江 鵬，梁燕萍，丁 丁，王小奇

（中國移動通信研究院 北京 100053）

1 前言

隨著移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展，龐大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模給網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化帶來了很大的挑戰(zhàn)，在采用傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化工作方式下，網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化人員的工作量大幅提升，巨量的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)幾乎無法由人工來完成操作，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化和運營成本越來越高。運營商不僅需要關(guān)注性能，更加需要關(guān)注維護操作的效率，如何降低運維成本成為運營商優(yōu)先考慮的問題。

面對下一代寬帶移動通信網(wǎng)絡(luò)的部署和運營，為了降低網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化的復雜度，減少運營成本和維護成本，提升網(wǎng)絡(luò)性能，需要更智能化的網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化手段。因此，下一代移動網(wǎng)絡(luò)的趨勢是 “自配置”、“自優(yōu)化”、“自治愈”，使人為因素對網(wǎng)絡(luò)的影響越來越小。自組織網(wǎng)絡(luò)（self-organizing network，SON）技術(shù)通過設(shè)備自身的自配置和自優(yōu)化等功能，能夠有效地應對網(wǎng)絡(luò)異常，是解決未來網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化工作，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量并降低網(wǎng)絡(luò)運營成本的一條有效途徑。

本文分析了SON技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化中發(fā)揮的重要作用，并結(jié)合目前已有的研究和標準化成果[1]，研究了基站自啟動、自動鄰區(qū)關(guān)系 （automatic neighbor relation，ANR）等SON功能在TD-SCDMA和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中的應用解決方案。

2 SON將在網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化中發(fā)揮重要作用

SON是指自身能夠探測周圍環(huán)境信息并能夠由此作出自主決策，并擁有自配置和自優(yōu)化功能的通信網(wǎng)絡(luò)，其組成及其運營過程如圖1所示。

SON通過自配置啟動網(wǎng)絡(luò)，然后開啟網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控測量并進行網(wǎng)絡(luò)性能評估，根據(jù)評估結(jié)果進行網(wǎng)絡(luò)自優(yōu)化，形成閉環(huán)的運營過程，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的變化而作出調(diào)整。通過集成于網(wǎng)元設(shè)備或者網(wǎng)管設(shè)備上的這些自主功能，SON可以實現(xiàn)自動維護和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，出現(xiàn)故障時可以在一定程度上進行“愈合”，從而大大降低運營工作量[2]。

持續(xù)不斷地降低網(wǎng)絡(luò)運營成本和網(wǎng)絡(luò)管理復雜度是無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的動力，因此運營商希望通過引進自配置、自優(yōu)化等機制來降低支出。通過動態(tài)的調(diào)整，這些自動化功能的目標是通過網(wǎng)絡(luò)的自組織行為來提高網(wǎng)絡(luò)的性能和質(zhì)量。這些技術(shù)進步表現(xiàn)為更高的處理能力和效率，不僅用來改善終端用戶的感知質(zhì)量，還用來提高網(wǎng)絡(luò)的可維護性。

2.1 SON可降低網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化的難度

在未來網(wǎng)絡(luò)中的接入網(wǎng)是非常復雜的，主要表現(xiàn)在以下各方面。

·可調(diào)參數(shù)繁多，而且參數(shù)之間的關(guān)系十分復雜。為了能夠高效地利用資源和高質(zhì)量地提供不同的業(yè)務(wù)，不同小區(qū)對應的參數(shù)需要個性化配置，這增加了網(wǎng)絡(luò)操作維護的復雜度。

·LTE網(wǎng)絡(luò)采用高頻段來實現(xiàn)覆蓋，覆蓋能力變?nèi)?，因而實現(xiàn)連續(xù)覆蓋所需的站點數(shù)量眾多，鄰區(qū)關(guān)系配置復雜，而且需要和現(xiàn)有異構(gòu)接入網(wǎng)并存和互操作，這使得網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化更加復雜。

·性能參數(shù)與用戶實際的業(yè)務(wù)感知之間的關(guān)聯(lián)性較少，未來網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化將會更加側(cè)重于用戶感知質(zhì)量的提高。

