朱曉光

（中興通訊股份有限公司 深圳 518057）

1 前言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的快速發(fā)展，移動通信技術(shù)不斷演進，從基于電路域的2G技術(shù)演進到基于電路域和分組域的3G技術(shù)，再到當前完全基于分組域的移動寬帶LTE技術(shù)，以滿足用戶日益增長的移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)需求。從提高用戶體驗的角度來看，一方面移動通信空口帶寬從窄帶向?qū)拵У难葸M提升了無線傳輸速率；另一方面簡化移動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)降低了系統(tǒng)時延，提高了響應(yīng)速度。因此到了LTE階段，除了無線空口寬帶化外，網(wǎng)絡(luò)采用基于全IP的扁平化架構(gòu)，如圖1所示。LTE網(wǎng)元由演進基站（eNode B）、移動管理實體（MME）和服務(wù)網(wǎng)關(guān)（SGW）組成。其中MME負責移動性管理、非接入層信令的處理、用戶的移動管理、上下文的管理等控制面相關(guān)工作；SGW負責UE用戶面數(shù)據(jù)的傳送、轉(zhuǎn)發(fā)和路由切換等；eNode B之間通過X2接口互相連接，用于支持UE在整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的移動性，保證移動用戶的無縫切換；每個eNode B通過S1接口連接到核心網(wǎng)，即通過控制面S1-MME接口與MME相連，通過用戶面S1-U接口與SGW相連，S1接口支持eNode B與MME和SGW之間的多點連接，即S1-flex。與2G和3G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，LTE網(wǎng)絡(luò)中沒有基站控制器或無線網(wǎng)控制器這類基站匯聚網(wǎng)元，但是基站之間卻多了X2接口，該接口既支持控制面也支持用戶面協(xié)議，滿足了基站之間協(xié)商和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

圖1 LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

移動通信技術(shù)發(fā)展到LTE階段，引入了自組織網(wǎng)絡(luò)（self-organizing network，SON）技術(shù)，主要是無線接入實現(xiàn)寬帶化，但是持續(xù)走低的資費，使移動運營商面臨越來越大的成本挑戰(zhàn)，進而越來越重視如何降低OPEX。如果還采用傳統(tǒng)的人工參與網(wǎng)絡(luò)運維，如安裝、配置、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等，其工作量會極大、人工成本會極高，為此一些主流國際運營商在NGMN提出了SON的需求，并通過3GPP逐步實現(xiàn)標準化。SON技術(shù)可以提供自動安裝、配置、優(yōu)化、維護等功能，減少人工參與，使日常運維工作更加合理。SON的目標是降低OPEX，其特征是自主、自適應(yīng)、自動化和智能化，盡可能減少人工參與，其功能包括自配置、自優(yōu)化、自愈和網(wǎng)管SON。

移動通信基站系統(tǒng)的軟件加載（包括軟件升級）是移動網(wǎng)絡(luò)運維過程中必不可少的動作，無論是2G、3G還是LTE，都需要軟件版本升級更新。SON要求基站系統(tǒng)的軟件版本加載在不影響當前業(yè)務(wù)的情況下實現(xiàn)自動化和高效率，但在2G和3G基站系統(tǒng)中，其O&M系統(tǒng)都采用人工參與方式配置和維護，不但維護成本高，而且加載效率也極其低下，本文針對LTE基站系統(tǒng)軟件加載提出了自動化和高效率的加載方案，在不影響網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)的前提下，減少人工干預(yù)，降低運維成本。

2 LTE基站系統(tǒng)軟件加載的SON架構(gòu)

圖2 LTE基站系統(tǒng)的自動軟件加載SON架構(gòu)

圖3 集中式架構(gòu)串行版本加載

LTE基站系統(tǒng)的軟件自動加載SON架構(gòu)可以有兩種，包括集中式和混合式，如圖2所示。在集中式架構(gòu)中，軟件加載功能集中在O&M，由O&M負責逐一為基站加載軟件，即串行加載方式，在傳統(tǒng)的2G和3G基站系統(tǒng)中就使用此種軟件加載方案，當然LTE基站系統(tǒng)也可以采用這種方案，如圖3所示，O&M的版本管理逐一向各基站加載版本，配置管理逐一向各基站加載其配置數(shù)據(jù)。集中式架構(gòu)的缺點是在整個網(wǎng)絡(luò)中，尤其是基站較多的情況下，受版本服務(wù)器傳輸帶寬的影響，雖然可以實現(xiàn)批量基站軟件加載，但加載的時間長，而且如果加載過程中軟件版本服務(wù)器或設(shè)備的傳輸鏈路發(fā)生故障，就會導致軟件加載不能繼續(xù)維持。在混合式架構(gòu)中，軟件加載功能分布在O&M和各基站上，兩種網(wǎng)元都能實施軟件加載功能，即O&M給基站加載軟件，已加載版本基站也可以給相鄰未加載版本基站加載軟件，多個網(wǎng)元參與軟件加載，這是一種并行軟件加載方式，在高效率的軟件加載的同時，基站的軟件加載也不再集中受控于O&M。

