摘要：文章指出利用自配置技術，每個基站可以在電信管理網(wǎng)絡（OAM）節(jié)點允許的范圍內(nèi)，自主地選擇物理小區(qū)標識并建立和維護鄰區(qū)關系；利用自優(yōu)化技術，每個基站可以根據(jù)當前的負載和性能統(tǒng)計情況，進行參數(shù)調(diào)整，優(yōu)化系統(tǒng)性能；利用自治愈技術，OAM持續(xù)監(jiān)測通信網(wǎng)絡，一旦發(fā)現(xiàn)可以自動解決的故障，就啟動對相關必要信息的收集，進行故障分析，并根據(jù)分析結(jié)果觸發(fā)恢復動作。文章認為不斷增加的基站數(shù)量、共存的2G/3G/4G系統(tǒng)、異構(gòu)網(wǎng)絡（HetNet）引入的分層網(wǎng)絡架構(gòu)等，導致網(wǎng)絡變得越來越復雜，巨大的管理工作和高昂的運維成本，使得采用以自配置、自優(yōu)化和自治愈為核心特征的SON技術成為LTE/LTE-A系統(tǒng)的必然選擇。

關鍵詞：自組織網(wǎng)絡；自配置；自優(yōu)化；自治愈

Abstract：Self-configuration， self-optimization， and self-healing are key functionalities in a self-organizing network. The eNB can automatically select the physical cell ID and configure a neighbor relationship within the range allowed by OAM. The eNB can optimize system performance by automatically adjusting its parameters according to statistics on system load and performance. Self-healing aims to solve or mitigate faults that can be solved automatically. The OAM is responsible for monitoring collected information and detecting faults， and appropriate recovery actions are triggered. Networks are becoming more complicated with increasing numbers of eNBs； coexistence of 2G， 3G and LTE/LTE-A； and heterogeneous HetNet architecture. Manual network planning and optimization is difficult and expensive for operators. To reduce capex and opex and to improve network deployment and operation， SON is the inevitable choice for LTE and LTE-A systems.

Key words：self-organization network； self-configuration； self-optimization； self-healing

自組織網(wǎng)絡（SON）的概念最早基于Ad Hoc通信機制提出，它是一種無固定拓撲，無中心節(jié)點，可以隨時隨地動態(tài)組建的無線通信網(wǎng)絡形式，具有自發(fā)現(xiàn)、自配置、自組織和自治愈等核心特征。

在2007年3GPP進行LTE標準制訂時，決定引入LTE SON機制。引入LTE SON技術旨在自動完成蜂窩移動通信網(wǎng)絡設備的參數(shù)配置和優(yōu)化工作，減少網(wǎng)絡操作管理過程中的人工參與，提高網(wǎng)絡可靠性，降低運營成本，提升LTE系統(tǒng)在未來移動通信市場上的競爭力。LTE SON機制提供3種功能，即自配置、自優(yōu)化和自治愈。其中，自配置指演進型基站（eNB）具有即插即用、自動下載安裝軟件、自動配置無線和傳輸參數(shù)以及自主管理鄰區(qū)關系等功能；自優(yōu)化指網(wǎng)絡設備根據(jù)運行狀況，自適應調(diào)整無線參數(shù)，如發(fā)射功率、切換門限和小區(qū)個性偏移量等，優(yōu)化網(wǎng)絡性能；自治愈指通過監(jiān)測和分析錯誤數(shù)據(jù)、告警信息，網(wǎng)絡自主發(fā)現(xiàn)故障并及時隔離和恢復。

