LTE与eHRPD系统间空闲态负荷均衡方案研究*

李路鹏，熊尚坤，王庆扬

（中国电信股份有限公司广东研究院 广州 510630）

1 引言

对于CDMA运营商，LTE（long term evolution）是未来网络演进的方向，在一定时期内势必会同时运营LTE和eHRPD两张数据网络，怎样充分利用这两张网络资源，提高用户感受是摆在CDMA运营商面前的一个重要课题。

目前3GPP R8和3GPP2都制定了eHRPD和E-UTRAN混合终端空闲重选网络的标准，此空闲重选的机制是根据公共优先级和信号强度综合判断决定选择网络，由于在eHRPD和E-UTRAN重叠区域，信号强度通常能满足要求，因此在重叠区域实际上仅根据公共优先级重选网络，通常运营商会将E-UTRAN公共优先级设置更高，则终端基本上都会空闲重选到E-UTRAN网络上，这样运营商就无法均衡两张网络的负荷，充分利用两张网络资源。3GPP在R9版本更新了空闲重选网络的标准，在公共优先级的基础上增加了专用优先级，在eHRPD和E-UTRAN网络负荷不均衡时，eNode B通过在呼叫释放时对一些用户下发eHRPD专用优先级，从而将一些用户重选到eHRPD网络，但是目前3GPP2只有公共优先级的空闲重选方案，这样从E-UTRAN重选过来的用户又会因为E-UTRAN公共优先级高而再次重选到E-UTRAN网络上，因此根据目前标准在eHRPD和E-UTRAN重叠区域混合终端都会重选到E-UTRAN，运营商将浪费eHRPD网络资源。因此对于CDMA运营商，在3GPP2推动下制定优化的eHRPD和E-UTRAN空闲重选标准，实现eHRPD和E-UTRAN系统间空闲态的负荷均衡迫在眉睫。

2 负荷均衡方案

目前主要的eHRPD和E-UTRAN间空闲态负荷均衡方案有3种，下面对这3种空闲态负荷均衡方案进行详细介绍。

2.1 方案1原理

3GPP2给终端分配LTE的专用优先级，其终端LTE的专用优先级高低是根据用户签约属性或者运营商策略决定的，通常用户套餐越高，其终端LTE专用优先级越高。当eAN（evolved access network，演进的无线接入网）发现LTE的负荷很高时，eHRPD系统下所有激活用户释放连接，在ConnectionClose消息中增加LTE的专用优先级，使得这些用户均保留在eHRPD下；当eAN发现LTE的负荷处于中等负荷时，对eHRPD系统下普通激活用户释放连接，在ConnectionClose消息中增加专用优先级，使得这些普通用户保留在eHRPD下，而对eHRPD系统下重要激活用户释放连接时，在ConnectionClose消息中不增加专用优先级，使得这些重要用户处于空闲态后重选到LTE网络下；当eAN发现LTE的负荷很轻时，对eHRPD系统下所有激活用户释放连接，在ConnectionClose消息中均不增加专用优先级，使得所有用户处于空闲态后均可重选到LTE网络下。通过这种机制可以将终端尽可能地均衡到eHRPD和E-UTRAN两张网络上。但由于该方案只有在释放连接时终端才能收到LTE专用优先级，因此该方案不够灵活。

2.2 方案2原理

根据用户签约属性或运营商策略将终端分成8个等级，分别用UEClass 1～UEClass 8表示，UEClass 1等级最低，UEClass 8等级最高，eAN通过不同优先级参数从3GPP2 AAA获得终端的等级，通常用户套餐越高，其终端等级越高。在开机协商或者重协商时eAN将终端等级发给终端。

系统通过下发UEClass bitmap控制不同等级的终端重选到不同的网络上，从而达到负荷均衡的目的。eAN通过总体消息将UEClass bitmap发给终端，eAN用UEClass bitmap综合指示终端选择eHRPD还是LTE网络，UEClass bitmap共13位，前面8位是网络重选指示，后面5位用来随机化。假若后5位都置1，就表示没有随机化。在没有随机化时，完全由前面的8位指示终端重选到不同网络上。若后5位不全为1时，则由前8位和后5位综合决定重选到不同的网络上。UEClass bitmap如图1所示。

Bit 13～Bit 6是不同等级终端网络选择指示，现以Bit 13为例（其他比特位跟Bit 13作用一样，只是指示不同等级终端）。

·Bit 13为0，意味着等级8的终端呆在eHRPD网络上，其实现机制是终端将eHRPD公共优先级设置为最大，从而根据空闲重选机制重选到eHRPD网络上。

·Bit 13为1，意味着等级8的终端重选到E-UTRAN网络上，其实现机制是终端将eHRPD公共优先级设置为最小，从而根据空闲重选机制重选到E-UTRAN网络上。

若UEClass bitmap只有Bit 13～Bit 6，当同一等级终端过于集中在某些基站下时，这些等级终端都会重选到eHRPD网络或者E-UTRAN网络，还是起不到将终端均衡到eHRPD和E-UTRAN网络上的目的。因此用Bit 5～Bit 1来随机化。

下面对Bit 5～Bit 1的含义加以说明。

Bit 5代表IMSI个位数为0和1的终端的随机因子，Bit 4代表IMSI个位数为2和3的终端的随机因子，以此类推，Bit 1代表IMSI个位数为8和9的终端的随机因子。当Bit 5～Bit 1不全为1时，UEClass bitmap的前8位和后5位综合决定重选到不同的网络上，下面以图2为例加以说明。

