 Hans Journal of Wireless Communications 无线通信, 2013, 3, 95-98 http://dx.doi.org/10.12677/hjwc.2013.34014 Published Online August 2013 (http://www.hanspub.org/journal/hjwc.html) LTE HAMF Handover Algorithm Research Based on Multi-Factors Lei Han1, Jiandong Tang2, Qinghua Xiao2 1China United Network Telecommunications Co., Ltd., Zhejiang Branch, Hangzhou 2Huaxin Consulting Co., Ltd., Hangzhou Email: xiaoqh@hxdi.com Received: Jul. 16th, 2013; revised: Jul. 24th, 2013; accepted: Aug. 10th, 2013 Copyright © 2013 Lei Han et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits un- restricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: Considering the network load, this paper described LTE cell resource status based on cell optimum utilization. Then, combined with signal level, comprehensive assessment of user terminal’s mobility and differentiate QCI during operations, this paper proposed a new LTE handover algorithm based on multi-factor decision called HLMF (Handover Algorithm base on Multi-Factors). Through layer-3 filtering, this algorithm made it possible to unite important factors such as signal level, cell load, etc. HLMF also modified the hysteresis co-efficient according to user mobility and QCI rectification, which improved the sensitivity of algorithm to various factors, and guaranteed the promptness of LTE system handover caused by network conditions and user behaviors. Meanwhile, HLMF reserved expansion threshold, so it could be added any factors to consider and had a good expansion ability. Keywords: LTE; Signal Level; Cell Load; QCI; Handover 基于多因素决策的 LTE系统 HAMF 切换算法研究 韩 蕾1，汤建东 2，肖清华 2 1中国联合网络通信有限公司浙江省分公司，杭州 2华信邮电咨询设计研究院有限公司，杭州 Email: xiaoqh@hxdi.com 收稿日期：2013 年7月16 日；修回日期：2013年7月24日；录用日期：2013 年8月10 日 摘 要：考虑网络负载，通过最佳无线利用率的概念引入对 LTE 小区资源及负荷的定量描述。结合小区的信号 质量电平，综合评估用户终端的移动性，以及开展业务存在差异化的 QCI，提出了一种基于多因素决策的 LTE 切换算法。从层三滤波入手，通过加权因子解决了将信号质量电平、小区负荷有机组合的问题。对切换迟滞系 数进行基于用户速率和QCI 的修正，增加切换算法对影响因素的敏感性，从而保证 LTE 网络能够因为网络状况 和用户行为进行更及时的差异化切换。同时，切换算法预留了扩容门限，能够动态添加需要考虑的任何因素， 具备良好的扩充性能。 关键词：LTE；信号电平；小区负荷；QCI；切换 1. 引言 LTE (Long Term Evolution，长期演进)[1]通过采用 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正 交频分复用)、SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access，单载波频分多址)和MIMO (Multiple Input Multiple Output，多入多出)等多种关键 技术[2]可以显著降低用户平面和控制平面的时延，其 主要目标就是在该时延要求下提供无缝语音和多媒体 Copyright © 2013 Hanspub 95  基于多因素决策的 LTE 系统 HAMF 切换算法研究 接入服务。这个目标的实现需要从服务小区到目标小 区的切换支持。由于 eNB 之间不存在宏分集，LTE 中 仅存在硬切换，同时又必须保证用户感知不会受到切 换机制的影响，从而对切换算法提出了更高的要求。 