1 SON標準化的進展

在LTE SON標準化過程中重點研究了兩方面的內(nèi)容。第一方面是SON在LTE無線接入網(wǎng)（RAN）中的應用場景定義和實現(xiàn)方案設計；第二方面是SON對電信管理網(wǎng)絡（OAM）的影響、需求以及實現(xiàn)方案。前者由3GPP RAN3工作組牽頭研究，RAN2/RAN4輔助；后者由系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)中的SA5工作組負責完成。其中，自配置和自優(yōu)化相關內(nèi)容在RAN3和SA5工作組都開展研究，而自治愈功能工作主要在SA5工作組開展。相關標準化成果體現(xiàn)在3GPP LTE標準的RAN側(cè)技術規(guī)范TS36.300、TS36.423、TS36.413、TS36.331、TS25.331以及網(wǎng)絡架構(gòu)側(cè)技術規(guī)范TS32.500、TS32.501、TS32.511、TS32.521和TS32.541等SA5網(wǎng)管規(guī)范中。

3GPP對SON的標準化工作始于LTE Rel-8階段[1]，并一直延續(xù)至最近的Rel-11階段，各版本的標準化時間點如圖1所示。

Rel-11階段，為了滿足運營商不斷增長的網(wǎng)絡部署需求，對SON繼續(xù)增強項目進行了立項，立項目標定位于提升MRO在新應用場景性能。標準化的內(nèi)容包括：制訂Intra-LTE異構(gòu)網(wǎng)絡（HetNet）MRO機制、Inter-RAT切換失敗檢測方法和Inter-RAT乒乓切換檢測機制。

SON在SA5的標準化工作與RAN側(cè)同時進行，除了定義了RAN側(cè)各技術方案所對應的電信管理網(wǎng)絡支持技術外，還完成了自治愈相關功能的標準化。

由于項目規(guī)劃的原因，SON項目重點研究了TR36.902中所定義9種用例中的5種。余下的4種，即覆蓋和容量優(yōu)化、干擾降低、節(jié)能以及干擾協(xié)調(diào)，分別在最小化路測、節(jié)能和干擾協(xié)調(diào)項目中進行了研究[2-3]。

2 關鍵技術方案

SON機制中的自配置、自優(yōu)化和自治愈相關的技術方案和標準制訂情況。

2.1 自配置技術

在LTE標準中，自配置包括物理小區(qū)標識（PCI）自配置和ANR功能。通過自配置，每個基站可以在OAM節(jié)點允許的范圍內(nèi)，自主地選擇物理小區(qū)標識并建立和維護鄰區(qū)關系。通過這兩種技術不僅可以大大減輕運營商規(guī)劃和優(yōu)化工作量，也為后繼家庭基站等非運營商部署節(jié)點的廣泛使用提供了便利。

（1）PCI自配置方案

在為LTE小區(qū)配置PCI時，網(wǎng)絡部署的基本要求是相鄰小區(qū)間的PCI配置做到不沖突，不混淆。不沖突是指任何兩個相鄰的同頻小區(qū)不能使用相同的PCI配置；不混淆是指在小區(qū)的所有鄰區(qū)中不應出現(xiàn)兩個或以上同頻小區(qū)使用相同物理小區(qū)標識的情況。

PCI自配置過程如下：根據(jù)OAM為小區(qū)提供的候選PCI列表，eNB根據(jù)不沖突、不混淆的要求，排除其中不合適的PCI選項，并在剩下的PCI中隨機選擇一個PCI配置給下轄小區(qū)。需要排除的PCI包括：eNB通過用戶終端（UE）上報或空口監(jiān)聽獲得的鄰小區(qū)已用物理小區(qū)標識；通過X2接口消息獲得的鄰eNB下轄小區(qū)以及相鄰eNB的鄰小區(qū)所使用的物理小區(qū)標識等。

PCI自配置功能對網(wǎng)絡和終端規(guī)范影響不大，是目前較為成熟的一個功能。它的廣泛使用，將大幅減輕運營商網(wǎng)絡規(guī)劃和配置的工作量。

