未來運營支撐系統(tǒng)之網(wǎng)絡構建自動化
2011/12/02
背景
傳統(tǒng)意義的網(wǎng)絡生命周期包括四個環(huán)節(jié)：規(guī)劃、部署、維護和優(yōu)化，分別由電信運營商的不同部門使用不同的流程和工具實現(xiàn)。各環(huán)節(jié)相對獨立，之間的信息交互和操作協(xié)同十分有限并需要大量的人工介入。此外，目前各個環(huán)節(jié)自身自動化程度很低，對人工和專家依賴度高，在網(wǎng)絡規(guī)模和復雜度增加的趨勢下，很難適應網(wǎng)絡擴容、優(yōu)化和容災減災等快速響應的要求。
隨著運維管理外包漸成趨勢，愛立信深切地感覺到：一方面?zhèn)鹘y(tǒng)電信運營商面對網(wǎng)絡技術和規(guī)模的快速增長造成的運營壓力已經力不從心；另一方面，網(wǎng)絡運營不是目的只是手段，運營商真正關心的是業(yè)務拓展以及用戶滿意度。
傳統(tǒng)電信運營商向業(yè)務提供商轉型的關鍵步驟就是要精簡網(wǎng)絡構建和運營流程，把繁復的運維盡量拋給網(wǎng)絡自身解決。在這個大背景下，自組網(wǎng)（SON）的概念應運而生。SON的技術目前主要用于移動網(wǎng)，是一個貫穿網(wǎng)絡全生命周期，旨在通過自動化機制簡化運營任務來降低無線網(wǎng)絡規(guī)劃、安裝、優(yōu)化和管理的成本，同時提高運維效率和網(wǎng)絡質量的全套解決方案。愛立信作為無線技術和網(wǎng)絡運維的領導企業(yè)，高度致力于技術創(chuàng)新和實踐，全面保持和運營商多層次的交流與溝通，制定完整的SON的技術發(fā)展和市場推進策略。
總體觀點和策略
SON是當前網(wǎng)絡向移動寬帶演進并最終取得成功的關鍵因素。所謂的移動寬帶，包括HSPA、LTE、WiMax、Hetnet等諸多技術的應用。運營商可以針對不同地域、不同客戶設計符合需要的組網(wǎng)方式，進而也就帶來了網(wǎng)規(guī)、網(wǎng)優(yōu)甚至開站的復雜性和多變性。在運營支撐系統(tǒng)支配下的組網(wǎng)自動化，支持策略控制下不同時間和空間維度的網(wǎng)絡配置、激活、優(yōu)化和治愈，可以全面實現(xiàn)移動寬帶組網(wǎng)靈活、高效、可靠的目標。
愛立信支持并主張未來部署的移動網(wǎng)絡全面應用SON提供的多種自動化功能，但也鼓勵已經部署2G和3G的運營商選擇合理的功能解決目前網(wǎng)絡運營的瓶頸。比如，自動開站功能、自動鄰區(qū)配置和優(yōu)化功能、移動穩(wěn)定性優(yōu)化功能、退服自愈功能等，都適用于不同代移動網(wǎng)絡。甚至這些網(wǎng)絡之間也可以實現(xiàn)互補償、互優(yōu)化。
愛立信提倡技術創(chuàng)新，但不盲目推進SON的產品化和市場化。盡管SON的標準化和技術研究步伐很快，但不意味著其中的每個功能和方案都是合理的并具有明顯商用價值的。愛立信始終堅持傾聽客戶需求，重視標準并不固執(zhí)于標準，堅持從客觀出發(fā)從實效出發(fā)，努力謀求最佳的方案。此外，選擇和應用SON的功能需要評估其對正常的網(wǎng)絡運營、業(yè)務的潛在影響并保證和SON其他功能之間最大程度的協(xié)作使用。
技術和方案選擇
在具體的技術和方案選擇方面，在參考技術成熟度的同時需要衡量所解決問題的普遍性，其次是嚴重性，同時還要考慮次生影響，對網(wǎng)絡、網(wǎng)管和終端的性能和功能影響都在考慮之列。
通過和運營商的交流以及參考自身經驗，愛立信認為在以下幾個方面SON具有明顯的商用價值和可實現(xiàn)性，產品化進程較快，可在LTE部署早期予以考慮。
基站自開站（即插即用）
自動鄰區(qū)關系檢測
PCI管理和優(yōu)化
移動穩(wěn)定性優(yōu)化
基站退服檢測
移動負載均衡
發(fā)現(xiàn)故障天線
此外，以下方面需求也十分明顯，但受限于仍存在技術難點，產品化進程相對緩慢，建議運營商在中長期發(fā)展策略中予以考慮。