同3G系统类似，LTE 的切换过程也包括四方面： 链路的监视和测量、目标小区的确定、切换的触发和 切换的执行。其中以切换的触发最为重要，涉及到信 号功率、门限信号功率、滞后量的信号功率等标准。 所不同的是，LTE 在对信号进行测量后，需要借助层 一和层三的滤波[3]，从而提高测量结果的稳定性。LTE 协议[4]定义了切换测量报告触发机制，包括A1、A2、 A3、A4、A5、B1 和B2事件，其中 B1 和B2 事件主 要用于异 RAT (Radio Access Technology，无线接入技 术)间的切换测量，LTE 系统内切换主要使用 A1、A2 和A3事件。考虑到 A1和A2 分别用于结束和启动异 频测量，条件简单，本文不作过多研究。A3 事件最经 常用于触发切换，反映了相邻/目标小区的信号质量， 关于这方面的研究也日益增多。张普等[3]根据无线信 道状况，动态调整切换参数，提出一种自适应切换算 法，王华等[5]提出了一种基于准入控制的切换算法， Baowei Ji等[6]提出了一种基于网络负载率的小区选择 算法，甚至 Klaus Ingemann Pederson[7]等将用户分成 金、银、铜等级，综合考虑这些因素，不同优先级的 业务配置不同的切换参数集合。以上这些切换算法均 考虑到影响切换的因素很多，单纯考虑信号质量已经 不能满足网络和用户需求。遗憾的是，这些算法均比 较片面地突出分析某类因素的影响，而不是综合考虑， 在设定参数时采取不同的配置从而导致增加对系统的 负担。同时，对具备不同 QCI (QoS Class Identifier, QoS 等级指示)的业务，如何实施差异化的切换也未研究。 为此，本文从小区信号质量、小区资源负载、用户业 务等级等因素出发，全面评估切换过程的影响因素， 提出一种基于多因素决策的 HAMF 切换算法(Hand- over Algorithm based on Multi-Factors)。 2. 多因素分析 切换决策时需要考虑的因素主要包含两大类：网 络信息和用户信息。网络信息包括信号电平值、网络 负载资源等。而用户侧更关注业务的连续性，不同的 业务等级要求不同，在此可以参考 QCI，包括业务类 型、优先级、延时和丢包率等 4项指标[8]。 为表述方便，本文假定 表示不同小区的变量 参数，X代表信号电平值 Q、小区负载资源L，以及 业务等级P等，y代表服务小区 s，目标小区 t，目标 邻区总个数为N。 y X 2.1 信号电平值 考虑到对信号电平值测量的精确性，仍然采用 滤波的方式，对包括源小区、N个目标小区的测量 如下： i1 12 1* *,,,, ii QQMistt N t (1) 其中， 14 1 2k ， 为滤波因子，为前一次过滤 后的测量结果， 1 k i 1i Q M 表示来自物理层的测量。 2.2. 小区资源 LTE 资源分配的最小单位是资源块RB (Resource Block)，因此，本 HAMF 算法对小区的可利用资源也 基于 RB 进行描述。汪丁鼎等人[9]提出了最佳无线利 用率的概念，即通过分析该小区的话务量以及配置信 道来得出该小区的无线利用率，这样更能体现当前网 络的真实负荷情况。 *100% 0.7 小区话务量总和 小区最佳无线利用率＝ 配置信道总和 (2) 类似地，对于 LTE 的小区资源及负荷情况，可以 表述为 12 2 , ,,,,10 log* i i a iN T R List Rk tt (3) 其中， i a R 表示当前小区可利用的 RB块数， i T R 表示 当前小区的总RB 资源块数， 为利用因子。 2 k 2.3. 业务等级 LTE 系统中 QoS 参数由PCRF 和PCEF 产生，并 通过 S1 接口传递到 eNB。协议中定义了 1~9 个标准 QCI，并规定了可扩展的 128~254 的QCI 值，具体参 见表 1所示。 对于有等级需求的业务，HAMF 考虑如下：时延 要求高的业务，不必要的切换可能带来掉话，而对于 时延不敏感的业务，可以根据终端速度的不同，切换 到负载相对不高的邻区。 Copyright © 2013 Hanspub 96  基于多因素决策的 LTE 系统 HAMF 切换算法研究 Table 1. Standard QCI parameters 表1. 标准 QCI 参数 QCI 资源 类型 优先级 包延时 丢包率 典型业务 1 2 100 ms 10−2 会话类语音 2 4 150 ms 10−3 会话类视频(实时流) 3 3 50 ms 10−3 实时游戏 4 GBR 5 300 ms 10−6 非会话类视频(缓冲流) 5 1 100 ms 10−6 IMS 6 6 300 ms 10−6 视频(缓冲流)、TCP 业务 (如Email、聊天、FTP， 文件共享等) 7 7 100 ms 10−3 语音、视频(实时流)、交 互类游戏 8 8 300 ms 10−6 视频(缓冲流)、TCP 业务 9 NON-GBR 9 300 ms 10−6 视频(缓冲流)、TCP业务 设定业务因子 i S 12 max, ,, i im P SPP P (4) 其中，m表示 QCI 规定的标准值个数， 表示切换涉 及的第 i种业务的 QCI 优先级。如果 LTE 系统切换涉 及多种业务，则业务因子取其期望值。 i P 3. HAMF算法分析 参考 LTE 的A3 事件， nfncn sfscs M OOHysMOOOff (5) 其中， n M 为相邻小区的测量结果， f n O为相邻小区频 率上的频率特定偏移量， 为相邻小区的特定偏移 量， 如果没有该配置，则置为 0。 cn O s M 为服务小区的测 量结果， f s O为服务小区频率上的频率特定偏移量， 为服务小区的特定偏移量， cs O H ys 为该事件的迟滞， 为该事件的便宜参数。 Off 当满足上述条件时，表示相邻小区的信号质量比 服务小区的信号质量好，从而触发切换。