（2）ANR方案

為了進行切換和干擾協(xié)調(diào)，eNB需要為下轄小區(qū)建立和維護鄰區(qū)關系表。自動鄰區(qū)關系功能用于輔助eNB發(fā)現(xiàn)未配置的鄰小區(qū)，觸發(fā)鄰區(qū)關系表中相應表項的建立和維護操作。自動鄰區(qū)關系機制不僅適用于發(fā)現(xiàn)同頻鄰區(qū)，還可用于發(fā)現(xiàn)異頻和異系統(tǒng)鄰區(qū)。鄰區(qū)發(fā)現(xiàn)的過程如圖2所示。

在圖2中，eNB A下UE完成常規(guī)鄰小區(qū)測量并上報測量結(jié)果，測量報告中以小區(qū)B的PCI作為被測小區(qū)標識。eNB A發(fā)現(xiàn)測量報告中攜帶的PCI對應于一個未配置的鄰小區(qū)，則指示UE讀取該PCI對應小區(qū)的廣播信息，獲得小區(qū)B的全球小區(qū)標識（GCI）、跟蹤區(qū)域碼和公共陸地移動網(wǎng)絡標識等參數(shù)。根據(jù)UE反饋的信息，eNB A可以將小區(qū)B添加到小區(qū)A的鄰區(qū)關系表中。

雖然自動鄰區(qū)關系（ANR）功能位于eNB實體內(nèi)，但是OAM仍然保持著對鄰區(qū)關系的完全控制，SA5工作組為OAM定義了eNB鄰區(qū)列表管理模塊，用于增加、刪除鄰區(qū)關系，設置和修改鄰區(qū)屬性。

相比傳統(tǒng)的鄰區(qū)關系人工配置過程，通過自動鄰區(qū)關系機制，不僅避免了規(guī)劃階段的工程參數(shù)測算、優(yōu)化階段的路測輔助，還減少了鄰區(qū)漏配、錯配情況的發(fā)生，在降低成本的同時，提高了配置效率。

2.2 自優(yōu)化技術

自優(yōu)化主要包括移動負載均衡（MLB）、隨機接入信道（RACH）優(yōu)化和移動健壯性優(yōu)化（MRO）功能。通過自優(yōu)化，每個基站可以根據(jù)當前的負載和性能統(tǒng)計情況，進行參數(shù)調(diào)整，優(yōu)化系統(tǒng)性能?；镜淖詢?yōu)化需要在OAM的控制下進行，基于對網(wǎng)絡性能測量及數(shù)據(jù)收集，OAM可以在必要的時候，啟動或終止網(wǎng)絡自優(yōu)化操作；同時，基站對參數(shù)的調(diào)整也必須在OAM允許的取值范圍內(nèi)進行。

（1）MLB方案

MLB是指eNB自動調(diào)整移動性參數(shù)，將下轄重負載小區(qū)的業(yè)務部分轉(zhuǎn)移到相鄰或同覆蓋的其他輕負載小區(qū)，以實現(xiàn)業(yè)務負荷在小區(qū)間的合理分配。MLB機制同時適用于LTE接入系統(tǒng)內(nèi)部（Intra-LTE）和接入網(wǎng)絡間（Inter-RAT）的場景。

在MLB的實現(xiàn)過程中，eNB對下轄小區(qū)的負荷狀態(tài)進行監(jiān)控，并通過X2或者S1接口與鄰節(jié)點交互負載信息。根據(jù)獲得的負載信息，eNB調(diào)整過載小區(qū)的移動性參數(shù)，使得其所服務的UE可以更容易的切換或重選到鄰近輕負載小區(qū)。

對于Intra-LTE MLB場景，為了避免重負載eNB單方調(diào)整切換參數(shù)導致乒乓切換，還引入了eNB間的切換參數(shù)協(xié)商機制；對于Inter-RAT MLB場景，考慮到不同系統(tǒng)的切換參數(shù)設置和切換算法不具通用性，所以未采用切換參數(shù)協(xié)商機制。