·基站出現(xiàn)故障時需要密集人力，且效果欠佳。

以上原因?qū)е聦嶋H網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化難度大，涉及的因素多，現(xiàn)有維護和優(yōu)化方法是以高度密集的人力提供次優(yōu)的解決方案。SON可利用通信網(wǎng)絡(luò)自身探測到的周圍環(huán)境信息做出優(yōu)化決策以自主優(yōu)化，并獲得更好的解決方案。基站和終端的存儲、處理及根據(jù)測量結(jié)果進行反應等能力的不斷增強，是SON目標能夠?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵推動力。

2.2 SON可降低網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化的成本

無線接入網(wǎng)絡(luò)中引入SON技術(shù)帶來的最大收益是運營支出（OPEX）的降低，并能提高性能。通過減少路測、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和優(yōu)化中人員的參與度，實現(xiàn)降低OPEX的目的。

（1）減少路測工作量

當前路測主要用于檢查網(wǎng)絡(luò)的性能。這項勞動力密集型工作可被用戶終端和基站提供的測量功能所代替。采用用戶終端測量還有一個優(yōu)勢就是這些測量可以來自于其他路測不便的區(qū)域，如室內(nèi)等。

（2）減少網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的人工勞動

如果小區(qū)數(shù)量眾多，設(shè)置配置參數(shù)需要大量的人力，如果采用自規(guī)劃，工作量將會大大減少。

（3）減少網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和優(yōu)化工作量

如果網(wǎng)絡(luò)不正常，需要花費大量人力去定位問題的原因并實施調(diào)整，SON的“自優(yōu)化”、“自治愈”會減少該項人力支出。

2.3 SON可提高網(wǎng)絡(luò)性能

SON的另一個特性是提升網(wǎng)絡(luò)性能，與此同時自組織算法可以通過自適應滿足特定業(yè)務(wù)特征和需求來提升業(yè)務(wù)感知質(zhì)量。下面是2個關(guān)鍵的預期可改善的方面。

·許多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要高帶寬，對無線資源的占用更大，也更易對網(wǎng)絡(luò)造成沖擊，現(xiàn)有的人為管理方式難以迅速應對網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的性能惡化，造成網(wǎng)絡(luò)性能下降，直接影響用戶體驗，而自組織網(wǎng)絡(luò)可以通過探測周圍環(huán)境信息并迅速作出自主決策來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，從而提升網(wǎng)絡(luò)性能。

·通過使用自組織，新基站的選址和技術(shù)特性的處理會非常簡單，而人工配置工作量也會減少，這會加速網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和升級的進度，同時網(wǎng)絡(luò)的可靠性還能得到保證。

3 SON技術(shù)在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中的引入

SON技術(shù)涉及網(wǎng)絡(luò)配置和優(yōu)化的很多方面，包括基站自啟動、鄰區(qū)優(yōu)化、移動性管理等，而SON也根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置和優(yōu)化中存在的不同問題展開研究。目前，廣泛研究的SON關(guān)鍵技術(shù)主要包括基站自啟動、自動鄰區(qū)優(yōu)化、移動健壯性、基站自治愈[3]等，這些技術(shù)根據(jù)所解決的問題不同，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營的不同階段引入，如圖2所示。由于目前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)處于大規(guī)模試驗階段，即商用網(wǎng)絡(luò)部署前期，已具備引入條件的SON技術(shù)包括基站自啟動和自動鄰區(qū)關(guān)系等功能。

3.1 基站自啟動

（1）應用場景

傳統(tǒng)的基站開站方式是需要在工程實施后由運維人員上站配置基站啟動所必需的一些基本參數(shù)（如OM鏈路相關(guān)信息、網(wǎng)元標識等），目的是打通遠程維護通道——OM鏈路，從而實現(xiàn)遠程維護。遠程維護通道的建立對于解決站點分散、距離偏遠等現(xiàn)實問題是非常有效的，但是對于每個站點需要逐一配置和啟動，增加了運維的難度和工作量，因此提出了自啟動的概念。

自啟動的主旨在于在工程實施結(jié)束后不需要人工上站，而是通過在網(wǎng)絡(luò)中布置1臺DHCP服務(wù)器的方法，由各個網(wǎng)元自動向該服務(wù)器獲取啟站點所必需的信息從而建立起網(wǎng)元與管理站之間的操作維護通道，通過遠程配置使站點達到可提供服務(wù)的目標?！白詥印钡膽脤岣唛_站的效率，降低運維的成本。

