资源状态请求类型不匹配导致异厂家设备负载均衡失败

Posted 2021-04-15 前景理论

摘要：

随着LTE网络建设的加速以及4G用户规模的不断增长，用户分布不均匀的现象十分普遍，经常会出现某个小区负载较重而其邻区负载较轻的现象，不仅会降低网络容量而且还会影响到用户的服务质量。LTE负载均衡技术，可以很好的均衡小区负载问题，在保证用户的服务质量的同时，使网络总容量达到最大化。目前中国电信的组网策略是FDD作为网络广覆盖，TDD作为热点补充，做好FDD和TDD两个网络之间的负载均衡具有十分重要的意义，本文以NOKIA FDD和大唐TDD异厂家设备之间的负载均衡作为研究对象，对FDD与TDD负载均衡相关原理和特性进行了研究和论证，解决了大唐TDD到NOKIA FDD的由于资源状态请求不一致导致的负载均衡不成功的故障。

【故障现象】：

合肥磨店的宏升科技电缆基站是TDD和FDD双模基站， TDD 基站IP为7.191.24.246，FDD 基站IP为7.191.24.178。单验测试过程中发现，NOKIA FDD到大唐TDD的负载均衡功能测试正常，但是反向大唐TDD到NOKIA FDD的负载均衡不成功。从外场测试现象看，在TDD小区达到设置的负载门限后，测试终端未能发起基于负载均衡的切换请求。

如下图，FDD基站可以成功将测试终端均衡切换到TDD基站，测试终端发起A4事件后，从频点号为1825,PCI为171的FDD小区成功的被均衡到频点号为41140，PCI为193的TDD基站上。

图1外场测试终端从FDD均衡到TDD

  图2 外场测试终端未能从TDD均衡到FDD

【原因分析】：

异频负载均衡的原理：

LTE异频负载均衡，主要是根据本小区和邻小区的负载情况，计算本小区和邻小区的综合可用容量CAC（CompositeAvailable Capacity），使用X2接口进行负载信息交互，并选择合适的UE作为均衡对象，最终使得异频小区之间的负载趋于平衡。

负载均衡过程的逻辑示意图如下：

主要包含下面六个步骤：

1)  打开负载均衡功能的小区会周期性的测量本小区的负载情况，主要根据PRB利用率来进行判断。

2)  根据系统定义的负载门限，来决定小区是否进入高负载状态，如果步骤1）中周期性测量到的小区负载情况高于个定义的门限，则小区进入高负载状态，反之则不进入高负载状态。外场功能测试验证时，可以适当调低系统的负载均衡状态触发门限，以便外场测试。

3)  通过X2接口收集邻小区负载信息，对于进入高负载状态的小区，通过X2接口去请求和获取异频基站小区的负载情况，同时进行被均衡UE的选择。

3GPP主要定义了4种资源状态请求类型，可在RESOURCE STATUS REQUEST消息中查看Report Characteristics IE 。第一种为 PRB Periodic，周期性PRB使用情况，对应第1比特位；第二种为TNLload Ind Periodic，周期性传输网络层负载指示，对应第2比特位；第三种为HW Load Ind Periodic，周期性硬件负载指示对应第3比特位；第四种为Composite Available Capacity Periodic，周期性综合可用容量，对应第4比特位。详细可参见3GPP 36.423 8.3.6。

前3种资源状态请求类型，单一的考虑某一项资源负载情况，算法实现相对简单；第4种资源状态请求类型，综合的考虑了系统的可用容量，算法实现复杂，相对来说也更为合理。

资源状态请求流程

被均衡UE也需要满足一定条件：

a) UE没有QCI1承载；

b) UE需要支持两个负载均衡小区的频点；

c) UE支持A4测量事件；

d) UE当前没有在进行异频或异系统测量；

e) UE没有配置辅载波。

4)    对邻小区进行优先级排序，选择合适的邻区作为均衡目标小区。主要是根据邻小区的综合可用容量CAC来进行排序，形成目标小区列表TCL，UE会选择TCL中最高位置的小区作为切换的目标小区，如果没有获取到小区的CAC，则根据测量报告来进行排序。如下图所示。

5)  发起基于负载均衡的切换，向目标小区发起切换请求，原因值 =“Reduce load inserving cell”。

如果目标小区的综合可用容量不足，则拒绝切换请求，原因值 “No Radio Resources Available inTarget Cell”

6)  若小区负载状态得以缓解，则返回第1步，否则继续选择合适的邻小区。

根据负载均衡的主要步骤，结合外场实际测试情况，首先对终端能力进行分析。测试终端若要支持FDD和TDD进行负载均衡，其FGI(Feature Group Indicator)需要同时满足Bit13、Bit14、Bit25、Bit30，各Bit定义如下。

