無線通信網(wǎng)絡(luò)中的負載均衡技術(shù)

　　隨著移動通信的飛速發(fā)展以及廣泛應(yīng)用，通信在業(yè)務(wù)的多元化發(fā)展和用戶對服務(wù)質(zhì)量越來越高的要求，本文主要研究無線通信網(wǎng)絡(luò)中的負載均衡技術(shù)。

　　《當代通信》是由信息產(chǎn)業(yè)部主管，中國通信企業(yè)協(xié)會主辦，中國電信博物館承辦的通信類綜合刊物。自1994年創(chuàng)刊以來，因其豐富的內(nèi)容、權(quán)威的報道，形成了自己的特色和影響。

　　在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，由于業(yè)務(wù)的突發(fā)性和用戶移動的隨機性，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中存在漲落現(xiàn)象，出現(xiàn)負載不均衡問題，即某一部分小區(qū)中用戶過多，而另一部分小區(qū)中用戶稀少。而好的負載均衡方法可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率，降低系統(tǒng)擁塞的可能性，提高系統(tǒng)抵抗負擔(dān)變化的能力和容忍度。因此，在當前不同接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)共存的環(huán)境中，不同的無線接入網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋、業(yè)務(wù)能力、使用成本上有比較大的差異，服務(wù)種類、速率及服務(wù)質(zhì)量要求不盡相同，這就要求在進行負載均衡時，必須綜合考慮不同的因素，結(jié)合不同的方法，實現(xiàn)在均衡網(wǎng)絡(luò)負載的同時，保證用戶的服務(wù)質(zhì)量。

　　這對資源有限的無線網(wǎng)絡(luò)提出了新的挑戰(zhàn)。而好的負載均衡方法可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率，降低系統(tǒng)擁塞的可能性，提高系統(tǒng)抵抗負擔(dān)變化的能力和容忍度。這有可能導(dǎo)致一部分小區(qū)過載、擁塞，網(wǎng)絡(luò)性能下降，空閑小區(qū)的資源得不到充分利用，從而造成資源浪費。因此，對負載均衡技術(shù)的總結(jié)以便找到適合網(wǎng)絡(luò)新特點的負載均衡技術(shù)成為一個有意義的課題。

　　1 負載均衡系統(tǒng)示意圖

　　負載均衡就是用來描述這樣一種把高負載小區(qū)的話務(wù)量分散到周圍低負載小區(qū)，從而使得整個網(wǎng)絡(luò)可以充分有效地利用無線資源的策略。如圖1，小區(qū)1處于高負載狀態(tài)而小區(qū)2和小區(qū)3處于低負載狀態(tài)，這使得小區(qū)1的接入失敗率以及別的小區(qū)切換進入小區(qū)1的切換失敗率提高，而小區(qū)2、小區(qū)3的資源利用率又保持在較低的水平。通過負載均衡，可使得小區(qū)1中的幾個用戶切換到小區(qū)2和小區(qū)3中，從而實現(xiàn)負載在三個小區(qū)中的平衡。

　　2 負載均衡技術(shù)方法

　　2.1 基于無線資源管理的負載均衡

　　現(xiàn)有的無線資源管理負載均衡算法已有相關(guān)研究，過載小區(qū)向相鄰的空閑小區(qū)或信道資源池借用空閑的信道，實現(xiàn)無線資源的最優(yōu)化利用。建立基于博弈論的資源分配最優(yōu)化模型，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)化利用。

　　2.2 基于切換的負載均衡

　　在正常情況下，用戶的切換是否應(yīng)該發(fā)生取決于判定準則。只有滿足相應(yīng)的條件，才允許用戶進行切換。而基于強制切換的負載均衡技術(shù)中，為了實現(xiàn)負載從繁忙小區(qū)中的轉(zhuǎn)移，不管用戶是否滿足條件，都將其切換到鄰小區(qū)中。這類機制以實現(xiàn)負載轉(zhuǎn)移為目標，未考慮相鄰小區(qū)的負載狀況、自身待切換用戶的情況以及移動性，可能會帶來較高的無線鏈路失敗率、切換失敗率、乒乓切換概率等問題，但優(yōu)點是能較快的實現(xiàn)負載均衡。

　　移動負載均衡(MLB)和移動魯棒性(MRO)都通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)優(yōu)化各自的性能指標，這會引發(fā)沖突，造成無線鏈路失敗和不必要的切換，以及“乒乓效應(yīng)”的發(fā)生，降低系統(tǒng)性能。基于切換參數(shù)調(diào)整的移動負載均衡技術(shù)中，與移動魯棒性的優(yōu)化協(xié)調(diào)，成為一個亟待解決的重要問題，已有大量文獻進行了研究。根據(jù)單個性能指標切換失敗率、乒乓效應(yīng)概率、呼叫阻塞率不同權(quán)重的加和組成網(wǎng)絡(luò)性能指標調(diào)整切換參數(shù);同時設(shè)置不同性能指標的權(quán)重，使網(wǎng)絡(luò)的性能在切換失敗、“乒乓效應(yīng)”、呼叫阻塞三者之間進行折中以實現(xiàn)負載均衡。通過分析MLB對MRO造成的影響，根據(jù)移動魯棒性的需求，引入?yún)f(xié)調(diào)機制來嚴格限制切換參數(shù)的調(diào)整范圍，解決移動負載均衡和移動魯棒性之間關(guān)于切換參數(shù)調(diào)整的問題，既實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的負載均衡，也保證了移動魯棒性在可接受的范圍內(nèi)。

　　2.3 基于小區(qū)選擇或重選的負載均衡

　　與基于切換的移動負載均衡算法相類似，基于小區(qū)重選的移動負載均衡技術(shù)是基于小區(qū)重選測量來調(diào)整小區(qū)重選定時，這類算法會使得負載量過重的小區(qū)邊緣用戶切換到相鄰的負載量較輕的小區(qū)中。基于切換的移動負載均衡技術(shù)中切換用戶處于無線資源控制連接狀態(tài)，而基于小區(qū)重選的移動負載均衡技術(shù)中切換用戶處于 RRC空閑狀態(tài)。基于小區(qū)重選的負載均衡算法可以達到有效的負載均衡效果，并且不會帶來任何性能的損失。