自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化演進(jìn)
0前言
隨著LTE寬帶移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展,移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)迎來了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的爆炸式發(fā)展,新技術(shù)和新系統(tǒng)的出現(xiàn)對(duì)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及運(yùn)營維護(hù)提出了越來越高的要求。相比之前的無線通信系統(tǒng),LTE系統(tǒng)可以提供更大的無線帶寬,提供更多數(shù)量和更高質(zhì)量的寬帶應(yīng)用,例如:高帶寬需求的移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)和高時(shí)延要求的在線游戲等。對(duì)每個(gè)LTE運(yùn)營商而言,不得不面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是如何選擇高效率且低成本的方式來提供這些新應(yīng)用給用戶。所以,運(yùn)營商必須控制好LTE基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的資本支出(CAPEX)和運(yùn)營LTE網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的運(yùn)營支出(OPEX)。
為了幫助LTE運(yùn)營商更好地管理網(wǎng)絡(luò)中巨大數(shù)量并且可能來自不同設(shè)備廠家的基站,降低OPEX,自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)的概念應(yīng)運(yùn)而生。電信運(yùn)營商期望的網(wǎng)絡(luò)是可以自配置、自運(yùn)作以及自優(yōu)化。對(duì)無線通信運(yùn)營商而言,則期望其基站網(wǎng)絡(luò)可以在沒有技術(shù)專家協(xié)助的情況下快速安裝基站和快速配置基站運(yùn)行所需參數(shù),可以快速且自動(dòng)發(fā)現(xiàn)鄰區(qū),可以在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)重配置,可以自動(dòng)優(yōu)化空口上的無線參數(shù)等。除此之外,運(yùn)營商們都期望傳輸和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配置并達(dá)到互聯(lián)互通,可以自動(dòng)選擇業(yè)務(wù)的QoS并自動(dòng)優(yōu)化。所有上述功能都屬于自優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)(SON)的范疇,因此SON會(huì)支撐整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的前期規(guī)劃、中期運(yùn)營和后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,完全貫穿一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的全部生命周期。
1自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)功能
自組織網(wǎng)絡(luò)主要包括以下功能。
a)自配置:通過自動(dòng)連接和自動(dòng)配置,新基站可以自動(dòng)整合到網(wǎng)絡(luò)中,自動(dòng)建立與核心網(wǎng)之間(S1接口)和與相鄰基站之間(X2接口)的連接以及自動(dòng)配置。
b)自優(yōu)化:在UE和eNB測量的協(xié)助下,在本地eNB層面上和/或網(wǎng)絡(luò)管理層面上自動(dòng)調(diào)整優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。
c)自愈合:實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測、定位和去除故障。
d)自規(guī)劃:在容量擴(kuò)展、業(yè)務(wù)檢測或優(yōu)化結(jié)果等觸發(fā)下,動(dòng)態(tài)地重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并執(zhí)行。
2自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展