到了LTE階段，由于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的扁平化，且基站之間有X2接口，因此可以通過X2接口實現(xiàn)基站之間的軟件加載。已加載軟件的基站可以把這種加載方式認為是軟件版本的代理服務(wù)器，向相鄰未加載軟件的基站實施軟件加載。如圖4所示的基于混合架構(gòu)的并行軟件加載，不同標號的線表示不同的軟件加載時間窗，在第1個時間窗內(nèi)，通過O&M向eNode B1加載軟件；在第2個時間窗內(nèi)，O&M向eNode B2加載軟件，同時eNode B1向eNode B4加載軟件；在第3個時間窗內(nèi)，O&M向eNode B7加載軟件，同時eNode B1向eNode B3加載軟件，eNode B4向eNode B5加載軟件，如此這樣每次以基站翻番的數(shù)量加載，最理想的加載數(shù)量為2N-1，其中N表示加載時間窗的數(shù)量。

圖4 基于分布式架構(gòu)的并行自動軟件加載

將兩種軟件加載SON架構(gòu)的效率對比一下，假定每個基站軟件加載的時間是T，無論是O&M還是基站，每個時間窗只加載一個基站，如果有127個待加載版本基站，則集中式架構(gòu)加載的總時間是127T，而分布式架構(gòu)加載的理想總時間為7T（27-1=127），7T遠遠小于127T，因此分布式架構(gòu)效率遠高于集中式架構(gòu)，而待加載軟件基站數(shù)量越多，效果越明顯。

3 基于X2的并行軟件加載控制流程

基于混合式架構(gòu)的LTE基站軟件加載，除了采用O&M版本管理服務(wù)器向eNode B加載軟件外，還同時采用eNode B之間的X2接口實現(xiàn)eNode B軟件的并行自動加載；進一步地說，就是基于eNode B相鄰關(guān)系信息，eNode B通過X2接口向相鄰eNode B實施軟件加載，因此整個LTE網(wǎng)絡(luò)的基站軟件加載由O&M和eNode B共同完成，以eNode B為主?；赬2的并行自動軟件加載流程如圖5所示。

其具體實施步驟如下所述。

圖5 基于X2的并行軟件加載控制流程

（1）在O&M版本管理服務(wù)器側(cè)，需要根據(jù)需求進行版本加載規(guī)劃，涉及規(guī)劃待加載的eNode B由O&M或具體的相鄰eNode B負責加載、eNode B向該相鄰eNode B加載，即版本加載次序和前后關(guān)系，O&M向?qū)?yīng)的eNode B發(fā)送軟件加載信息。

（2）O&M根據(jù)規(guī)劃的加載次序向?qū)?yīng)的eNode B1發(fā)送軟件加載指示信息，eNode B1向O&M的版本服務(wù)器發(fā)送軟件加載請求消息，O&M在回應(yīng)版本加載應(yīng)答消息后，向eNode B1發(fā)送軟件版本，加載完成后，eNode B1向O&M發(fā)送加載完畢的消息，O&M收到該消息后則向eNode B1發(fā)送其配置文件。

（3）eNode B1軟件加載完畢后，根據(jù)軟件加載信息通過X2接口向相鄰eNode B2發(fā)送軟件加載指示信息，eNode B2向eNode B1發(fā)送版本加載請求消息，eNode B1回應(yīng)版本應(yīng)答消息后，通過X2接口向eNode B2加載軟件版本，加載完成后，eNode B2則分別向eNode B1和O&M發(fā)送加載完畢消息，O&M收到該消息后則向eNode B2發(fā)送其配置文件。

（4）根據(jù)版本加載規(guī)劃，多個已加載版本的基站與未加載版本相鄰基站并行重復(fù)執(zhí)行步驟 （3），當然步驟（2）（通過O&M對未加載基站加載版本）與步驟（3）可以并行加載，提高版本加載效率。

（5）O&M匯總軟件加載完畢的基站信息，并與規(guī)劃的待加載eNode B核對，如果有遺漏的eNode B沒有加載，一方面可以通過步驟（2）完成，直至加載完畢；另一方面修訂版本加載規(guī)劃，避免下次出現(xiàn)遺漏等異常加載情況。