基站退服補償
最小化路測
隨機接入信道優(yōu)化
容量和覆蓋優(yōu)化
干擾控制
QoS優(yōu)化
節(jié)能
對于考慮Hetnet組網(wǎng)的運營商來說，SON的應用十分必要，但由于具體應用場景有別于宏覆蓋，在技術和方案的研發(fā)上也會區(qū)別于普通的SON。
重點功能分析及實施建議
基站自開站（含軟件自動升級）
基站自開站只需現(xiàn)場工程師配置極少的參數(shù)并聯(lián)網(wǎng)開機，基站自身就能完成數(shù)據(jù)準備、和OSS的尋址連接、與核心網(wǎng)的連接、下載基站軟件、下載無線規(guī)劃及傳輸配置數(shù)據(jù)、啟動鄰區(qū)檢測和無線覆蓋及容量設置，并投入正常運營。
目前為止，基站自開站是所有SON提供的功能技術中最早被廣泛應用在現(xiàn)網(wǎng)部署中的。在北美LTE部署中，采用自開站功能的愛立信RBS6000基站開站時間從40分鐘減少到10分鐘以內，不僅大大縮短了網(wǎng)絡開通的周期，贏得了商業(yè)利益，而且大大降低了對上站人員的技術要求，減少了由于人工操作帶來的出錯幾率。
目前自開站的缺點是還不能實現(xiàn)現(xiàn)場完全零操作，個別數(shù)據(jù)比如Node Id，OSS vLan地址仍需人工現(xiàn)場配置。一個零操作的自開站過程需要在設備運抵現(xiàn)場之前根據(jù)網(wǎng)絡規(guī)劃設置好以上信息，這樣只需要一個搬運工完成開箱、連接線纜和開機，基站就可以正常工作。當然零操作意味著準備的各環(huán)節(jié)要高度準確。建議運營商部署初期仍采用工程師上站操作，后期逐步采用零操作方案，特別對于Hetnet建設意義明顯。
自動鄰區(qū)關系檢測（ANR）
鄰區(qū)關系優(yōu)化是作為移動網(wǎng)最耗時的維護任務之一。傳統(tǒng)的集中分析和規(guī)劃手段基于無線路損模型和電子地圖，無法全面考慮實際無線條件和地域特點，缺乏準確性和實時性。基于終端測量的ANR功能，能夠快速準確地獲得鄰區(qū)關系，支持LTE到2G、3G的切換小區(qū)管理。盡管ANR會占用一定終端資源，但這種占用在優(yōu)化的策略下會十分有限，并不會影響用戶體驗。
愛立信不僅在LTE也在WCDMA產品線中支持ANR功能，更好地滿足客戶多種技術的部署需求。使用ANR，就意味著網(wǎng)絡開通前無需配置好鄰區(qū)關系，由基站支配終端自動搜索。但問題是，由于初始階段鄰區(qū)關系尚未建立，切換會受影響。所以愛立信設計了可變門限的鄰區(qū)檢測功能，降低的門限可以更快地獲得鄰區(qū)關系，當運行一段時間后，可以調高門限以優(yōu)化鄰區(qū)關系。此外，愛立信主張ANR不間斷優(yōu)化。
ANR盡管目前在LTE還沒有商用，但在多個歐美運營商的測試中，愛立信產品表現(xiàn)良好。如下圖ANR測試中，僅使用一個移動終端在20分鐘內通過了20個基站覆蓋區(qū)域，檢測到的鄰區(qū)關系如藍圖所示，相比橙色圖的手工配置鄰區(qū)，所有必要的鄰區(qū)關系（有數(shù)字標示）悉數(shù)獲得。而且這僅僅動用了一個終端，如果相關區(qū)域內都有終端分布，檢測的速度會有極大提高。
對于多網(wǎng)共存的狀況，比如Verizon的CDMA和LTE，在LTE側將來要支持到CDMA的鄰區(qū)檢測，但CDMA側，可以仍然使用手工配置。如果將來CDMA和LTE部署密度都很大，關系復雜，手工配置很難精確，還是要依賴ANR，但意味著CDMA需要做相應改造。
移動穩(wěn)定性優(yōu)化（MRO），移動負載均衡（MLB）
對于移動網(wǎng)來說，無線覆蓋質量是網(wǎng)優(yōu)的重中之重。無線覆蓋不好，弱覆蓋或者覆蓋空洞，會造成接入困難或者掉話。但即便覆蓋沒有問題，也會由于小區(qū)間的切換門限不合理造成話務不穩(wěn)定甚至掉話。切換門限不合理會表現(xiàn)為：乒乓切換、過早切換、過晚切換和切換到錯誤小區(qū)等。