業(yè)界共識(shí)是SON可以被標(biāo)準(zhǔn)化為多廠家共用的解決方案,允許不同廠家的基站通過標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)互操作。但為保證不同廠家設(shè)備的獨(dú)特性和競爭性,SON相關(guān)的算法沒有必要標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一。
在此思想的指導(dǎo)下,3GPP從R8就開始對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)功能進(jìn)行研究和標(biāo)準(zhǔn)化,一直延續(xù)到R11中,未來在R12中可能繼續(xù)研究。在LTE討論的初期,推動(dòng)SON在3GPP進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的主要?jiǎng)恿κ牵涸絹碓蕉嗟木W(wǎng)絡(luò)參數(shù)和越來越復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);無線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的快速演進(jìn)會(huì)直接導(dǎo)致2G、3G和LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)并行運(yùn)營;基站數(shù)量的快速擴(kuò)展需要在配置和管理時(shí)盡可能減少人工干預(yù)。
2.1 R8 SON
最早的自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)工作是在3GPP中負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)的SA5工作組啟動(dòng),首要工作是明確SON的概念和需求。在此基礎(chǔ)上,SA5開展eNB的自動(dòng)建立和SON自動(dòng)鄰區(qū)關(guān)系(ANR)管理的標(biāo)準(zhǔn)化工作。
a)SON的概念和需求標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目(WI)由多個(gè)運(yùn)營商提議建立,TS32.500涵蓋了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目的成果。這個(gè)WI明確了SON對(duì)OAM的要求,定義了SON在OAM系統(tǒng)中的架構(gòu),定義了自組織、自配置和自愈合的概念和E-UTRAN內(nèi)以及建立2G/3G間的鄰小區(qū)關(guān)系,定義了支撐SON的必要接口。
b)eNB自動(dòng)建立是SON的最基本功能之一,其標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果最終體現(xiàn)在32.501(eNB自建立的概念和需求)、32.502(eNB自建立概述)、32.531、32.532和32.533.通過這個(gè)WI,一個(gè)新eNB在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)可以自動(dòng)建立eNB和網(wǎng)元管理(EM)之間IP連接,可以自動(dòng)下載軟件,自動(dòng)下載無線參數(shù)和傳輸配置相關(guān)的數(shù)據(jù)。它也可以支持X2和S1接口的自動(dòng)建立。在完成建立后eNB可以自檢工作狀態(tài)并給網(wǎng)管中心報(bào)告檢查結(jié)果。
c)SON自動(dòng)鄰區(qū)關(guān)系(ANR)管理是另一個(gè)單獨(dú)的SA5 WI,實(shí)現(xiàn)LTE小區(qū)間和LTE小區(qū)和2G/3G小區(qū)間的鄰區(qū)關(guān)系的自動(dòng)建立。其最終標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果體現(xiàn)在32.761、32.762、32.763、32.765和32.511(ANR管理的概念和需求)中。這個(gè)WI可以幫助運(yùn)營商減少對(duì)傳統(tǒng)手動(dòng)ANR配置和減少使用ANR配置的規(guī)劃工具的依賴。
2.2 R9 SON
3GPP SA5在R9中繼續(xù)對(duì)SON進(jìn)行研究和標(biāo)準(zhǔn)化,標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目包括SON自優(yōu)化管理和自動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)準(zhǔn)備,研究項(xiàng)目包括對(duì)SON自愈合研究和家庭基站(HNB)SON相關(guān)OAM接口的研究。
