[論文レビュー] Handover adaptation for dynamic load balancing in 3gpp long term evolution systems

Ridha Nasri, Zwi Altman|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2013

Wireless Communication Networks Research参考文献 2被引用数 85

ひとこと要約

本稿では、リアルタイムの無線負荷および隣接セルの状態に基づいて動的に適応するLTEハンドオーバーパラメータの自動チューニング機構を提案する。各基地局でのハンドオーバー閾値の調整により、トラフィックのバランスをとることで混雑を軽減し、通話の承認率とユーザーのスループットを向上させる。シミュレーションにより、負荷バランスの取れたネットワーク運用における顕著な性能向上が示された。

ABSTRACT

The long-Term Evolution (LTE) of the 3GPP (3rd Generation Partnership Project) radio access network is in early stage of specification. Self-tuning and self-optimisation algorithms are currently studied with the aim of enriching the LTE standard. This paper investigates auto-tuning of LTE mobility algorithm. The auto-tuning is carried out by adapting handover parameters of each base station according to its radio load and the load of its adjacent cells. The auto-tuning alleviates cell congestion and balances the traffic and the load between cells by handing off mobiles close to the cell border from the congested cell to its neighbouring cells. Simulation results show that the auto-tuning process brings an important gain in both call admission rate and user throughput.

研究の動機と目的

• 初期段階の3GPP LTEネットワークにおけるセル混雑を、自己最適化モビリティアルゴリズムによって解消すること。
• 過負荷のセルから隣接セルにユーザーを事前にオフロードすることで、ネットワークのアンバランスを低減すること。
• ローカルおよび隣接セルの負荷状態に基づいてハンドオーバーパラメータを自動的に適応させるメカニズムを開発すること。
• 動的トラフィック環境下でのキーパフォーマンス指標（例：通話承認率、ユーザースループット）の向上を図ること。
• 手動による介入なしにLTEネットワークでの自己最適化を実現し、スケーラビリティと効率性を向上させること。

提案手法

• 各eNodeBが自セルの無線負荷および隣接セルの負荷に基づいて、ハンドオーバーパラメータ（例：ヒステリシスおよびトリガー時間）を動的に調整する。
• 負荷に配慮したアルゴリズムが、サービスセルおよびその隣接セルのリアルタイムのトラフィックおよび混雑レベルを監視する。
• セル境界付近のユーザーのオフロードを促進するために、セルが混雑している場合にハンドオーバー意思決定を変更する。
• 負荷バランス中に隣接セルが過負荷にならないように、隣接セルからのフィードバックを活用する適応メカニズムを採用する。
• 各基地局がローカルおよび隣接セルの負荷メトリクスに基づいて独立してパrameterをチューニングする分散型の動作を実現する。
• 変動するトラフィック条件下での性能評価を、シミュレーションベースの性能モデリングにより実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LTEネットワークにおける負荷バランスを改善するために、ハンドオーバーパラメータを自動的にどのように調整できるか？
• RQ2 ハンドオーバー閾値の動的適応が、通話承認率およびユーザースループットに与える影響は何か？
• RQ3 負荷に配慮したハンドオーバーチューニングは、全体のネットワークパフォーマンスを劣化させることなくセル混雑を軽減できるか？
• RQ4 セル間の負荷情報は、ハンドオーバー適応の有効性にどのように影響するか？
• RQ5 静的ハンドオーバーパラメータ設定と比較して、自動チューニングによるパフォーマンス向上はどの程度か？

主な発見

• 自動チューニング機構により、ユーザーの事前のオフロードによってセル混雑が軽減され、通話承認率が顕著に向上した。
• セル間でのトラフィック分布のバランスが取れることで、ユーザーのスループットが向上した。
• セル間負荷フィードバックを組み込むことで、隣接セルの過負荷を効果的に防止した。
• シミュレーション結果から、動的トラフィック条件下でもネットワークパフォーマンスに顕著な向上が確認された。
• アルゴリズムの分散型特性により、大規模なLTE展開においてもスケーラビリティと適応性が確保された。
• 本手法により、LTEネットワークにおける自己最適化が実現され、手動によるパrameterチューニングの必要性が低減した。