自動軟件版本加載過程中，出現(xiàn)鏈路或設(shè)備異常導致加載失敗時，基站系統(tǒng)及時輸出告警通知信息，避免遺漏。

4 基于X2的軟件自動加載規(guī)劃

基于X2的軟件自動加載，如果不規(guī)劃軟件加載關(guān)系，容易發(fā)生“乒乓”效應(yīng)，即已加載完畢的eNode B可能收到來自相鄰eNode B的再加載指示或加載確認，容易導致整個網(wǎng)絡(luò)基站的加載處于無序狀態(tài)，這種重復(fù)加載和確認反而使加載效率降低。為了使整個網(wǎng)絡(luò)中基站軟件的加載有序、有效和高效，需要根據(jù)基站之間的關(guān)系進行規(guī)劃。

基于X2的軟件自動加載技術(shù)依賴于LTE相鄰基站之間的X2接口，但在實際網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃中，因基站的位置關(guān)系，并不是每個基站與其他任意一個基站都有X2接口，只有相鄰且保持移動性關(guān)系的基站才有X2接口，因此軟件加載要根據(jù)配置管理鄰區(qū)（基站）關(guān)系，再根據(jù)版本加載策略，輸出版本加載規(guī)劃，如圖6所示。版本加載規(guī)劃決定了每個未加載軟件基站的版本數(shù)據(jù)來源，可以是O&M或相鄰基站，也決定了每個已加載軟件基站具體向那個相鄰未加載基站加載版本，即上下游關(guān)系，是O&M向基站、基站向相鄰基站軟件并行加載，同時保證有次序，這樣才能提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件加載效率。自動加載規(guī)劃也要充分考慮加載過程中的異常情況，如基站給相鄰未加載軟件基站加載軟件過程中出現(xiàn)加載失敗時，需要及時處理，例如通過O&M直接對其進行加載。

圖6 基于X2的并行軟件加載規(guī)劃

軟件加載策略的主要目的是為版本加載規(guī)劃提供高效率軟件加載的方法。如圖7所示為一種基于地理位置關(guān)系的軟件加載策略，主要針對O&M先對eNode B加載的次序，該策略是O&M首先向LTE網(wǎng)絡(luò)中間的eNode B和網(wǎng)絡(luò)周邊的eNode B加載軟件，之后這些已加載軟件的eNode B通過X2接口向相鄰eNode B加載軟件，因此周邊的eNode B加載軟件向內(nèi)收斂，而中間的eNode B向外擴展，這種并行加載策略充分利用了基站在網(wǎng)絡(luò)中的地理位置關(guān)系，實現(xiàn)高效加載。當然實際網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)基站的部署和網(wǎng)絡(luò)覆蓋的形狀差異，采取的具體策略也不同。而對于一些可能的特例，如“孤島”覆蓋方式的基站，根本就沒有X2接口，這種情況也只能通過O&M直接實施軟件加載。

圖7 一種基于地理位置關(guān)系的軟件加載規(guī)劃策略

5 結(jié)束語

軟件加載是移動通信基站商用運營中必不可少的運維活動，高效自動軟件加載是網(wǎng)絡(luò)運維追求的目標，LTE的全IP扁平網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提供了一種高效軟件加載技術(shù)，即基于基站間X2接口實現(xiàn)基站加載的方法，這種基于鄰區(qū)關(guān)系，通過X2接口實現(xiàn)eNode B之間并行自動軟件加載的方法，除了提高加載效率外，還降低對O&M版本服務(wù)器的依賴，在無縫覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，只要網(wǎng)絡(luò)中一個eNode B加載了軟件，即使eNode B與O&M版本服務(wù)器的物理鏈路出現(xiàn)故障，也能完成其他eNode B的軟件加載。當然，網(wǎng)絡(luò)中待軟件加載的eNode B數(shù)量越多，軟件加載效率越明顯；如果軟件加載次序規(guī)劃合理，使更多基站執(zhí)行并行軟件加載，則加載效率將更高。

1 3GPP TS 36.300.E-UTRA and E-UTRAN,Overall Description,2010

2 謝大雄,朱曉光,江華.移動寬帶技術(shù)——LTE.北京:人民郵電出版社,2012

3 NGMN Recommendation on SON and O&M Requirements

4 陳歐.LTE自組織管理網(wǎng)絡(luò)（SON）.信息與電腦,2009(9):41～42

5 趙紹剛,李岳夢.3GPP LTE的運維新策略——自組織網(wǎng)絡(luò).電信快報,2009(6):3～6

6 3GPP TS 32.500.Telecommunication Management;Self-organizing Networks(SON);Concepts and Requirements,2008