[논문 리뷰] Load Balancing Optimization in LTE/LTE-A Cellular Networks: A Review

Sumita Mishra, Nidhi Mathur|arXiv (Cornell University)|2014. 12. 23.

Advanced MIMO Systems OptimizationEngineering참고 문헌 8인용 수 22

한 줄 요약

이 논문은 LTE/LTE-A 네트워크에서 로드 밸런싱 최적화 기법을 검토하며, 서비스 품질(QoS) 향상과 운영 비용 감소를 위한 자기조정 네트워크(SON) 솔루션에 중점을 둡니다. 실시간 지표를 사용해 과부하된 셀에서 여유 자원이 있는 인접 셀로 트래픽을 오프로드하는 동적 로드 분배 방법을 분석하여 고속 이동 환경에서 자원 활용의 균형을 이루고 사용자 경험을 향상시킵니다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고성능 모바일 디바이스의 발전으로 인한 고대역폭 서비스 수요 증가에 대응하기 위해.
• 사용자 및 노드 수의 기하급수적 증가로 인해 수동 네트워크 설정 및 관리가 비용이 많이 들고 오류가 발생하기 쉬운 상황을 줄이기 위해.
• 자기조정 네트워크(SON)에서의 자동화된 로드 밸런싱을 통해 네트워크 성능 향상과 최종 사용자 QoS 향상을 위해.
• 과부하된 셀에서 여유 용량이 있는 인접 셀로 트래픽을 동적으로 오프로드하여 자원 활용의 효율성을 높이기 위해.
• 자기 최적화에 적합한 스케일링 가능하고 적응형 로드 밸런싱 기법을 통해 향후 셀룰러 네트워크를 지원하기 위해.

제안 방법

• LTE 및 LTE-Advanced 네트워크에서 사용되는 기존 로드 밸런싱 기법을 조사하고 분류하였습니다.
• 특히 자동 로드 분배를 가능하게 하는 자기 최적화 기능을 지원하는 방법에 중점을 두었습니다.
• 업링크/다운링크 트래픽 및 사용자 기기(UE) 밀도 지표를 포함한 실시간 로드 모니터링 기반 기법을 평가하였습니다.
• 셀 로드가 임계값을 초과할 경우 오프로딩을 트리거하는 핸드오버 기반 로드 밸런싱 전략을 분석하였습니다.
• UE를 더 적은 부하가 있는 인접 셀로 유도하는 셀 선택 및 재선택 알고리즘을 검토하였습니다.
• 자동 설정 및 최적화 기능을 포함한 로드 밸런싱 통합의 중요성을 강조하였습니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사용자 이동성과 동적 트래픽으로 인해 LTE/LTE-A 네트워크에서 균형 잡힌 로드 분배를 유지하는 데 발생하는 주요 과제는 무엇인가요?
• RQ2 로드 밸런싱을 어떻게 자동화하고 자기조정 네트워크(SON)에 통합하여 인간 간섭을 최소화할 수 있나요?
• RQ3 네트워크 혼잡을 최소화하면서 QoS를 유지하는 데 가장 효과적인 로드 밸런싱 기법은 무엇인가요?
• RQ4 과부하된 셀을 식별하고 로드 오프로딩을 시작하는 데 사용되는 지표와 신호 전송 메커니즘은 무엇인가요?
• RQ5 빈번한 핸드오버와 변동성이 큰 사용자 수요가 있는 고속 이동 환경에서 로드 밸런싱 알고리즘의 성능은 어떻게 되나요?

주요 결과

• 로드 밸런싱은 과부하된 셀의 혼잡을 줄이고 스펙트럼 효율성을 향상시켜 네트워크 성능을 크게 향상시킵니다.
• 실시간 트래픽 및 사용자 밀도 지표를 기반으로 한 동적 로드 밸런싱은 셀 간 자원 활용의 균형을 더 잘 이룹니다.
• 핸드오버 기반 로드 밸런싱 기법은 고부하 셀에서의 UE를 저부하 셀로 효과적으로 이동시켜 사용자 스루풋과 공정성을 향상시킵니다.
• 로드 밸런싱을 SON 기능과 통합함으로써 서비스 제공자의 운영 및 유지보수 비용을 줄일 수 있습니다.
• 이웃 셀 정보와 로드 지표를 활용하면 더 빠르고 정확한 로드 밸런싱 결정을 내릴 수 있습니다.
• 미래의 4G/5G 네트워크에서 고속 이동성과 증가하는 데이터 수요를 지원하기 위해 자기 최적화 로드 밸런싱 솔루션이 필수적입니다.