因此，自啟動的應用場景包括但不限于基站開通和基站割接。

（2）解決方案

自啟動過程是涉及多個網(wǎng)絡(luò)實體的一個交互過程，自啟動過程是指基站啟動后，自動獲取IP地址，鑒權(quán)通過后，主動連接到管理站和FTP Server，完成軟件及配置數(shù)據(jù)的下載，從而實現(xiàn)基站的自啟動功能。功能實現(xiàn)由自動連接和節(jié)點驗證、自動配置eNB、eNB網(wǎng)絡(luò)集成等構(gòu)成，流程如圖3所示。

在基站自啟動過程中，基站上電后，會進行硬件、傳輸連接的自測試，在測試硬件、傳輸連接正常后，基站嘗試建立與OMC的傳輸鏈路并向OMC注冊，當基站納入OMC管理范圍后，管理站向基站下發(fā)“創(chuàng)建軟件版本請求命令（包含配置文件版本信息）”，基站側(cè)檢查本地是否有管理站要求的軟件版本（包括配置文件版本），如果沒有就主動發(fā)起相應文件的下載，根據(jù)激活標志決定后續(xù)操作（更新版本或按當前版本啟動）。軟件升級后，進行配置數(shù)據(jù)的更新，從而完成基站的自配置。

基站自啟動功能的引入可以有效地提高基站開通和基站割接的效率，一方面，基站在傳輸連通條件下，上電即能自動進行相關(guān)配置并完成啟動，無需人工干預，即插即用，減輕了基站開通維護所需的時間、成本與工作量。另一方面，通過基站啟動時的自測試，及時發(fā)現(xiàn)問題，可提高一次安裝成功率。

3.2 自動鄰區(qū)關(guān)系優(yōu)化

（1）應用場景

自動鄰區(qū)關(guān)系（ANR）通過UE向eNB提供測量報告信息或者X2口傳輸?shù)泥弲^(qū)信息，eNB自適應地發(fā)現(xiàn)小區(qū)存在的鄰區(qū)，并通過受控或者自動的方式將發(fā)現(xiàn)的鄰區(qū)添加到鄰區(qū)關(guān)系列表中。綜上所述，ANR功能的主要目的是自動發(fā)現(xiàn)并維護鄰區(qū)關(guān)系列表的完整性、有效性，減少掉話，提高切換成功率；減少網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)的人力投入，降低運營成本，提供網(wǎng)規(guī)工具的有力補充。ANR的主要應用場景如下介紹。

·鄰區(qū)關(guān)系的自動發(fā)現(xiàn)：應用大規(guī)模建網(wǎng)的初期，相鄰小區(qū)可以借助UE測量自動發(fā)現(xiàn)，不再是完全由管理站配置，極大地減少了運營商的配置工作。

·鄰區(qū)關(guān)系的優(yōu)化調(diào)整：在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化階段，通過相關(guān)算法自動發(fā)現(xiàn)冗余的鄰區(qū)關(guān)系，通過調(diào)整鄰區(qū)關(guān)系屬性，提高切換成功率，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。

（2）解決方案

自動鄰區(qū)關(guān)系優(yōu)化功能包括3個模塊：鄰區(qū)檢測模塊、鄰區(qū)刪除模塊以及鄰區(qū)關(guān)系表管理模塊，其功能架構(gòu)及接口關(guān)系如圖4所示。

基站根據(jù)自己的檢測或UE上報的測量信息，找到可能的同頻鄰區(qū)、異頻鄰區(qū)或系統(tǒng)間鄰區(qū)，并依照預配置的策略自動更新鄰小區(qū)列表，完成與鄰小區(qū)建立X2接口等相關(guān)操作，具體步驟如下。

·eNB向UE下發(fā)ANR相關(guān)的測量配置，可以包括Intra-RAT同頻、異頻測量或Inter-RAT測量，UE收到測量配置后執(zhí)行鄰區(qū)PCI（physical cell ID）的測量，并將測到的鄰區(qū)PCI信息按照測量報告的格式上報給eNB。

·eNB收到鄰區(qū)的PCI信息后，選取特定的UE下發(fā)report CGI（cell global ID）測量配置，UE 收到此測量配置后，讀取鄰區(qū)的廣播信息，獲取鄰區(qū)的CGI、PLMN和TAC等信息。

