[論文レビュー] Load Balancing Optimization in LTE/LTE-A Cellular Networks: A Review

Sumita Mishra, Nidhi Mathur|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2014

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 8被引用数 22

ひとこと要約

本稿は、LTE/LTE-Aネットワークにおける負荷分散最適化技術をレビューし、サービス品質（QoS）の向上と運用コストの削減を目的とした自己組織化ネットワーク（SON）ソリューションに焦点を当てる。リアルタイムメトリクスを用いて過負荷状態のセルから余剰容量を持つ隣接セルへトラフィックをオフロードする動的負荷分散手法を分析し、高移動性環境におけるリソース利用のバランス化とユーザー体験の向上を実現する。

ABSTRACT

During the past few decades wireless technology has seen a tremendous growth. The recent introduction of high-end mobile devices has further increased subscriber's demand for high bandwidth. Current cellular systems require manual configuration and management of networks, which is now costly, time consuming and error prone due to exponentially increasing rate of mobile users and nodes. This leads to introduction of self organizing capabilities for network management with minimum human involvement. It is expected to permit higher end user Quality of Service (QoS) along with less operational and maintenance cost for telecom service providers. Self organized cellular networks incorporate a collection of functions for automatic configuration, optimization and maintenance of cellular networks. As mobile end users continue to use network resources while moving from a cell boundary to other, traffic load within a cell does not remain constant. Thus Load balancing as a part of self organized network solution, has become one of the most active and emerging fields of research in Cellular Network. It involves transfer of load from overloaded cells to the neighbouring cells with free resources for more balanced load distribution in order to maintain appropriate end-user experience and network performance. In this paper, review of various load balancing techniques currently used in mobile networks is presented, with special emphasis on techniques that are suitable for self optimization feature in future cellular networks.

研究の動機と目的

• 高度なモバイルデバイスに伴う高帯域幅サービスへの需要増加に対応する。
• ユーザーおよびノード数の急増に伴い、指数関数的に増加する手動によるネットワーク設定および管理のコスト高およびエラー発生リスクを低減する。
• 自己組織化ネットワーク（SON）における自動化された負荷分散を通じて、ネットワーク性能とエンドユーザーのQoSを向上させる。
• 過負荷状態のセルから余剰容量を持つ隣接セルへ動的にトラフィックをオフロードすることで、効率的なリソース利用を実現する。
• 将来のセルラーネットワークに対応するため、スケーラブルかつ適応可能な負荷分散技術を、自己最適化に適した形で提供する。

提案手法

• LTEおよびLTE-Advancedネットワークで用いられる既存の負荷分散技術を調査・分類した。
• 特に自動的負荷分散を可能にするセルラーネットワークにおける自己最適化を支援する手法に焦点を当てた。
• 上行リンク/下行リンクのトラフィックおよびユーザー機器（UE）密度メトリクスを含むリアルタイム負荷監視に基づく技術を評価した。
• セル負荷がしきい値を超えた際にオフロードをトリガーするハンドオーバーに基づく負荷分散戦略を分析した。
• UEを負荷が低い隣接セルへ誘導するセル選択および再選択アルゴリズムをレビューした。
• 自動設定および最適化を支援するSON機能との統合に注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ユーザーの移動性および動的なトラフィック変動に起因するLTE/LTE-Aネットワークにおけるバランスの取れた負荷分散を維持する上で直面する主な課題は何か？
• RQ2 負荷分散をどのように自動化し、自己組織化ネットワーク（SON）に統合することで人的介入を最小限に抑えられるか？
• RQ3 ネットワーク混雑を最小限に抑えながらQoSを維持するのに最も効果的な負荷分散技術は何か？
• RQ4 過負荷状態のセルを特定し、負荷オフロードを開始するために使用されるメトリクスおよびシグナリングメカニズムは何か？
• RQ5 頻繁なハンドオーバーと変動するユーザー需要が生じる高移動性環境において、負荷分散アルゴリズムの性能はいかがであるか？

主な発見

• 負荷分散は、過負荷状態のセルにおける混雑の軽減とスペクトル効率の向上を通じて、ネットワーク性能の顕著な向上を実現する。
• リアルタイムのトラフィックおよびUE密度メトリクスに基づく動的負荷分散は、セル間でのリソース利用のより良いバランスを実現する。
• ハンドオーバーに基づく負荷分散技術は、高負荷セルからのUEを低負荷セルへ効果的に再配分でき、スループットおよび公平性の向上に寄与する。
• 負荷分散をSON機能と統合することで、サービスプロバイダーの運用および保守コストが削減される。
• 隣接セル情報および負荷指標の活用により、より迅速かつ正確な負荷分散意思決定が可能になる。
• 将来の4G/5Gネットワークが高ユーザー移動性および増加するデータ需要を満たすためには、自己最適化型の負荷分散ソリューションが不可欠である。