相比人工調(diào)整參數(shù)進行負載均衡，MLB機制具有調(diào)整迅速，對業(yè)務突發(fā)適應性好等突出優(yōu)點。

（2）RACH優(yōu)化方案

RACH優(yōu)化旨在通過調(diào)整RACH的配置參數(shù)，保證合理的UE隨機接入成功率和接入時延。在RACH過程中，基站基于UE隨機接入成功概率以及對接入時延統(tǒng)計和估算等方式判斷RACH是否需要優(yōu)化。為了協(xié)助基站進行統(tǒng)計，標準中引入了UE隨機接入相關信息的上報過程。例如UE需上報成功進行接入時所進行的接入嘗試次數(shù)。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，eNB對不合理的RACH參數(shù)進行調(diào)整。調(diào)整后的RACH參數(shù)需要在相鄰eNB之間交互，以協(xié)調(diào)RACH配置，減少相鄰小區(qū)間的相互干擾。

LTE之前的蜂窩通信系統(tǒng)對RACH性能的統(tǒng)計一直比較困難，對RACH參數(shù)的設置更多的是依靠經(jīng)驗和路測。RACH優(yōu)化機制的引入極大的簡化了RACH參數(shù)的配置過程。

（3）MRO方案

移動健壯性優(yōu)化（MRO）技術用于對切換參數(shù)設置問題進行自動檢測，通過對大量連接失敗現(xiàn)象進行分析和統(tǒng)計，確定問題原因，以便進行相應的參數(shù)調(diào)整。

在Rel-9階段，MRO首先研究了Intra-LTE場景中由于切換參數(shù)設置不合理而導致的UE連接失敗問題，并將問題原因歸納為3類：過遲切換、過早切換和切換到錯誤小區(qū)。MRO給出了如下描述性定義：過遲切換指已經(jīng)在服務小區(qū)駐留了一段時間的UE，在未收到切換命令的情況下，與服務小區(qū)連接中斷，隨后UE選擇了除服務小區(qū)外的其他小區(qū)進行了重建；過早切換指UE在接入目標小區(qū)的過程中發(fā)生切換失敗或在接入目標小區(qū)后短時間內(nèi)發(fā)生連接中斷，隨后UE在源小區(qū)進行重建；切換到錯誤小區(qū)定義為UE在接入目標小區(qū)的過程中發(fā)生切換失敗或在接入目標小區(qū)后短時間內(nèi)發(fā)生連接中斷，隨后UE在除源和目標小區(qū)外的其他小區(qū)進行重建。

為了便于基站判斷切換失敗的類型，需要獲得UE的切換上下文和重建小區(qū)信息。3種Intra-LTE MRO錯誤的檢測如圖3、圖4、圖5所示。

圖3是一個過遲切換的檢測過程。在進行問題檢測時，重建基站將重建小區(qū)的標識和重建UE的標識通過X2接口通知給UE連接中斷前所連的服務基站，即最后服務基站。由最后服務基站根據(jù)本地存儲的UE上下文確定UE連接中斷的原因。

過早切換的檢測過程如圖4所示。與過遲切換檢測過程類似，最后服務基站根據(jù)從重建基站所獲得的信息和本地存儲的UE上下文確定UE連接中斷的原因。最后服務基站再將檢測結(jié)果發(fā)送給問題切換所對應的基站，以便問題基站參數(shù)調(diào)整。

切換到錯誤小區(qū)的檢測過程如圖5所示。與前兩種檢測類似，最后服務基站首先確定導致UE連接中斷的原因，再將檢測結(jié)果通知給問題切換所對應的源基站，即問題基站，以便問題基站進行參數(shù)調(diào)整。移動健壯性優(yōu)化功能詳細的檢測流程可以參見文獻[3-4]。

