[论文解读] 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 22

一句话总结

本文综述了长期演进（LTE）/长期演进-高级（LTE-A）网络中的负载均衡优化技术，重点探讨了自组织网络（SON）解决方案，以提升服务质量（QoS）并降低运营成本。文章分析了利用实时指标将拥塞小区的流量卸载至邻近资源利用率较低小区的动态负载分配方法，实现了资源利用的均衡化，并在高移动性环境中提升了用户体验。

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.

研究动机与目标

• 应对由先进移动设备推动的高带宽服务需求增长。
• 减少因用户和节点数量呈指数级增长而导致的人工网络配置与管理，此类操作成本高且易出错。
• 通过自组织网络（SON）中的自动负载均衡，提升网络性能和终端用户QoS。
• 通过将拥塞小区的流量动态卸载至具有空闲容量的邻近小区，实现高效资源利用。
• 为未来蜂窝网络提供可扩展、自适应的负载均衡技术，适用于自优化需求。

提出的方法

• 调研并分类了LTE和LTE-Advanced网络中已有的负载均衡技术。
• 聚焦于支持蜂窝网络自优化的方法，特别是能够实现自动负载分配的技术。
• 基于实时负载监控评估技术，包括上行链路/下行链路流量和用户设备（UE）密度指标。
• 分析了基于切换的负载均衡策略，当小区负载超过阈值时触发卸载。
• 审查了小区选择与重选算法，引导UE连接至负载较低的邻近小区。
• 强调了负载均衡与SON功能（如自动配置与优化）的集成。

实验结果

研究问题

• RQ1 由于用户移动性和动态流量变化，LTE/LTE-A网络中保持均衡负载分配面临哪些关键挑战？
• RQ2 如何实现负载均衡的自动化并将其集成到自组织网络（SON）中，以减少人工干预？
• RQ3 在最小化网络拥塞的同时，哪些负载均衡技术最有效地维持QoS？
• RQ4 使用哪些度量指标和信令机制来识别拥塞小区并启动负载卸载？
• RQ5 在频繁切换和用户需求波动频繁的高移动性场景中，负载均衡算法表现如何？

主要发现

• 负载均衡显著提升了网络性能，通过减少拥塞小区的拥塞并提高频谱效率。
• 基于实时流量和用户密度指标的动态负载均衡可实现小区间更均衡的资源利用。
• 基于切换的负载均衡技术能有效将UE从高负载小区引导至低负载小区，提升用户吞吐量和公平性。
• 将负载均衡与SON功能集成可降低服务提供商的运营与维护成本。
• 利用邻近小区信息和负载指示器可实现更快、更准确的负载均衡决策。
• 自优化负载均衡解决方案对未来的4G/5G网络至关重要，可支持高用户移动性和日益增长的数据需求。