舒忠玲，周麗嫻，張治中，雒江濤

(重慶郵電大學(xué)通信網(wǎng)與測試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400065)

1 概述

1.1 Abis接口信令監(jiān)測的意義

Abis接口是GSM網(wǎng)絡(luò)中離無線環(huán)境最接近的一個(gè)有線網(wǎng)絡(luò)接口。如圖1所示，Um接口為手機(jī)和基站之間的無線接口。Abis接口是基站和BSC之間的有線接口。通過對Abis接口的信令進(jìn)行分析，可以實(shí)時(shí)了解GSM網(wǎng)絡(luò)的無線環(huán)境，包括干擾、信號強(qiáng)度、覆蓋分析等等。

圖1 Abis接口示意圖

隨著通信運(yùn)營商對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高，對Abis接口的信令監(jiān)測逐步提上日程。手機(jī)終端在進(jìn)行GSM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)時(shí)，會通過Abis接口與BSC交互，按照GSM規(guī)范，手機(jī)終端在專用無線信道申請成功后，會每間隔480 ms向BSC上報(bào)一條測量報(bào)告消息，該消息中包含手機(jī)終端當(dāng)前所處小區(qū)的無線測量信息和當(dāng)前小區(qū)的鄰區(qū)的無線測量信息。BSC和手機(jī)終端都依據(jù)這些測量報(bào)告信息進(jìn)行功率控制、判斷是否切換等等。這些測量信息包括空口的上下行質(zhì)量、上下行電平、上下行干擾等等。把GSM網(wǎng)絡(luò)中Abis接口的信令采集下來并進(jìn)行解碼分析，提取測量報(bào)告中上報(bào)的無線參數(shù)，相當(dāng)于每個(gè)用戶都是一個(gè)路測實(shí)體，GSM網(wǎng)絡(luò)中的眾多臺終端就成為路測設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試［1］。對成為這些測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以達(dá)到評判小區(qū)質(zhì)量的目的，可以快速協(xié)助網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員找到需要優(yōu)化的小區(qū)。目前中國移動已經(jīng)出臺這方面的規(guī)范，用來指導(dǎo)Abis接口信令數(shù)據(jù)的采集和分析。

1.2 Abis接口檢測難點(diǎn)和現(xiàn)狀

把Abis接口的信令消息采集下來后，通過解析發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，即這些信令消息絕大部分都不攜帶當(dāng)前小區(qū)所處的位置區(qū)號和小區(qū)號。通過手機(jī)終端上報(bào)的測量報(bào)告消息中的鄰區(qū)標(biāo)識填寫了基站色碼、小區(qū)色碼，并不明確攜帶鄰區(qū)的位置區(qū)號和小區(qū)號。這導(dǎo)致若有某條測量報(bào)告消息顯示無線環(huán)境很差，卻無法定位到該無線小區(qū)。如果不能通過其他途徑明確每條測量報(bào)告消息是哪個(gè)無線小區(qū)上報(bào)的，那么整個(gè)信令分析系統(tǒng)對GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的幫助就很有限。因此首要的難點(diǎn)是要找到識別Abis信令消息所屬小區(qū)的辦法。

目前在做Abis接口解析時(shí)，所使用的方法主要還是靜態(tài)配置的方法。例如把采集鏈路與小區(qū)的對應(yīng)關(guān)系事先配置好，當(dāng)某個(gè)采集信道采集上來消息時(shí)，依據(jù)配置判別其當(dāng)前的小區(qū)號。另外鄰區(qū)關(guān)系也需事先配置好，基于這些配置Abis解析進(jìn)程再啟動解析，從而進(jìn)行鄰區(qū)的識別［2］。

這種方案雖然可行，但是卻犧牲了靈活性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)配置有變化時(shí)，必須對應(yīng)修改靜態(tài)配置，而小區(qū)的修改是經(jīng)常發(fā)生的事情，因此也必須不斷維護(hù)Abis解析進(jìn)程的配置，后續(xù)維護(hù)的工作量巨大。