除了切換參數(shù)設置問題外，網(wǎng)絡覆蓋漏洞也可能導致UE連接失敗，因此在進行MRO檢測時，需要能區(qū)分出覆蓋問題和參數(shù)設置問題。為此，在Rel-9和Rel-10階段，分別引入和增強了UE測量上報機制，允許UE將連接失敗前后的測量結(jié)果上報，以輔助對連接失敗原因的判斷[5]。為了解決異系統(tǒng)間切換參數(shù)配置錯誤所導致的UE連接失敗問題，在Rel-11階段，MRO在已有Intra-LTE過早和過遲切換檢測機制的基礎上進行了擴展，支持了對異系統(tǒng)到LTE的過早切換和LTE到異系統(tǒng)的過遲切換的檢測[6]。

異系統(tǒng)間的非必要切換和乒乓切換雖然不會導致UE掉話，但是會引起大量核心網(wǎng)信令交互，造成不必要的信令開銷。因此，相關問題的檢測也先后在Rel-10和Rel-11階段進行了標準化。

異系統(tǒng)間非必要切換指UE在LTE系統(tǒng)可以保持良好連接的情況下，被切換到其他系統(tǒng)。為了檢測非必要切換，當UE從LTE小區(qū)切換到異系統(tǒng)小區(qū)時，目標小區(qū)需配置UE繼續(xù)測量LTE頻點的信號質(zhì)量，如果LTE小區(qū)的信號質(zhì)量滿足預設門限，則可判定發(fā)生了非必要切換。

異系統(tǒng)間乒乓切換指UE從LTE系統(tǒng)切換到異系統(tǒng)后，在很短的時間內(nèi)回切到LTE系統(tǒng)的情況。乒乓切換的檢測基于在網(wǎng)絡節(jié)點間傳輸?shù)腢E歷史信息進行，UE歷史信息中記錄了UE最近所接入的最多16個小區(qū)的標識以及在每個小區(qū)的停留時間。通過UE歷史信息，在UE從異系統(tǒng)切入LTE小區(qū)時，目標LTE小區(qū)可以判斷UE是否發(fā)生了乒乓切換。為了排除由于LTE系統(tǒng)覆蓋漏洞引發(fā)的乒乓切換，可以配置UE在異系統(tǒng)小區(qū)內(nèi)檢測LTE小區(qū)的信號質(zhì)量。

切換參數(shù)優(yōu)化一向是移動通信網(wǎng)絡優(yōu)化的重點和難點，移動健壯性優(yōu)化機制的引入將有助于對切換問題的自動分析和定位，提升網(wǎng)絡優(yōu)化的效率。

2.3 自治愈技術

自治愈技術指OAM持續(xù)監(jiān)測通信網(wǎng)絡，一旦發(fā)現(xiàn)可以自動解決的故障，就啟動對相關必要信息的收集，如錯誤數(shù)據(jù)、告警、跟蹤數(shù)據(jù)、性能測量、測試結(jié)果等，并進行故障分析，根據(jù)分析結(jié)果觸發(fā)恢復動作。自治愈功能同時也將監(jiān)測恢復動作的執(zhí)行結(jié)果，并根據(jù)執(zhí)行結(jié)果進行下一步操作，如有必要可以撤銷恢復動作。

目前，在LTE規(guī)范[7]中，標準化了兩種自治愈觸發(fā)場景，一種是由于軟硬件異常告警觸發(fā)的自治愈；另一種是小區(qū)退服觸發(fā)的自治愈。相應的，一些可用的自動恢復方法有：根據(jù)告警信息定位故障，通過軟件復位或切換到備份硬件等方式，進行故障恢復；調(diào)整相鄰小區(qū)的覆蓋，補償退服小區(qū)的網(wǎng)絡覆蓋等。

現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡設備種類繁多，一旦發(fā)生故障，排查起來費時費力。自治愈功能可以自動、迅速地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障，并嘗試恢復，降低對用戶體驗的不利影響。自治愈對保障通信網(wǎng)絡運行穩(wěn)定性具有重要意義。

3 SON技術發(fā)展趨勢

SON技術自2007年被引入LTE系統(tǒng)以來，經(jīng)歷了Rel-8到Rel-11 4個版本的標準演進，功能日漸豐富。但LTE SON的研究工作還遠未完成，未來的標準化應朝3個方向發(fā)展：