·eNB收到 UE上報的鄰區(qū)的 CGI、PLMN和 TAC等信息后，將信息上報給OMC，由OMC決策是否添加該鄰區(qū)。

ANR技術(shù)的引入通過終端測量結(jié)合實際情況來優(yōu)化鄰區(qū)關(guān)系，幾乎無需人工開銷，可始終處于工作狀態(tài)，從而保證不間斷優(yōu)化，降低漏配鄰區(qū)的概率，減少漏配鄰區(qū)所導致的低切換成功率以提高網(wǎng)絡(luò)性能。同時，對于漏配鄰區(qū)可以自動檢測并合理添加，減少了運營商的配置工作，從而顯著提升網(wǎng)絡(luò)運維人員的工作效率，提高網(wǎng)絡(luò)性能。

4 SON技術(shù)在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中的引入

在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)引入SON技術(shù)，需要考慮現(xiàn)網(wǎng)的實際情況，應盡量在現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的基礎(chǔ)上引入相應功能，避免對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備帶來較大影響。目前，主要針對基站自啟動和ANR功能在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的引入進行了研究，以期能有效提高網(wǎng)絡(luò)配置和優(yōu)化工作效率。

TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的基站自啟動技術(shù)與前述TD-LTE網(wǎng)絡(luò)基站自啟動技術(shù)相同，在此不再贅述，本文著重介紹TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的ANR功能。

4.1 TD-SCDMA中引入ANR功能的難點

相比TD-LTE系統(tǒng)，在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中引入ANR功能需要考慮如下2個難點，分別體現(xiàn)在鄰區(qū)關(guān)系檢測和鄰區(qū)關(guān)系分析與建立2個階段。

（1）終端測量能力有限

TD-LTE終端測量不需要鄰區(qū)列表，在RRC連接模式能持續(xù)上報所有檢測到的小區(qū)PCI。目前，TD-SCDMA終端的測量依賴于網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的鄰區(qū)信息，對未知小區(qū)的測量報告無法獲得。對此，可通過對RNC配置“虛擬鄰區(qū)”的方式，使終端獲得對未知小區(qū)測量的必需信息。

（2）NodeB 處理能力

LTE網(wǎng)絡(luò)的eNB可以獲取目標小區(qū)的CGI，進一步獲取目標eNB的IP地址，并在切換準備前與之建立鄰區(qū)關(guān)系?？紤]NodeB處理能力，在TD-SCDMA系統(tǒng)中引入ANR技術(shù)，鄰區(qū)關(guān)系的分析和建立功能將借助RNC和后臺分析工具共同完成。

4.2 解決方案

基于§4.1的分析，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)ANR功能的流程示意如圖5所示。后臺處理從網(wǎng)管系統(tǒng)獲取現(xiàn)網(wǎng)鄰區(qū)配置，自動生成待測鄰區(qū)集合并下發(fā)RNC，RNC基于待檢測的漏配鄰區(qū)集合，利用現(xiàn)網(wǎng)中的終端對集合中的小區(qū)進行測量。如果某一個或某一些小區(qū)滿足了一定信號質(zhì)量條件，導致UE能上報其測量報告，則將其輸出到后臺，通過工具分析確認是否為漏配鄰區(qū)或冗余鄰區(qū)，最后通過RNC完成鄰區(qū)關(guān)系的自動調(diào)整。

除漏配鄰區(qū)集方案外，ANR功能還可基于小區(qū)更新機制實現(xiàn)漏配鄰區(qū)的檢測。若發(fā)生了原因值為“radio link failure”的小區(qū)更新事件，且原服務(wù)小區(qū)和當前小區(qū)不同，則分析兩小區(qū)可能存在鄰區(qū)關(guān)系。

自動鄰區(qū)優(yōu)化的主要功能包括鄰區(qū)漏配檢測和鄰區(qū)關(guān)系分析，基于漏配鄰區(qū)集方案和小區(qū)更新方案的具體步驟如下。