基于以上所述問題及現(xiàn)狀，本文將描述如何自動化地識別當(dāng)前小區(qū)和鄰區(qū)，且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)配置有變化時(shí)，可以自動感知，不需要人工干預(yù)。

2 位置信息智能學(xué)習(xí)方法

測量報(bào)告消息所攜帶的內(nèi)容大致如下:

1)當(dāng)前小區(qū)的上下行信號強(qiáng)度、質(zhì)量、干擾;

2)鄰區(qū)1的信號強(qiáng)度、質(zhì)量和頻點(diǎn);

3)鄰區(qū)2的信號強(qiáng)度、質(zhì)量和頻點(diǎn);

4)鄰區(qū)3的信號強(qiáng)度、質(zhì)量和頻點(diǎn);

5)鄰區(qū)4的信號強(qiáng)度、質(zhì)量和頻點(diǎn);

6)鄰區(qū)5的信號強(qiáng)度、質(zhì)量和頻點(diǎn);

7)鄰區(qū)6的信號強(qiáng)度、質(zhì)量和頻點(diǎn)。

一條測量報(bào)告消息中可攜帶0～6條鄰區(qū)的測量信息。對補(bǔ)全測量報(bào)告消息，既要補(bǔ)全當(dāng)前小區(qū)的位置區(qū)號、小區(qū)號，也要補(bǔ)全鄰區(qū)的位置區(qū)號、小區(qū)號。

2.1 當(dāng)前小區(qū)位置區(qū)號、小區(qū)號補(bǔ)全方法

目前Abis接口物理上還是采用E1的方式或者采用CPOS方式傳輸，采集鏈路物理信道與BTS所屬的位置區(qū)、小區(qū)有一定的映射關(guān)系，同一個(gè)采集鏈路物理信道上的信令應(yīng)該是同一個(gè)小區(qū)的。目前標(biāo)識一條Abis采集鏈路物理信道的信息主要包括采集機(jī)號、板卡號、端口號、時(shí)隙號。如果某一條物理鏈路上某一條信令消息攜帶位置區(qū)、小區(qū)信息，即可建立一種對應(yīng)關(guān)系:該鏈路上采集的所有消息都屬于該位置區(qū)和小區(qū)?；谶@種映射關(guān)系，可以利用學(xué)習(xí)機(jī)制學(xué)習(xí)到幾乎所有專用信道的位置區(qū)、小區(qū)。

目前Abis接口主要是系統(tǒng)消息3和系統(tǒng)消息6攜帶用戶當(dāng)前所處的位置區(qū)/小區(qū)。

2.2 測量報(bào)告消息中鄰區(qū)位置區(qū)號、小區(qū)號的補(bǔ)全方法

測量報(bào)告消息里可能攜帶0～6個(gè)鄰小區(qū)的電平值，但是不攜帶鄰小區(qū)的位置區(qū)/小區(qū)等信息，只攜帶鄰小區(qū)的NCC(網(wǎng)絡(luò)色碼)、BCC(基站色碼)和鄰小區(qū)的BCCH頻點(diǎn)。其中鄰小區(qū)的NCC和BCC分別為3 bit，區(qū)分度不夠，一個(gè)省級GSM網(wǎng)內(nèi)有上萬個(gè)小區(qū)，重復(fù)的概率很大，不能直接通過NCC，BCC和BCCH頻點(diǎn)索引某個(gè)位置區(qū)/小區(qū)。

在一個(gè)小區(qū)周圍最多的6個(gè)鄰區(qū)中，NCC+BCC可以唯一確定是哪個(gè)鄰區(qū)。因此需要建立如下索引，以便在把MR消息解碼完成后，通過該索引填充上鄰區(qū)信息。

索引方法如下所示:

