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资源状态请求类型不匹配导致异厂家设备负载均衡失败摘要： 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。关键字：FDD TDD互操作，负载均衡，异厂家,FGI,资源状态请求【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 如下图，反向测试时，终端占用频点号为41140，PCI为193的TDD小区，在小区进入负载均衡状态后，始终未上报A4事件，未能负载均衡到FDD基站。 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（Composite Available 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：本小区负载评估邻小区负载信息收集和被均衡UE的选择选择均衡目标小区发起基于负载均衡的切换达到高负载状态高负载状态缓解YNNY图3 负载均衡流程逻辑图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TNL load 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。图4均衡目标小区列表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 in serving cell”。图5负载均衡切换流程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 in Target 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6 Feature 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“X2ResourceStatusRequest”，向NOKIA FDD基站请求资源负荷，但是收到FDD基站回复“X2 resource 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。表1 资源状态请求类型IE/Group NamePresenceRangeIE type and referenceSemantics descriptionCriticalityAssigned CriticalityReport CharacteristicsOBITSTRING(SIZE(32)Each position in the bitmap indicates measurement object the eNB2 is requested to report.First Bit = PRB Periodic,Second Bit= TNL load Ind Periodic,Third Bit = HW Load Ind Periodic,Fourth Bit = Composite Available Capacity Periodic.Bits 5 to 32 shall be ignored by the eNB2YESreject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Composite Available 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 Available Capacity 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Composite Available 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Handover Request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