（1）功能需要進一步優(yōu)化和完善

在標準化過程中，SON還有一些遺留問題待解決。例如，對HetNet場景下廣泛存在的乒乓和短時駐留問題，尚未確定解決方案；系統(tǒng)間MRO機制對UE從異系統(tǒng)到LTE的過遲切換，從LTE到異系統(tǒng)的過早切換，UE從異系統(tǒng)切換到錯誤的LTE小區(qū)等問題，目前還尚未標準化。

（2）SON的研究范圍還將延伸和擴展

隨著LTE/LTE-A系統(tǒng)自身的演進，新技術和新場景的出現(xiàn)必然會對SON提出新的需求。例如，在即將開始的Rel-12階段，小小區(qū)（Small Cell）技術將作為一個關鍵特性被引入，UE將可能同時保持與宏小區(qū)和小小區(qū)的連接。小小區(qū)所帶來的LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲的改變需要SON設計與之匹配的自配置機制；連接機制的變化需要SON的連接失敗檢測技術進行必要的增強。

（3）SON的已有機制還有待現(xiàn)網(wǎng)的檢驗

除了自配置的部分功能外，SON的其他大部分功能還沒有經(jīng)過商用網(wǎng)絡的規(guī)模使用。隨著商用網(wǎng)絡的部署，SON現(xiàn)有機制可能會暴露出各種問題，還需要進行進一步的研究和完善。

4 結(jié)束語

為了滿足人們對無線通信不斷增長的需求，運營商不得不采用越來越龐大的無線通信系統(tǒng)，如不斷增加的基站數(shù)量、共存的2G/3G/4G系統(tǒng)、HetNet引入的分層網(wǎng)絡架構(gòu)等，導致網(wǎng)絡變得越來越復雜，巨大的管理工作和高昂的運維成本，使得采用SON技術成為LTE/LTE-A系統(tǒng)的一個必然選擇。目前，3GPP在SON自配置、自優(yōu)化和自治愈方向上已經(jīng)標準化了一系列的技術方案，其中部分技術已經(jīng)在LTE現(xiàn)網(wǎng)中得到了應用和驗證。未來隨著LTE/LTE-A商用規(guī)模的擴大和SON標準工作的持續(xù)推進，作為LTE/LTE-A的一項關鍵技術，LTE SON將迎來更快更好的發(fā)展。

參考文獻

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[2] 3GPP TS37.320. Universal Terrestrial Radio Access （UTRA） and Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Radio measurement collection for Minimization of Drive Tests （MDT）； Overall description； Stage 2 [S]. 2011.

[3] 3GPP TS36.300. Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA） and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN）； Overall description； Stage 2 [S]. 2011.

[4] 3GPP TS36.423. Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN）； X2 application protocol （X2AP） [S]. 2011.

[5] 3GPP TS36.331. Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Radio Resource Control （RRC）； Protocol specification [S]. 2011.

[6] 3GPP TS36.413. Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN）； S1 Application Protocol （S1AP） [S]. 2011.

[7] 3GPP TS32.541. Telecommunication management； Self-Organizing Networks （SON）； Self-healing concepts and requirements [S]. 2011.

收稿日期：2012-11-06

作者簡介

鮑煒，大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團無線移動創(chuàng)新中心工程師；長期從事無線移動通信高層關鍵技術研究和LTE標準化工作；已參與國家重大專項項目3項。

孫韶輝，大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團無線移動創(chuàng)新中心總工，北京航空航天大學兼職博士生導師；長期從事無線移動通信關鍵技術研究和LTE標準制訂工作；已主持和參與國家重大專項項目10余項；已發(fā)表論文近40篇。

李國慶，大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團無線移動創(chuàng)新中心網(wǎng)絡技術室經(jīng)理；長期從事無線移動通信高層關鍵技術研究和LTE標準化工作；已參與國家重大專項項目5項；已發(fā)表論文近20篇。