{位置區(qū)/小區(qū)(當(dāng)前)，NCC，BCC}→{位置區(qū)/小區(qū)(鄰區(qū))}

基于第1節(jié)中描述的內(nèi)容，位置區(qū)/小區(qū)(當(dāng)前)可以通過采集鏈路信息自學(xué)習(xí)得到。但是鄰近小區(qū)信息無法通過鏈路信息得到。從Abis接口信令協(xié)議上分析，只有相鄰的小區(qū)才可能發(fā)生切換，因此考慮利用切換來積累鄰區(qū)關(guān)系［3-5］。

Abis接口的切換過程的示意圖如圖2所示。

圖2 切換過程信令交互圖

當(dāng)用戶通信過程中，由基站BTS1切換到基站BTS2下，此時(shí)Abis接口的信令過程如圖2所示［6］。

首先由BSC在新信道上發(fā)送Channel Activation消息給新小區(qū)BTS2，讓BTS2在對應(yīng)的信道上開功率放大器，BTS2完成后，向BSC回復(fù)Channel Activation Ack信息，告知BSC已開功率放大器［7］。BSC再在原信道上向終端發(fā)送Handover Command消息，通知終端接入到BTS2下對應(yīng)的信道上，終端收到該消息后，會嘗試在新信道上連接BTS2。當(dāng)BTS2感知到用戶已經(jīng)連接上來時(shí)，會向BSC發(fā)送Handover Detect消息，告知BSC，切換成功。

由于切換一定是發(fā)生兩個(gè)相鄰的小區(qū)之間。只要發(fā)生一次切換，即可記錄一次鄰區(qū)關(guān)系。不斷積累切換過程，通過一段時(shí)間后，即可積累完成所有切換關(guān)系。

下面具體分析圖2對應(yīng)的切換過程中的這些信令消息［8］。這些消息所攜帶的關(guān)鍵信息如下。

Channel Activation消息:

1)位置區(qū)/小區(qū)(新小區(qū));

2)Channel Type(信道號)、Ts Num(時(shí)隙號)、TEI(載頻標(biāo)識);

3)激活類型(為2);

4)HORef切換參考。

Channel Activation Ack消息:

1)位置區(qū)/小區(qū)(新小區(qū));

2)Channel Type(信道號)、Ts Num(時(shí)隙號)、TEI(載頻標(biāo)識)。

Handover Command消息:

1)位置區(qū)/小區(qū)(原小區(qū));

2)Channel Type(原信道號)、Ts Num(原時(shí)隙號)、TEI(原信道TEI);

3)Channel Type(新信道號)、Ts Num(新時(shí)隙號)、BCC、NCC、BCCH ARFCN;

4)HORef(切換參考)。

Handover Detect消息:

1)位置區(qū)/小區(qū)(新小區(qū));

2)Channel Type(新信道號)、Ts Num(新時(shí)隙號)、TEI。

上述關(guān)鍵消息中的位置區(qū)/小區(qū)號都是通過鏈路自學(xué)習(xí)得到，信令消息中本身不攜帶位置區(qū)、小區(qū)。如果能把切入和切出確認(rèn)關(guān)聯(lián)，則可以得到以下映射關(guān)系:

{位置區(qū)/小區(qū)(原小區(qū))，BCC(新小區(qū))、NCC(新小區(qū))}→{位置區(qū)/小區(qū)(新小區(qū))}

通過以上映射不斷積累此關(guān)系即可得到一張很大的映射表，可解決MR消息中鄰區(qū)的位置區(qū)、CI的回填問題。

其中還存在一個(gè)問題，該問題核心在于如何才能確認(rèn)切入和切出是同一個(gè)業(yè)務(wù)流程中發(fā)生的切換。通過分析這些消息攜帶的關(guān)鍵信息，可以得到如下結(jié)論:如果Channel Activation消息中新信道的信道號、時(shí)隙號和切換參考和Handover Command中的信道號、時(shí)隙號和切換參考一致，則這兩條消息疑似屬于一個(gè)切換流程。之所以說疑似，是因?yàn)檫@里信道號、時(shí)隙號和切換參考作為關(guān)聯(lián)的鍵值存在很大重復(fù)的概率，不屬于同一個(gè)切換流程的消息也存在這些值都相等的可能，通過分析現(xiàn)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，這種重復(fù)的比例大概有5%左右。

