未來(lái)運營(yíng)支撐系統之網(wǎng)絡(luò )構建自動(dòng)化
2011/12/02
背景
傳統意義的網(wǎng)絡(luò )生命周期包括四個(gè)環(huán)節：規劃、部署、維護和優(yōu)化，分別由電信運營(yíng)商的不同部門(mén)使用不同的流程和工具實(shí)現。各環(huán)節相對獨立，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(gè)環(huán)節自身自動(dòng)化程度很低，對人工和專(zhuān)家依賴(lài)度高，在網(wǎng)絡(luò )規模和復雜度增加的趨勢下，很難適應網(wǎng)絡(luò )擴容、優(yōu)化和容災減災等快速響應的要求。
隨著(zhù)運維管理外包漸成趨勢，愛(ài)立信深切地感覺(jué)到：一方面傳統電信運營(yíng)商面對網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和規模的快速增長(cháng)造成的運營(yíng)壓力已經(jīng)力不從心；另一方面，網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)不是目的只是手段，運營(yíng)商真正關(guān)心的是業(yè)務(wù)拓展以及用戶(hù)滿(mǎn)意度。
傳統電信運營(yíng)商向業(yè)務(wù)提供商轉型的關(guān)鍵步驟就是要精簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò )構建和運營(yíng)流程，把繁復的運維盡量拋給網(wǎng)絡(luò )自身解決。在這個(gè)大背景下，自組網(wǎng)（SON）的概念應運而生。SON的技術(shù)目前主要用于移動(dòng)網(wǎng)，是一個(gè)貫穿網(wǎng)絡(luò )全生命周期，旨在通過(guò)自動(dòng)化機制簡(jiǎn)化運營(yíng)任務(wù)來(lái)降低無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )規劃、安裝、優(yōu)化和管理的成本，同時(shí)提高運維效率和網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量的全套解決方案。愛(ài)立信作為無(wú)線(xiàn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )運維的領(lǐng)導企業(yè)，高度致力于技術(shù)創(chuàng )新和實(shí)踐，全面保持和運營(yíng)商多層次的交流與溝通，制定完整的SON的技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)推進(jìn)策略。
總體觀(guān)點(diǎn)和策略
SON是當前網(wǎng)絡(luò )向移動(dòng)寬帶演進(jìn)并最終取得成功的關(guān)鍵因素。所謂的移動(dòng)寬帶，包括HSPA、LTE、WiMax、Hetnet等諸多技術(shù)的應用。運營(yíng)商可以針對不同地域、不同客戶(hù)設計符合需要的組網(wǎng)方式，進(jìn)而也就帶來(lái)了網(wǎng)規、網(wǎng)優(yōu)甚至開(kāi)站的復雜性和多變性。在運營(yíng)支撐系統支配下的組網(wǎng)自動(dòng)化，支持策略控制下不同時(shí)間和空間維度的網(wǎng)絡(luò )配置、激活、優(yōu)化和治愈，可以全面實(shí)現移動(dòng)寬帶組網(wǎng)靈活、高效、可靠的目標。
愛(ài)立信支持并主張未來(lái)部署的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )全面應用SON提供的多種自動(dòng)化功能，但也鼓勵已經(jīng)部署2G和3G的運營(yíng)商選擇合理的功能解決目前網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)的瓶頸。比如，自動(dòng)開(kāi)站功能、自動(dòng)鄰區配置和優(yōu)化功能、移動(dòng)穩定性?xún)?yōu)化功能、退服自愈功能等，都適用于不同代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )。甚至這些網(wǎng)絡(luò )之間也可以實(shí)現互補償、互優(yōu)化。
愛(ài)立信提倡技術(shù)創(chuàng )新，但不盲目推進(jìn)SON的產(chǎn)品化和市場(chǎng)化。盡管SON的標準化和技術(shù)研究步伐很快，但不意味著(zhù)其中的每個(gè)功能和方案都是合理的并具有明顯商用價(jià)值的。愛(ài)立信始終堅持傾聽(tīng)客戶(hù)需求，重視標準并不固執于標準，堅持從客觀(guān)出發(fā)從實(shí)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(luò )運營(yíng)、業(yè)務(wù)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(shù)和方案選擇
在具體的技術(shù)和方案選擇方面，在參考技術(shù)成熟度的同時(shí)需要衡量所解決問(wèn)題的普遍性，其次是嚴重性，同時(shí)還要考慮次生影響，對網(wǎng)絡(luò )、網(wǎng)管和終端的性能和功能影響都在考慮之列。
通過(guò)和運營(yíng)商的交流以及參考自身經(jīng)驗，愛(ài)立信認為在以下幾個(gè)方面SON具有明顯的商用價(jià)值和可實(shí)現性，產(chǎn)品化進(jìn)程較快，可在LTE部署早期予以考慮。
基站自開(kāi)站（即插即用）
自動(dòng)鄰區關(guān)系檢測
PCI管理和優(yōu)化
移動(dòng)穩定性?xún)?yōu)化
基站退服檢測
移動(dòng)負載均衡
發(fā)現故障天線(xiàn)
此外，以下方面需求也十分明顯，但受限于仍存在技術(shù)難點(diǎn)，產(chǎn)品化進(jìn)程相對緩慢，建議運營(yíng)商在中長(cháng)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
