LTE系统中MME负载均衡的研究

摘要

随着移动网络用户的增加，智能终端的普及和移动应用服务的的主流化，现在的移动通信已经呈现了爆炸性增长趋势。移动互联网业务和 M2M（Mac hine to Machine）等新兴业务在给用户提供服务的同时，也给核心网信令控制带来很大的负担，容易造成信令在MME（Mobility Management Entity）出现阻塞从而导致网络整体性能下降。核心网控制网元MM E的负载均衡功能可以实现若干MM E之间的资源共享和负荷分担，从而有效预防网络中信令传输的阻塞。本文依托“基于TD-LTE的宽带移动专用通信网络总体方案与测试评估研究”国家科技重大专项，首先在第三章中针对MME软件实现的必要接口以及协议进行了研究分析，接着第四章对MME间的负载均衡算法进行了研究设计并进行仿真验证，通过前两章的准备第五章在实验系统中实现了MME软件的负载均衡功能。
　　首先，本文对MM E间的负载均衡算法进行了研究与设计。本文通过对MM E性能影响因素的分析，筛选出UE附着数量以及承载激活数量作为衡量MME性能权重的主要因素，并通过数学建模设计出了MM E权重计算的多准则表达式。在此基础上，对普通负载均衡方法中使用固定周期进行权重更新的做法进行了改进，设计出能够根据相邻周期内 MM E上用户数量的变化趋势而自适应调整下一次权重更新时间的负载均衡算法，缩小了对用户数量变化趋势的感知粒度，从而进一步提高MME的负载均衡能力。基于以上研究，本文对改进的负载均衡算法进行了仿真。仿真结果验证了改进后的算法提高了MM E负载均衡性能，更加充分地利用了MME资源。
　　在MME负载均衡算法设计的基础上，文章结合项目需求在MM E实验软件中实现了负载均衡功能。基于在国家科技重大专项中对MM E实现技术的研究，本文对OpenAirInterface4G开源项目中的MME实验软件进行改进，通过添加统计功能、MME权重计算功能、相关消息定义以及MM E配置更新的交互过程，实现了MM E的负载均衡功能。最后文章还对MM E实验软件进行了测试，首先模拟搭建了一个简单的MM E池，通过该测试环境对MM E基本通信流程和MM E负载均衡软件流程分别进行了功能测试，验证了MME实验软件负载均衡功能的有效性。

目录

声明

缩略词表

第一章 绪 论

1. 1研究工作的背景与意义

1. 2本文的研究内容

1. 3本文的结构安排

第二章 MME功能和MME负载均衡策略综述

2. 1 LTE网络架构

2. 2 MME

2. 3 MME池

2. 4 MME负载均衡研究现状

2. 5本章小结

第三章 MME接口及其协议栈的研究

3. 1 MME主要接口

3.2 S1-MME接口

3. 3 NAS协议

3. 4 S11接口

3. 5 S6a接口

3. 6本章小结

第四章 MME负载均衡算法的设计与仿真

4. 1 MME负载均衡算法的设计思路

4. 2 AHP决策方法

4. 3多准则负载均衡表达式

4. 4 MME权重更新的周期自适应算法

4. 5仿真及结果分析

4. 6本章小结

第五章 MME负载均衡功能的实现与测试

5. 1 MME实验软件的需求分析

5. 2 MME实验软件总体结构

5. 3 MME实验软件的改进思路

5. 4 MME应用层模块的改进与实现

5. 5 S1AP接口模块的改进与实现

5. 6 MME实验软件的功能测试

5. 7本章小结

第六章 全文总结与展望

6. 1全文总结

6. 2对未来工作的展望

致谢

参考文献

硕士研究生期间的研究成果