為此考慮統(tǒng)計(jì)學(xué)算法，不斷積累疑似關(guān)聯(lián)的Channel Activation和Handover Command消息的映射關(guān)系，并記錄疑似關(guān)聯(lián)次數(shù)，積累到一定的數(shù)值時(shí)，正確關(guān)聯(lián)的概率應(yīng)該很大，錯(cuò)誤的關(guān)聯(lián)的概率應(yīng)該很小。具體算法如下:

Channel Activation消息來臨時(shí)，插入如下索引1:

{Channel Type，Ts Num，HORef}→{位置區(qū)/小區(qū)(新小區(qū))}

用新信道的信道號、時(shí)隙號和切換參考索引新信道所屬的位置區(qū)/小區(qū)。Handover Command也攜帶新信道的信道號、時(shí)隙號和切換參考，但Handover Command攜帶舊小區(qū)的位置區(qū)號和小區(qū)號。當(dāng)Handover Command消息到來時(shí)，如果其中新信道號、時(shí)隙號和切換參考一致，則為疑似關(guān)聯(lián)，此時(shí)Handover Command消息有新小區(qū)的NCC和BCC等值，此時(shí)建立如下索引2:

{位置區(qū)/小區(qū)(原)，NCC，BCC}→List{位置區(qū)/小區(qū)(新)，count}

如果索引已經(jīng)存在，則計(jì)數(shù)值count遞增1。通過不斷分析網(wǎng)絡(luò)上的切換過程，學(xué)習(xí)一段時(shí)間后，遍歷索引2中的記錄，如果某個(gè){位置區(qū)/小區(qū)，NCC，BCC}對應(yīng)的隊(duì)列中某個(gè)結(jié)點(diǎn)的計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定的大小，并總次數(shù)占比大于60%以上，即可確認(rèn)該結(jié)點(diǎn)是正確關(guān)聯(lián)。

通過上述算法，在現(xiàn)網(wǎng)中驗(yàn)證，鄰區(qū)的正確性達(dá)到100%，一般學(xué)習(xí)1 h，如果某個(gè)結(jié)點(diǎn)的次數(shù)大于1 000，并且占比達(dá)到60%以上，即可確認(rèn)該關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3 智能學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)

在上述關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)算法的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如圖3所示。Hash表1來學(xué)習(xí)和存儲鏈路信息與位置區(qū)、小區(qū)號的對應(yīng)關(guān)系。默認(rèn)每24 h更新一次。

圖3 自身LAC/CI索引示意圖

實(shí)現(xiàn)步驟如下:

當(dāng)采集到系統(tǒng)消息3或者系統(tǒng)消息6時(shí)，依據(jù)解碼結(jié)果中的參數(shù)和采集鏈路的信息，在上述Hash表中插入記錄。

當(dāng)采集到其他消息時(shí)，查詢上述Hash表，如果查到，則在解碼結(jié)果中補(bǔ)全位置區(qū)、小區(qū)信息。

每天學(xué)習(xí)一張新表，供第二天使用。第二天使用第一天的學(xué)習(xí)結(jié)果，第三天使用第二天的學(xué)習(xí)結(jié)果。以此類推。采集鏈路的變化，系統(tǒng)的更正時(shí)間為1天。

Hash表2用來學(xué)習(xí)鄰區(qū)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)原理如圖4所示。

圖4 鄰區(qū)索引示意圖

Key值為當(dāng)前小區(qū)的位置區(qū)號、小區(qū)號和鄰區(qū)的NCC、BCC，索引的Value值為鄰區(qū)的鏈表，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)計(jì)數(shù)。