a)SON自優(yōu)化管理是SON的另一個(gè)重要功能,可以用于監(jiān)測和分析網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù),必要時(shí)會(huì)自動(dòng)優(yōu)化受影響的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。通過自動(dòng)重新優(yōu)化、自動(dòng)重新配置、甚至軟件自動(dòng)重新下載和自動(dòng)加載,可以極大地減少人工干預(yù)。R9階段的WI的工作目標(biāo)主要包括負(fù)載均衡(LB)、切換參數(shù)優(yōu)化、干擾控制、容量和覆蓋優(yōu)化和RACH優(yōu)化。
b)自動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是R8自配置功能中未完成工作需要在R9階段繼續(xù)的WI,是針對(duì)一個(gè)特殊場景提出的解決方案。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)元實(shí)體(小區(qū)或eNB)被加入到一個(gè)正在運(yùn)營的網(wǎng)絡(luò)中,由于依賴于正工作的網(wǎng)元實(shí)體,一些網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)無法提前設(shè)置。該WI可以創(chuàng)建和分發(fā)這些相互依賴的參數(shù),使其能被傳遞給新加入的網(wǎng)元實(shí)體和正在運(yùn)行的網(wǎng)元實(shí)體。這個(gè)功能徹底彌補(bǔ)和完善了自配置功能,使網(wǎng)元實(shí)體實(shí)現(xiàn)了真正的自動(dòng)建立。
c)自檢測和自愈合的研究是SON子項(xiàng)目之一,主要用于系統(tǒng)自動(dòng)檢測故障,在發(fā)現(xiàn)問題后可以減輕甚至解決這些問題。SA5的R9研究中僅集中在自愈合功能,研究可能的需求和解決方案。
d)家庭基站(HNB)SON相關(guān)OAM接口的研究主要針對(duì)家庭基站,研究受影響的各個(gè)實(shí)體之間接口如何支持SON.這些接口包括OAM網(wǎng)元之間的接口、OAM網(wǎng)元和NodeB之間接口、NodeB之間的接口和UE與NodeB之間的接口。
除了SA5的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化和研究工作外,RAN2和RAN3工作組也相應(yīng)啟動(dòng)了無線側(cè)R9 SON WI.RAN側(cè)的WI主要針對(duì)已經(jīng)明確的SON用例提出無線側(cè)技術(shù)解決方案并標(biāo)準(zhǔn)化,這些SON用例包括覆蓋和容量優(yōu)化、移動(dòng)負(fù)載平衡優(yōu)化(MLB)、移動(dòng)健壯性優(yōu)化(MRO)和RACH優(yōu)化。
最小化路測(MDT)在R9中從一個(gè)研究項(xiàng)目啟動(dòng),由RAN2領(lǐng)導(dǎo)。盡管MDT獨(dú)立于SON在3GPP RAN進(jìn)行研究和標(biāo)準(zhǔn)化,但對(duì)運(yùn)營商而言MDT和SON都是自動(dòng)有效管理網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化工具。傳統(tǒng)的人工開車測量來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化具有成本昂貴、不可避免的CO2排放和有限的測量區(qū)域等缺點(diǎn)。而現(xiàn)實(shí)中,因覆蓋不好而導(dǎo)致連接失敗,用戶經(jīng)常投訴的這些覆蓋不好的地理位置常常是車輛根本無法到達(dá)的地方。MDT主要研究由網(wǎng)絡(luò)配置的UE自動(dòng)收集路測相關(guān)數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)并上報(bào)測量數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)。通過自動(dòng)收集MDT測量數(shù)據(jù),可以最小化的減輕運(yùn)營商依賴人工過程監(jiān)測和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò),同時(shí)減少CO2的排放和減少對(duì)環(huán)境的污染。
2.3 R10 SON
進(jìn)入R10階段,在R9自愈合研究的基礎(chǔ)上,SA5啟動(dòng)了自愈合管理(SH)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。自愈合功能包括監(jiān)測和分析故障管理、告警、通知和自測結(jié)果等相關(guān)數(shù)據(jù),自動(dòng)觸發(fā)或執(zhí)行必要的矯正行為。該功能也可以減少人工干預(yù),實(shí)現(xiàn)重新優(yōu)化和重新配置自動(dòng)進(jìn)行,甚至軟件的重新下載和再次加載。