乒乓切換是指移動終端反復在兩個小區(qū)間切換。乒乓切換和終端移動速度、路徑和無線信號分布有關，這種情況應更多地從覆蓋優(yōu)化出發(fā)。如果終端移動速度不快甚至不動，但仍發(fā)生快速乒乓切換，那么基本是由于兩個小區(qū)設置對方小區(qū)的切換門限都過低所致。研究結果表明，如果來回切換的頻率高于2秒一次，由于每次切換會造成50ms的業(yè)務數(shù)據(jù)中斷，對于話音等實時性要求高的業(yè)務影響是很明顯的。反之，頻率低于2秒一次的可以認為是正常切換，對業(yè)務影響不明顯。乒乓切換一般來說不是嚴重的問題，但卻是經常存在的，因此優(yōu)化的優(yōu)先級應該較高。
乒乓切換只是由于雙向門限都不合理，導致切出后再回切，但每次切換完成后終端與小區(qū)的連接都沒有問題。相比而言，過早、過晚、切換到錯誤小區(qū)是由于切換門限不合理，使得終端切換時機不對，發(fā)生切換動作或者完成切換時與源小區(qū)或者目標小區(qū)的無線連接中斷，但由于其他相關小區(qū)覆蓋質量良好，并沒有覆蓋空洞，終端很快完成無線連接重建。但這個過程的時間間隔可能是秒級的，因此仍有可能帶來掉話等嚴重故障。
過早、過晚切換是由于目標小區(qū)切換門限過低和過高所致。對應過早和過晚臨界切換門限之間的區(qū)間就是合理的移動性優(yōu)化范圍。頻內的負載均衡也可以通過調整切換門限值來引導用戶和負荷由高負荷小區(qū)遷移至低負荷小區(qū)，很顯然可調的門限區(qū)間就是移動性優(yōu)化允許的范圍。這個范圍對應相鄰小區(qū)的重覆蓋面積，在LTE中理論上大概相當于正常小區(qū)面積的15%，可操作的價值不是很大。愛立信更傾向于異頻或者異系統(tǒng)的負荷均衡方案，增益比較明顯。如下圖，一個終端從左至右移動，M1、M2分別是接收到eNB1和eNB2的信號強度曲線，兩條曲線相交點對應的地理位置處終端接收到的信號強度相同，對cell1到cell2的切換，下面的虛線對應過早切換臨界，上面的虛線對應過晚切換臨界，兩線與M2相交點對應合理切換門限區(qū)間，也是頻內負載均衡MLB的可調范圍。
小區(qū)退服檢測和補償（COC）
無線小區(qū)退服是嚴重的網(wǎng)絡故障，輕則影響用戶的在線、接入等使用感受，重則中斷所有服務，甚至失去與網(wǎng)管的聯(lián)系。中國、日本等國家，自然災害有逐年增加的趨勢，防災減災是電信運營的難點和重點。災難發(fā)生以后如何快速有效地判斷問題所在并實施補救是急需研究的課題。SON提出了自愈的概念，來研制小區(qū)退服相關的偵測和補救手段。
退服檢測就是要及時感知小區(qū)退服的發(fā)生和趨勢。對于快速退服，可以檢測X2連接的心跳，來判斷相鄰小區(qū)是否活著。對于慢速退服，需要通過觀察小區(qū)性能指標，比如流量變化，參考歷史數(shù)據(jù)，判斷是否出現(xiàn)異常情況，從而產生告警通知OSS采取補救措施。
一旦出現(xiàn)退服，OSS會協(xié)調問題基站周邊基站的扇區(qū)來補償退服的無線覆蓋。如下圖，參與補償?shù)幕緯{整下行發(fā)射功率、天線傾角等來補償退服區(qū)域，甚至調低上行信號接收門限變相地擴大該扇區(qū)覆蓋以接入更多退服區(qū)域的終端。當然，由于扇區(qū)的調整，會造成鄰區(qū)關系變化、切換邊界變化、干擾增加，這些就需要OSS提供的其他功能ANR、MRO、ICIC來聯(lián)合優(yōu)化。
此外，混合組網(wǎng)也是解決退服的有效手段，某類網(wǎng)絡的用戶可以遷移到其他網(wǎng)絡上，多層網(wǎng)絡可以互為保護。
展望
SON顯然已經為網(wǎng)絡構建自動化提供了大量的可用方案，但由于多數(shù)方案涉及范圍廣泛，需要協(xié)調和布局終端、網(wǎng)元、網(wǎng)管各個環(huán)節(jié)，才能有效地推動整體方案的落實。不僅廠商，運營商也應該成為技術革新的重要力量。
C114中國通信網(wǎng)
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