第1步：設(shè)某小區(qū)已配鄰區(qū)集為A，可能漏配的鄰區(qū)集為B，將A與B合并形成鄰區(qū)列表C?？赡苈┡溧弲^(qū)集可基于網(wǎng)管系統(tǒng)的現(xiàn)有鄰區(qū)列表，采用“泛洪”方式獲得。具體而言，對某小區(qū)C1，若其與小區(qū)C2已建立鄰區(qū)關(guān)系，且存在C2的鄰區(qū)C3不為C1的當前鄰區(qū)，則將C3列入該小區(qū)的可能漏配鄰區(qū)集。

第2步：對于合并形成的鄰區(qū)列表C，利用本小區(qū)內(nèi)的現(xiàn)有終端，分別下發(fā)同頻、異頻及異系統(tǒng)測量控制。

第3步：當UE上報測量報告時，RNC判斷觸發(fā)報告的小區(qū)是否屬于已配鄰區(qū)集A。

·如果屬于A，則按正常流程處理；

·如果不屬于A，則把報告內(nèi)容輸出到后臺網(wǎng)絡(luò)日志中，不作后續(xù)的流程處理。

第4步：當 UE執(zhí)行原因值為“radio link failure”的小區(qū)更新過程，且原小區(qū)與目標小區(qū)不同，RNC將該事件輸出到后臺網(wǎng)絡(luò)日志。

第5步：后臺定期分析網(wǎng)絡(luò)日志數(shù)據(jù)，包括漏配鄰區(qū)分析和冗余鄰區(qū)分析。一方面，基于漏配鄰區(qū)集的測量報告和小區(qū)更新事件，根據(jù)鄰近小區(qū)的信號強度、測量報告頻度和小區(qū)更新頻度，判斷漏配鄰區(qū)；另一方面，基于現(xiàn)網(wǎng)實際的切換統(tǒng)計信息，根據(jù)服務(wù)小區(qū)與已配置鄰區(qū)間的切換請求次數(shù)、切換成功率、信號電平強度等，給出鄰區(qū)優(yōu)先級評分，分析冗余鄰區(qū)。

第6步，由RNC根據(jù)鄰區(qū)調(diào)整建議完成鄰區(qū)關(guān)系的自動優(yōu)化。

通過在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中引入ANR技術(shù)，可以把以往1～2個月的鄰區(qū)列表優(yōu)化周期縮短為1～2周，并節(jié)約了路測和數(shù)據(jù)處理的工作量，從而有效地提高鄰區(qū)優(yōu)化的工作效率，降低成本。并且，ANR功能對UE和NodeB而言都是透明的，無需增加現(xiàn)有商用終端和NodeB的功能要求，避免了對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的較大改造。

5 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展以及對無線通信需求的不斷增加，未來網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化的難度和復雜度變得更大，維護和優(yōu)化的成本也隨之增大。SON技術(shù)通過設(shè)備自身的自配置和自優(yōu)化等功能，能夠有效地應對網(wǎng)絡(luò)異常，是解決未來網(wǎng)絡(luò)維護和優(yōu)化工作，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量并降低網(wǎng)絡(luò)運營成本的一條有效途徑。

基站自啟動和ANR是SON技術(shù)的重要功能，均已具備引入網(wǎng)絡(luò)運營的條件。基站自啟動功能的引入應用于基站開通和基站割接的場景，能有效提高開站效率，降低運維成本。ANR技術(shù)的引入可實現(xiàn)自動配置鄰區(qū)及合理優(yōu)化鄰區(qū)關(guān)系，減少了運營商的配置和優(yōu)化工作，從而提高網(wǎng)絡(luò)運維人員的工作效率，提升網(wǎng)絡(luò)性能。

持續(xù)不斷地降低網(wǎng)絡(luò)運營成本和網(wǎng)絡(luò)管理復雜度是無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的動力，隨著SON技術(shù)的不斷深入研究，將會有更多的SON技術(shù)應用到實際網(wǎng)絡(luò)中，這將有效地改善終端用戶的感知質(zhì)量，提高網(wǎng)絡(luò)的可維護性。

1 3GPP TS 36.902.Evolved universal terrestrial radio access network (E-UTRAN). Self-configuring and self-optimizing network(SON)use cases and solutions

2 An annex deliverable by the NGMN alliance.NGMN Recommendations on SON and OAM Requirements,Dec 2008

3 Socrates deliverable D2.1.Use Cases for Self-Organising Networks,March 2008