由于在R9階段RAN側(cè)工作負(fù)荷過重,SON在RAN側(cè)和SA5側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作都只完成了屬于第一優(yōu)先級(jí)的負(fù)載均衡和切換參數(shù)優(yōu)化兩部分內(nèi)容。在R10階段,SA5的SON標(biāo)準(zhǔn)化工作包括兩部分,第一部分是繼續(xù)進(jìn)行R9 SON自優(yōu)化管理中遺留的干擾控制、容量和覆蓋優(yōu)化和RACH優(yōu)化等工作,另一部分是研究各個(gè)SON用例之間協(xié)調(diào)功能工作,包括手動(dòng)操作和自動(dòng)操作功能之間的協(xié)調(diào)、自相關(guān)用例和其他SON用例之間的協(xié)調(diào)、不同自相關(guān)用例之間的協(xié)調(diào)和一個(gè)自相關(guān)用例內(nèi)不同目標(biāo)之間的協(xié)調(diào)。
同時(shí),在RAN的工作層面,RAN3、RAN2和RAN4也在R10階段繼續(xù)R9遺留的工作。為避免同樣問題出現(xiàn),即由于工作量過大而無法完成全部預(yù)定目標(biāo),RAN側(cè)工作組對(duì)每一個(gè)目標(biāo)都設(shè)置了優(yōu)先級(jí),以保證高優(yōu)先級(jí)的目標(biāo)能得到充足時(shí)間被優(yōu)先討論。
a)覆蓋和容量優(yōu)化(CCO),用于檢測覆蓋問題和容量問題。其中覆蓋問題為第一優(yōu)先級(jí),容量問題為第二優(yōu)先級(jí)。
b)移動(dòng)健壯性優(yōu)化(MRO)增強(qiáng),其用例包括inter-RAT環(huán)境下切換失敗的檢測和可能的修正。從LTE到UMTS/GSM的切換用例為第一優(yōu)先級(jí),從UMTS/GSM到LTE的切換用例為第二優(yōu)先級(jí)。其余用例還包括重建不成功情況下的UE測量的獲得、inter-RAT和intra-LTE環(huán)境下IDLE UE的乒乓切換問題、inter-RAT環(huán)境下激活模式UE的乒乓切換問題和切換到錯(cuò)誤小區(qū)的短停留等問題。
c)移動(dòng)負(fù)載均衡(MLB)增強(qiáng),其用例包括改善在LTE內(nèi)的MLB可靠性和inter-RAT場景下MLB的功能。
在R9最小化路測(MDT)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,RAN全會(huì)決定啟動(dòng)基于信令架構(gòu)方案的最小化路測MDT的標(biāo)準(zhǔn)化,由RAN2領(lǐng)導(dǎo)此WI,優(yōu)先討論覆蓋優(yōu)化用例。設(shè)計(jì)MDT方案時(shí)考慮了實(shí)時(shí)測量和非實(shí)時(shí)測量兩種方式以及各自如何上報(bào),明確MDT測量的啟動(dòng)要通過RRC信令配置,明確MDT測量結(jié)果要通過RRC信令上報(bào),而上報(bào)的數(shù)據(jù)中可以攜帶可用的位置信息和時(shí)間信息。
2.4 R11 SON
R11階段,SON的首要工作是完成R10中遺留的低優(yōu)先級(jí)工作。為此RAN建立了新的R11工作項(xiàng)目(WI):進(jìn)一步的SON增強(qiáng)。其增強(qiáng)的范圍主要包括移動(dòng)健壯性(MRO)增強(qiáng)和inter-RAT場景下乒乓切換,也考慮基于不同RAT之間的QoS信息交換來選擇正確RAT、擴(kuò)展UMTS和LTE之間的ANR機(jī)制、MRO和其他業(yè)務(wù)控制機(jī)制之間的更多協(xié)調(diào)等。
同時(shí)根據(jù)運(yùn)營商的需求,RAN2工作組在R11中繼續(xù)研究MDT的增強(qiáng)功能,重點(diǎn)集中在覆蓋優(yōu)化和QoS驗(yàn)證兩個(gè)用例。對(duì)于覆蓋優(yōu)化議題,研究重點(diǎn)是增強(qiáng)測量紀(jì)錄和報(bào)告,例如:通過減少UE側(cè)無用測量的數(shù)量來減少UE電量消耗,研究增強(qiáng)的上行覆蓋優(yōu)化和公共信道的覆蓋優(yōu)化等。對(duì)于QoS驗(yàn)證,主要研究QoS相關(guān)的測量紀(jì)錄和報(bào)告。
2.5 R12 SON
目前R11工作尚未結(jié)束,在各種場合已經(jīng)開始對(duì)R12的相關(guān)立項(xiàng)展開熱烈討論。SON更多增強(qiáng)依舊是R12立項(xiàng)的一個(gè)熱門話題。
R12中SON的更多增強(qiáng)對(duì)于一些已經(jīng)存在的功能相互之間互操作很必要,對(duì)于R12中應(yīng)考慮的新功能和新配置也很必要。目前業(yè)界共識(shí)是R12階段需要繼續(xù)完成R11遺留的工作。例如R11增強(qiáng)的MRO已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了辨析是何種類型UE發(fā)生了鏈路失敗,對(duì)于其他SON用例如MLB也可以有類似增強(qiáng)。