反之，A3 满足离开状态。 对上述偏移参数进行修改为 nn ss M CIOHys MCIO (6) 其中， 表示相邻小区的偏移参数， n CIO s CIO表示服 对服务小区和每一 务小区的偏移参数。 个目标切换邻区，考虑如下： *1* ii i M QL (7) 其中， 为权重因子。 对于迟滞量 H ys ，考虑到终端速度是变化的，且 切换 动性上引入速度因子 ， 过程中的业务也不一样，其QCI 差异较大，修正 如下： 在移 med khigh k base med medbase medhigh high basehigh , *, *, Hysv v H yskHysvv v kHysvv (8) 在此基础上，添加对不同 QCI等级业务的影响， 得到 base med medbase medhigh high basehigh *, **, **, i ii i SHysvv H ysHys SSkHysvv v SkHys vv (9) 由此，得到完整的 HAMF切换算法： *1 * ss QL CIO *1* iii QLCIOHys s (10) 并选择最优小区进行切换。 4. 算法性能分析 好的完整性。 1) HAMF算法具备很 实际上，式(10)只是通过权重因子 引入信号电 平和 其 ys 小区资源负载的考虑，如果还存在 它因素，如 新呼叫到达、系统阻塞，以及切换成功率等也可以一 并加入，扩展后的式如下： 112 2 ** ii CC n 112 2n * ** * ini ss sns CCIOH CC CCIO (11) 2) 对信号电平和小区资源兼顾考虑。 两者的轻重是通过权重因子 来衡量的。如果需 要加重对小区资源的评估，只需减少 值即可。同理， 若1 ，则 HAMF 算法就是传统的 TE 切换算法。 对终端移动性加以考虑。 L 3) 的引入使得 Hys 变小 现了区分。 当终端速率增加时， med k，hi kgh ，更易实现切换。 4 )对QCI业务等级实 引入新的迟滞系数 H ys。同理，对时延越敏感的 Copyright © 2013 Hanspub 97  基于多因素决策的 LTE 系统 HAMF 切换算法研究 Copyright © 2013 Hanspub 98 QCI 小业务，业务因子i S越 ，优先级越高， H ys 值也 更小，更加容易实现切换。 5. 结语 切换是系统移的重要功能， 络性能 起着 ) 引入归一 ，能够有效地周边 号电 ，利用类最佳无线利用率法， 对小 ，对 业务 MF 算法能够根据 的负 且随着时间的 推移 参考文献 (References) n Partnership Project; Technical 动性管理 化滤波法 对网 小区的信 子 目标小区 重大作用。尤其对LTE 而言，更加扁平化的网络 使其可承载低时延、高带宽的业务，但也对切换提出 了更苛刻的要求。本文从综合考虑小区信号质量电 平、小区资源负载、终端移动速率、差异化的QCI 等级业务，提出了一种多因素决策的切换算法，可以 更加有弹性地解决 LTE 的网络切换问题，其优势在 于： 1 平值进行测量； 2) 结合小区的负荷 区的资源及忙闲程度进行数字化表征； 3) 对不同的业务，结合 QCI引入业务因 的优先等级进行差异化描述，能够依据业务的重 要性合理地配备资源； 4) 在此基础上，HA 荷、资源紧张忙闲度、承载业务的重要性实施差 异化配置，达到网络均衡性的目的。 此外，由于移动业务种类的繁多， ，和客户感知要求的提高，对 QCI 的划分也需要 逐时改进，在优先级、包延时和丢包率上进行调整与 更新，这也是本算法今后需要考虑的问题。 [1] 3GPP, TS 26.211. 3rd Generatio Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA). Physical Channels and Modulation, 2009. [2] 肖清华. TD-LTE 系统能力分析[J]. 移动通信, 2011, 35(22): 58-64. [3] 张普, 王军选. LTE系统中切换算法的研究[J]. 西安邮电学院 学报 20, 10, 15(3): 1-5. [4] 3GPP, TS36.311. v8.5.0 EUTRA Radio Resource Control (RRC) Protocol specification. 2009. [5] 王华, 李鲁群, 王力. LTE-A 中基于准入控制的切换决策算法 [J]. 计算机工程, 2011, 37(5): 88-90. [6] B. W. Ji, C. Koo. Calculation and broadcast of cell load ratio and intelligent cell selection for IEEE 802.16. US Patent: US2009/ 0137251, 29 May 2009. [7] K. I. Pederson, J. Wigard and P. Mogensen. Method of perform- ing handover by using different handover parameters for differ- ent traffic and user classes in a communication network. US Patent: US6993332, January 2006. [8] 龙紫薇. 基于用户分级和业务分类的 QoS 保障机制[J]. 移动 通信, 2012, 36(8): 186-190. [9] 汪丁鼎, 凌文杰. 应用最佳无线利用率评估 GSM无线网络[J]. 通, 2008,2(8): 72-82移动 信 3. |