无线通信网络中的负载均衡技术

　　随着移动通信的飞速发展以及广泛应用，通信在业务的多元化发展和用户对服务质量越来越高的要求，本文主要研究无线通信网络中的负载均衡技术。

　　《当代通信》是由信息产业部主管，中国通信企业协会主办，中国电信博物馆承办的通信类综合刊物。自1994年创刊以来，因其丰富的内容、权威的报道，形成了自己的特色和影响。

　　在无线通信网络中，由于业务的突发性和用户移动的随机性，导致网络中存在涨落现象，出现负载不均衡问题，即某一部分小区中用户过多，而另一部分小区中用户稀少。而好的负载均衡方法可以有效地提高网络的资源利用率，降低系统拥塞的可能性，提高系统抵抗负担变化的能力和容忍度。因此，在当前不同接入技术的网络共存的环境中，不同的无线接入网络在网络覆盖、业务能力、使用成本上有比较大的差异，服务种类、速率及服务质量要求不尽相同，这就要求在进行负载均衡时，必须综合考虑不同的因素，结合不同的方法，实现在均衡网络负载的同时，保证用户的服务质量。

　　这对资源有限的无线网络提出了新的挑战。而好的负载均衡方法可以有效地提高网络的资源利用率，降低系统拥塞的可能性，提高系统抵抗负担变化的能力和容忍度。这有可能导致一部分小区过载、拥塞，网络性能下降，空闲小区的资源得不到充分利用，从而造成资源浪费。因此，对负载均衡技术的总结以便找到适合网络新特点的负载均衡技术成为一个有意义的课题。

　　1 负载均衡系统示意图

　　负载均衡就是用来描述这样一种把高负载小区的话务量分散到周围低负载小区，从而使得整个网络可以充分有效地利用无线资源的策略。如图1，小区1处于高负载状态而小区2和小区3处于低负载状态，这使得小区1的接入失败率以及别的小区切换进入小区1的切换失败率提高，而小区2、小区3的资源利用率又保持在较低的水平。通过负载均衡，可使得小区1中的几个用户切换到小区2和小区3中，从而实现负载在三个小区中的平衡。

　　2 负载均衡技术方法

　　2.1 基于无线资源管理的负载均衡

　　现有的无线资源管理负载均衡算法已有相关研究，过载小区向相邻的空闲小区或信道资源池借用空闲的信道，实现无线资源的最优化利用。建立基于博弈论的资源分配最优化模型，实现网络资源的最优化利用。

　　2.2 基于切换的负载均衡

　　在正常情况下，用户的切换是否应该发生取决于判定准则。只有满足相应的条件，才允许用户进行切换。而基于强制切换的负载均衡技术中，为了实现负载从繁忙小区中的转移，不管用户是否满足条件，都将其切换到邻小区中。这类机制以实现负载转移为目标，未考虑相邻小区的负载状况、自身待切换用户的情况以及移动性，可能会带来较高的无线链路失败率、切换失败率、乒乓切换概率等问题，但优点是能较快的实现负载均衡。

　　移动负载均衡(MLB)和移动鲁棒性(MRO)都通过调整相关参数优化各自的性能指标，这会引发冲突，造成无线链路失败和不必要的切换，以及“乒乓效应”的发生，降低系统性能。基于切换参数调整的移动负载均衡技术中，与移动鲁棒性的优化协调，成为一个亟待解决的重要问题，已有大量文献进行了研究。根据单个性能指标切换失败率、乒乓效应概率、呼叫阻塞率不同权重的加和组成网络性能指标调整切换参数;同时设置不同性能指标的权重，使网络的性能在切换失败、“乒乓效应”、呼叫阻塞三者之间进行折中以实现负载均衡。通过分析MLB对MRO造成的影响，根据移动鲁棒性的需求，引入协调机制来严格限制切换参数的调整范围，解决移动负载均衡和移动鲁棒性之间关于切换参数调整的问题，既实现网络的负载均衡，也保证了移动鲁棒性在可接受的范围内。

　　2.3 基于小区选择或重选的负载均衡

　　与基于切换的移动负载均衡算法相类似，基于小区重选的移动负载均衡技术是基于小区重选测量来调整小区重选定时，这类算法会使得负载量过重的小区边缘用户切换到相邻的负载量较轻的小区中。基于切换的移动负载均衡技术中切换用户处于无线资源控制连接状态，而基于小区重选的移动负载均衡技术中切换用户处于 RRC空闲状态。基于小区重选的负载均衡算法可以达到有效的负载均衡效果，并且不会带来任何性能的损失。