在考慮重要性和工作量的情況下,R12可以考慮繼續(xù)研究SON和其他新功能配合而催生出的一些新用例。
R12中最重要的議題是小小區(qū)增強(qiáng),包括定義場景、小小區(qū)概念和需求。SON在部署小小區(qū)的成本和復(fù)雜性最小化上可以提供幫助。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的投入應(yīng)當(dāng)最小化,網(wǎng)絡(luò)配置的投入包括節(jié)點(diǎn)的ID管理和鄰區(qū)配置、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的投入(移動(dòng)健壯性、負(fù)載均衡和節(jié)能等)應(yīng)當(dāng)自動(dòng)完成,這些都需要借助SON.所以為宏小區(qū)場景定義的自優(yōu)化和自配置等功能也可以用于異構(gòu)網(wǎng)場景的小小區(qū)部署中。
同時(shí),本地接入和異構(gòu)網(wǎng)部署引入了新的網(wǎng)絡(luò)配置規(guī)模。當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)(宏小區(qū)/微小區(qū)/家庭基站)各層之間的帶寬分配都是靜態(tài)方式,通過人工的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃來完成分配。而給已存在的層中自動(dòng)增加新小區(qū)以及給各層動(dòng)態(tài)分配帶寬可以幫助運(yùn)營商快速并便宜的部署多層網(wǎng)絡(luò)。
有源天線可以創(chuàng)建多個(gè)垂直和水平波束來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)波束調(diào)度。根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)混合、業(yè)務(wù)位置和用戶要求,使用動(dòng)態(tài)波束調(diào)度可以精確地控制容量分布。SON可以通過有源天線的配置和優(yōu)化來自動(dòng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置。
由上可知,在R12中SON更多增強(qiáng)可以包括UE分組或UE類型、小小區(qū)增強(qiáng)、借助有源天線的動(dòng)態(tài)調(diào)度以及異構(gòu)網(wǎng)不同層之間的動(dòng)態(tài)頻率分配等。這些工作可以從研究課題做起。
R11 MDT主要集中在非GBR類型數(shù)據(jù)的QoS驗(yàn)證,R12工作可以繼續(xù)完成R11的QoS的既定目標(biāo),研究GBR業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn)檢測并反映體驗(yàn)質(zhì)量。同時(shí)MDT也可以配合小小區(qū)增強(qiáng)的議題,討論在該場景下MDT可以起到的作用。對(duì)于是否會(huì)在R12中繼續(xù)開展MDT的工作,目前尚無統(tǒng)一認(rèn)識(shí)和定論,但總的來說,上述方向也都可以從研究課題做起。
當(dāng)然,除了這些可能的R12 SON和MDT增強(qiáng)的技術(shù)點(diǎn),如果運(yùn)營商提出新的需求,出現(xiàn)了新的SON和MDT用例,我們相信這些都有可能在R12中被評(píng)估和研究,而SON和MDT的工作也會(huì)繼續(xù)進(jìn)行下去。
3結(jié)束語
綜上所述,通過使用自組織網(wǎng)絡(luò)SON和MDT功能,運(yùn)營商可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、配置和優(yōu)化過程的自動(dòng)化,可以極大減輕運(yùn)營商對(duì)人工的需求,從而可以大大降低運(yùn)營商的OPEX.從3GPP標(biāo)準(zhǔn)化過程看,從R8開始一直持續(xù)到R11,自組織網(wǎng)絡(luò)SON和MDT在3GPP的標(biāo)準(zhǔn)化工作一直是運(yùn)營商和業(yè)界的寵兒,由運(yùn)營商需求和實(shí)際用例在不斷驅(qū)動(dòng)。在可預(yù)見的未來,伴隨新需求出現(xiàn)和更多實(shí)際用例被明確,SON和MDT技術(shù)會(huì)將繼續(xù)保持為業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn),在3GPP未來的版本中不斷推進(jìn)其技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化。
評(píng)論