图 2中，Bit 13为 1，但是 Bit 5～Bit 1不全为 1，则表示终端等级为 8 且终端 IMSI个位数为 0、1、2、3、6、7 的终端重选到E-UTRAN网络上，而终端等级为8且终端IMSI个位数为 4、5、8、9的终端则不重选到 E-UTRAN网络上，这样即使基站下都是等级为8的终端，也能将终端均衡到eHRPD和E-UTRAN上。

图3是没有UEClass bitmap时的重选示意。

从图3可以看出，在eHRPD和E-UTRAN重叠网络中，根据3GPP2现有的重选机制，终端有可能均重选到eHRPD网络，也可能均重选到E-UTRAN网络。

图4是有UEClass bitmap时重的选示意。

从图4可知，在eHRPD和E-UTRAN重叠网络中，在3GPP2现有的重选机制基础上增加方案2后，终端可均衡到eHRPD网络和E-UTRAN网络上。

2.3 方案3原理

根据用户签约属性或者运营商策略给终端分配LTE的专用优先级，用LTEDedicatedReselectionPriority表示。通常用户套餐越高，其LTE专用优先级越高。在开机协商或者重协商时eAN将每个终端的LTE专用优先级发给终端。

不是任何时候终端的LTE专用优先级都起作用，只有当eAN发现eHRPD和E-UTRAN负荷不均衡或者E-UTRAN负荷高时，eAN通过广播消息下发LTE专用优先级起作用指示时终端的LTE专用优先级才起作用，专用优先级起作用指示用DedicatedPriorityEnabled表示，置1表示终端的LTE专用优先级起作用，此时LTE的公共优先级就不起作用；置0则表示终端的LTE专用优先级不起作用，此时LTE的公共优先级就起作用。

在eHRPD和E-UTRAN负荷不均衡时，eAN通过广播消息下发LTE专用优先级起作用指示，同时eAN还通过广播消息下发LTE专用优先级门限，只有终端的LTE专用优先级大于专用优先级门限的终端才能空闲重选到E-UTRAN网络上，而终端的LTE专用优先级小于等于专用优先级门限的终端还是在eHRPD网络中，通常情况下eAN通过调整专用优先级门限就能较好地将终端均衡到eHRPD和E-UTRAN网络上。但当LTE专用优先级相同的终端过于集中在某些基站下时，仅仅通过调整专用优先级门限很难将终端均衡到eHRPD和E-UTRAN网络上，此时eAN有必要通过广播消息下发每个LTE专用优先级的随机重选概率，随机重选概率用P表示，这时该方案的重选机制描述如下。

（1）终端的LTE专用优先级小于等于专用优先级门限，则该终端还是呆在eHRPD网络上，除非eHRPD的信号很弱。

（2）终端的LTE专用优先级大于专用优先级门限，若满足以下所有条件，则终端重选到E-UTRAN网络上：

（a）LTE专用优先级大于eHRPD优先级；或者LTE专用优先级小于等于eHRPD优先级且eHRPD的信号很弱；

（b）终端随机产生小于1的随机数小于对应专用优先级的随机重选概率P。

通过以上这种机制，在某些特殊情况下（LTE专用优先级相同的终端过于集中在某些基站下），也能将终端均衡到eHRPD和E-UTRAN网络上。

图5是没有专用优先级时的重选示意。

从图5可知，在eHRPD和E-UTRAN重叠网络中，根据3GPP2现有的重选机制，终端有可能都重选到E-UTRAN网络上。

图6是有专用优先级时的重选示意。

从图6可知，在eHRPD和E-UTRAN重叠网络中，在3GPP2现有的重选机制基础上增加方案3后，终端可均衡到eHRPD网络和E-UTRAN网络上。

图7是有专用优先级和随机重选机制时的重选示意。

从图7可知，在eHRPD和E-UTRAN重叠网络中，在3GPP2现有的重选机制基础上增加方案3后，尽管此时LTE专用优先级相同的终端过于集中，但通过随机重选机制后，终端也可均衡到eHRPD网络和E-UTRAN网络上。

3 负荷均衡方案优缺点对比

下面对3种方案进行对比分析，包括各方案主要技术特点介绍、各方案优点和缺点，具体见表1。

从表1可以看出，方案1简单，但是由于不能及时将专用优先级下发给终端，因此控制不灵活，另外也没有考虑随机机制，因此不是最优方案。

方案2和方案3都采用广播方式且考虑了随机机制，

因此均能及时调整两系统负荷，但方案2相比方案3，广播时需传输更多的bit，因此传输效率更低，另外方案2的随机机制也比方案3稍差，因此总体来看方案3相对合理一些，建议制定方案3的空闲态负荷均衡标准。

表1 方案优劣势对比

4 结束语

合理的eHRPD和E-UTRAN空闲重选机制能将终端均衡地附着在eHRPD和E-UTRAN网络上，从而起到负荷均衡的目的。因此对于CDMA运营商，在3GPP2推动下制定优化的eHRPD和E-UTRAN空闲重选标准，实现eHRPD和E-UTRAN系统间空闲态的负荷均衡，这对运营商充分利用两张网络资源，提高用户感受有非常重要的作用。

1 3GPP2C.S0087-A_V2.0.E-UTRAN—cdma2000HRPD Connectivity and Interworking:Air Interface Specification

2 3GPP TS 36.331.Radio Resource Control(RRC)(Release 9)

3 3GPP TS 36.304.User Equipment(UE)Procedures in Idle Mode(Release 9)