图6Feature Group Indicator含义

协议规定bit1为左边第1位，详细参见3gpp 36.331 B.1。

支持FDD和TDD负载均衡终端FGI分析：

解析“UE Capability Information”消息，并找到FGI，值为“Ox7E0DD884”，如下图。将该十六进制数转换为二进制为“01111110000011011101100010000100”。从该二进制可以看出，该UE Bit13、Bit14、Bit25、Bit30，均为“1”，具备FDD和TDD负载均衡能力。

图7测试终端FGI分析

不支持FDD和TDD负载均衡终端FGI分析：

如下图，解析另一款终端的FGI“0x5C0DD880”,将该十六进制转换为二进制得到“01011100000011011101100010000000”，从该二进制可以看出，该终端Bit30位值为“0”,说明该终端不支持FDD和TDD之间的切换。

图8测试终端FGI分析

通过对外场测试终端的FGI进行分析，发现有部分终端支持FDD和TDD之间的负载均衡，也有部分终端不支持。测试时，只要有终端支持即可满足测试需求。

排除终端问题后，根据负载均衡主要流程进一步分析，抓取X2接口log，分析小区之间负载信息交互是否顺利。从后台抓取的X2消息看，异厂家eNB之间在通过X2接口交互小区负荷信息时出现异常。大唐TDD小区通过X2接口发起资源状态请求消息“X2 Resource Status Request”，向NOKIAFDD基站请求资源负荷，但是收到FDD基站回复“X2resource status Failure”。

图9 TDD发起资源状态请求消息

图10 FDD回复资源状态失败消息

进一步分析大唐TDD基站发起的资源状态请求消息，如下图“ReportCharacteristics”值为“80000000”，转换成二进制为“10000000000000000000000000000000”，第1Bit为“1”，即请求的资源状态类型为PRB Periodic。

图11 TDD向FDD发起的资源状态请求类型

实际上3GPP协议对“ReportCharacteristics”定义了32位bit。第1到4bit位对应前文，负载均衡主要步骤3）提到的4种资源状态请求类型；第5到32bit位，协议未做详细描述，可以被eNB忽略，如下表1Semantics description，详细可以参见表1 3GPP 36.423 9.1.2.11。

进一步分析NOKIA FDD基站发起的资源状态请求消息。如下图，“ReportCharacteristics”值为“10000000”，转换成二进制为“00010000000000000000000000000000”，第4Bit为“1”。即请求的资源状态为类型CompositeAvailable Capacity Periodic。大唐基站可以响应该类型的资源状态请求消息，所以FDD可以均衡到TDD。

图12 FDD向TDD发起的资源状态请求类型

从资源状态请求消息的类型可以看出，大唐TDD请求的资源状态类型为PRB Periodic，NOKIA FDD请求的资源状态类型为Composite AvailableCapacity Periodic。两个厂家资源状态请求的类型不一值，异厂家关于负载均衡的资源状态请求算法存在差异，导致无法顺利进行资源状态信息交互。

【解决方法】

大唐TDD进行基站升级，以比较合理的综合可用容量CompositeAvailable Capacity，进行资源状态请求。

大唐TDD基站升级后，外场测试，测试终端成功的从TDD小区均衡到FDD小区，如下图，终端上报A4事件后，终端从频点号为41140，PCI为193的TDD小区成功均衡到频点号为1825，PCI为172的FDD小区上。

图13 外场测试终端从TDD均衡到FDD

从后台抓取X2log，如下图也可以看出，TDD基站在请求FDD基站资源状态时，使用的是第4比特位，即Composite Available Capacity。

图14 TDD向FDD发起的资源状态请求类型

在FDD小区收到TDD资源状态请求后，通过ResourceStatusReporting消息反馈本小区的综合可用容量Composite Available Capacity，如下图。

图15 FDD向TDD反馈综合可用容量CAC

在TDD小区成功请求到FDD小区负载以后，接着测试终端触发A4事件，TDD基站向FDD基站发起HandoverRequest请求，原因值为reduce load in serving cell，如下图。

图16 TDD向FDD发起基于负载原因的切换请求

在大唐升级以后，再次测试验证FDD是否能够均衡到TDD，从外场测试log和后台X2接口log看，测试终端能够从FDD小区均衡到TDD小区。

如下图，终端从频点号为1825，PCI为172的TDD小区,成功均衡到频点号为41140，PCI为193的TDD小区上。

图17外场测试终端从FDD均衡到TDD

FDD基站向TDD基站发起Handover Request请求，原因值也为reduce load in serving cell，如下图。

图18 FDD向TDD发起基于负载原因的切换请求

最终NOKIA FDD和大唐TDD异厂家之间负载均衡试验顺利完成。

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