當(dāng)找到一組疑似的HandoverCommand和ChannelActivation關(guān)聯(lián)時(shí)，查詢上述Hash表，如果鏈表中對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)已經(jīng)存在，則其計(jì)數(shù)值增加1。如果鏈表中對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)不存在，則在鏈表中增加一個(gè)新結(jié)點(diǎn)，其計(jì)數(shù)值為1。每次插入都把鏈表中計(jì)數(shù)最大的節(jié)點(diǎn)放在鏈表頭部。如果鏈表中某個(gè)結(jié)點(diǎn)的計(jì)數(shù)值大于1 000，且其占所有結(jié)點(diǎn)加起來的總次數(shù)的占比大于60%，就認(rèn)為該結(jié)點(diǎn)是正確的鄰區(qū)關(guān)系，并把該節(jié)點(diǎn)移動到鏈表的頭部。

此外，每30 min更新一次計(jì)數(shù)。更新時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)的次數(shù)都減去最大節(jié)點(diǎn)數(shù)的一半，減去后如果為負(fù)，則置0。更新的目的在于使得小區(qū)信息有變化時(shí)，新的關(guān)系在次數(shù)上，可以很快占據(jù)計(jì)數(shù)優(yōu)勢。

當(dāng)收到測量報(bào)告消息時(shí)，用當(dāng)前小區(qū)的位置區(qū)、小區(qū)號和鄰區(qū)的NCC、BCC作為Key值，查詢此Hash表，如果沒查到，則不處理;如果查到，如果鏈表頭部節(jié)點(diǎn)中計(jì)數(shù)值大于1 000并且占鏈表中所有結(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)值和的總占比大于60%，則認(rèn)為查詢結(jié)果有效。把查詢結(jié)果回填到解碼結(jié)果中。

基于上述算法，在現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有變時(shí)，系統(tǒng)不用人工干預(yù)，即可在有限的時(shí)間內(nèi)感知到系統(tǒng)參數(shù)的變化，可以做到無人干預(yù)的長期運(yùn)行。

4 測試結(jié)果及分析

中國移動為了推進(jìn)A+Abis接口網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，在2012年6月正式完成了A+Abis網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的一系列規(guī)范。這些規(guī)范包括:《中國移動信令監(jiān)測系統(tǒng)接口規(guī)范—信令采集網(wǎng)關(guān)分冊 v2.0.0》［4］、《中國移動信令監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備規(guī)范—信令采集網(wǎng)關(guān)分冊 v2.0.0》、《中國移動信令監(jiān)測系統(tǒng)接口規(guī)范—信令共享平臺分冊v2.0.0》、《中國移動信令監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備規(guī)范—信令共享平臺分冊v2.0.0》。

在這些規(guī)范的基礎(chǔ)上，中國移動組織了國內(nèi)一些廠家在全國各地進(jìn)行了試點(diǎn)。為了驗(yàn)證Abis學(xué)習(xí)方法的效果，本次驗(yàn)證的數(shù)據(jù)來源為北京移動試點(diǎn)項(xiàng)目。數(shù)據(jù)采集范圍為北京移動19個(gè)BSC的Abis接口的數(shù)據(jù)。覆蓋范圍主要包括北京城區(qū)。

