)資源分配的博弈策略[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2012，01：207～212.

[2]朱國暉，李佳蔚，趙季紅.LTE-A系統(tǒng)中基于CoMP的下行跨層功率分配優(yōu)化方法[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2012，10：3702～3707.

[3]肖瀟，陶曉明，陸建華.基于高能效無線接入網(wǎng)的綠色無線通信關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電信科學(xué)，2011，11：75～83.

[4]趙季紅，李強(qiáng)，曲樺，等.基于LTE-A技術(shù)無線資源管理的跨層聯(lián)合博弈[J].電信科學(xué)，2011，12：39～43.

[5]牛進(jìn)平，蘇濤.一種適用于SC-FDMA多小區(qū)系統(tǒng)的協(xié)作調(diào)度和功率控制算法[J].電子與信息學(xué)報(bào)，2015，02：411～416.

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