本文通過兩種測試驗(yàn)證方案，第1種測試方案是把智能學(xué)習(xí)程序的學(xué)習(xí)結(jié)果和北京移動的工參表進(jìn)行比對，驗(yàn)證學(xué)習(xí)結(jié)果是否正確。經(jīng)測試，19個(gè)BSC數(shù)據(jù)，一共有8 488個(gè)無線小區(qū)，通過學(xué)習(xí)程序?qū)W習(xí)到的鄰區(qū)關(guān)系和北京移動的工參表對比，一致率為99.5%。測試結(jié)果如圖5所示。測試范圍內(nèi)總小區(qū)數(shù)目為8 488個(gè)，其中鄰區(qū)和局方工參對比完全匹配的有8 442個(gè)小區(qū)，這里完全匹配是指該小區(qū)的所有鄰區(qū)都匹配，比如一個(gè)小區(qū)有6個(gè)鄰區(qū)，則這個(gè)6個(gè)鄰區(qū)必須和工參全部匹配;小區(qū)的鄰區(qū)中有一個(gè)與工參不匹配的有30個(gè)小區(qū)，這包括部分小區(qū)少1個(gè)鄰區(qū)的情況;有2個(gè)不匹配的有10個(gè)小區(qū)，有2個(gè)以上的一共有6個(gè)小區(qū)。

圖5 測試結(jié)果

第2種測試方案為利用鄰區(qū)學(xué)習(xí)的結(jié)果關(guān)聯(lián)Abis接口切出和切入過程，判別關(guān)聯(lián)后的切入過程中的 Handover Detect消息中的BSIC、BCCH頻點(diǎn)號是否和切出時(shí)Handover Command消息攜帶的BSIC、BCCH頻點(diǎn)一致。如果不一致，則屬于鄰區(qū)關(guān)系學(xué)習(xí)錯(cuò)誤，導(dǎo)致錯(cuò)誤地關(guān)聯(lián)了該切入和切出過程。測試數(shù)據(jù)為北京移動現(xiàn)網(wǎng)2012年12月26日13點(diǎn)至15點(diǎn)，約3 h的BSC的數(shù)據(jù)，原始信令總量大約20 Gbyte?；胤艜r(shí)間大約歷史1.5 h。經(jīng)測試，程序統(tǒng)計(jì)的不一致數(shù)目為0。

結(jié)合上述分析，與工參對比存在少量誤差的原因可能是因?yàn)橛行┬^(qū)參數(shù)調(diào)整沒及時(shí)體現(xiàn)在局方的工參中導(dǎo)致的。通過以上測試，經(jīng)過現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證，說明本算法有良好的適應(yīng)性，學(xué)習(xí)成功率很高。

本方法的核心本質(zhì)是讓不確定的關(guān)系，按照概率論的思想，正確的鄰區(qū)關(guān)系應(yīng)該在疑似鄰區(qū)關(guān)系中出現(xiàn)次數(shù)最多，其他因?yàn)閰^(qū)分度不夠而錯(cuò)誤關(guān)聯(lián)的鄰區(qū)關(guān)系應(yīng)該是相對較少的。通過統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，在大規(guī)模統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)的背景下，讓正確的鄰區(qū)關(guān)系脫穎而出。通過現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，使用效果良好。

綜上所述，本文所述在現(xiàn)網(wǎng)上有良好的表現(xiàn)?？梢詰?yīng)用于具體的工程實(shí)施。本方法目前已應(yīng)用于商用級別的產(chǎn)品中，有良好的效益。

5 結(jié)束語

結(jié)合Abis采集鏈路的特點(diǎn)和Abis接口消息中的特征，利用概率論的知識，很好地解決了Abis接口MR消息中當(dāng)前位置區(qū)、小區(qū)和鄰區(qū)位置區(qū)、小區(qū)的填寫問題，完成了位置區(qū)、小區(qū)的填寫后，即可利用MR消息中的測量報(bào)告，對各個(gè)小區(qū)的通信質(zhì)量進(jìn)行各維度的統(tǒng)計(jì)，如弱電平MR占比、強(qiáng)干擾MR數(shù)目占比等等，很好地反應(yīng)各個(gè)小區(qū)的無線質(zhì)量，為GSM網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供有力的支撐。

［1］韓斌杰.GSM網(wǎng)絡(luò)原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［2］丁奇.大話無線通信［M］.北京:人民郵電出版社，2010.

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［4］中國移動A+Abis信令監(jiān)測系統(tǒng)規(guī)范V2.0［S］.2012.

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