節能
對于考慮Hetnet組網(wǎng)的運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，SON的應用十分必要，但由于具體應用場(chǎng)景有別于宏覆蓋，在技術(shù)和方案的研發(fā)上也會(huì )區別于普通的SON。
重點(diǎn)功能分析及實(shí)施建議
基站自開(kāi)站（含軟件自動(dòng)升級）
基站自開(kāi)站只需現場(chǎng)工程師配置極少的參數并聯(lián)網(wǎng)開(kāi)機，基站自身就能完成數據準備、和OSS的尋址連接、與核心網(wǎng)的連接、下載基站軟件、下載無(wú)線(xiàn)規劃及傳輸配置數據、啟動(dòng)鄰區檢測和無(wú)線(xiàn)覆蓋及容量設置，并投入正常運營(yíng)。
目前為止，基站自開(kāi)站是所有SON提供的功能技術(shù)中最早被廣泛應用在現網(wǎng)部署中的。在北美LTE部署中，采用自開(kāi)站功能的愛(ài)立信RBS6000基站開(kāi)站時(shí)間從40分鐘減少到10分鐘以?xún)龋粌H大大縮短了網(wǎng)絡(luò )開(kāi)通的周期，贏(yíng)得了商業(yè)利益，而且大大降低了對上站人員的技術(shù)要求，減少了由于人工操作帶來(lái)的出錯幾率。
目前自開(kāi)站的缺點(diǎn)是還不能實(shí)現現場(chǎng)完全零操作，個(gè)別數據比如Node Id，OSS vLan地址仍需人工現場(chǎng)配置。一個(gè)零操作的自開(kāi)站過(guò)程需要在設備運抵現場(chǎng)之前根據網(wǎng)絡(luò )規劃設置好以上信息，這樣只需要一個(gè)搬運工完成開(kāi)箱、連接線(xiàn)纜和開(kāi)機，基站就可以正常工作。當然零操作意味著(zhù)準備的各環(huán)節要高度準確。建議運營(yíng)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(dòng)鄰區關(guān)系檢測（ANR）
鄰區關(guān)系優(yōu)化是作為移動(dòng)網(wǎng)最耗時(shí)的維護任務(wù)之一。傳統的集中分析和規劃手段基于無(wú)線(xiàn)路損模型和電子地圖，無(wú)法全面考慮實(shí)際無(wú)線(xiàn)條件和地域特點(diǎn)，缺乏準確性和實(shí)時(shí)性。基于終端測量的ANR功能，能夠快速準確地獲得鄰區關(guān)系，支持LTE到2G、3G的切換小區管理。盡管ANR會(huì )占用一定終端資源，但這種占用在優(yōu)化的策略下會(huì )十分有限，并不會(huì )影響用戶(hù)體驗。
愛(ài)立信不僅在LTE也在WCDMA產(chǎn)品線(xiàn)中支持ANR功能，更好地滿(mǎn)足客戶(hù)多種技術(shù)的部署需求。使用ANR，就意味著(zhù)網(wǎng)絡(luò )開(kāi)通前無(wú)需配置好鄰區關(guān)系，由基站支配終端自動(dòng)搜索。但問(wèn)題是，由于初始階段鄰區關(guān)系尚未建立，切換會(huì )受影響。所以愛(ài)立信設計了可變門(mén)限的鄰區檢測功能，降低的門(mén)限可以更快地獲得鄰區關(guān)系，當運行一段時(shí)間后，可以調高門(mén)限以?xún)?yōu)化鄰區關(guān)系。此外，愛(ài)立信主張ANR不間斷優(yōu)化。
ANR盡管目前在LTE還沒(méi)有商用，但在多個(gè)歐美運營(yíng)商的測試中，愛(ài)立信產(chǎn)品表現良好。如下圖ANR測試中，僅使用一個(gè)移動(dòng)終端在20分鐘內通過(guò)了20個(gè)基站覆蓋區域，檢測到的鄰區關(guān)系如藍圖所示，相比橙色圖的手工配置鄰區，所有必要的鄰區關(guān)系（有數字標示）悉數獲得。而且這僅僅動(dòng)用了一個(gè)終端，如果相關(guān)區域內都有終端分布，檢測的速度會(huì )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(lái)要支持到CDMA的鄰區檢測，但CDMA側，可以仍然使用手工配置。如果將來(lái)CDMA和LTE部署密度都很大，關(guān)系復雜，手工配置很難精確，還是要依賴(lài)ANR，但意味著(zhù)CDMA需要做相應改造。
移動(dòng)穩定性?xún)?yōu)化（MRO），移動(dòng)負載均衡（MLB）
對于移動(dòng)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)覆蓋質(zhì)量是網(wǎng)優(yōu)的重中之重。無(wú)線(xiàn)覆蓋不好，弱覆蓋或者覆蓋空洞，會(huì )造成接入困難或者掉話(huà)。但即便覆蓋沒(méi)有問(wèn)題，也會(huì )由于小區間的切換門(mén)限不合理造成話(huà)務(wù)不穩定甚至掉話(huà)。切換門(mén)限不合理會(huì )表現為：乒乓切換、過(guò)早切換、過(guò)晚切換和切換到錯誤小區等。
乒乓切換是指移動(dòng)終端反復在兩個(gè)小區間切換。乒乓切換和終端移動(dòng)速度、路徑和無(wú)線(xiàn)信號分布有關(guān)，這種情況應更多地從覆蓋優(yōu)化出發(fā)。如果終端移動(dòng)速度不快甚至不動(dòng)，但仍發(fā)生快速乒乓切換，那么基本是由于兩個(gè)小區設置對方小區的切換門(mén)限都過(guò)低所致。研究結果表明，如果來(lái)回切換的頻率高于2秒一次，由于每次切換會(huì )造成50ms的業(yè)務(wù)數據中斷，對于話(huà)音等實(shí)時(shí)性要求高的業(yè)務(wù)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(wù)影響不明顯。乒乓切換一般來(lái)說(shuō)不是嚴重的問(wèn)題，但卻是經(jīng)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(mén)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的連接都沒(méi)有問(wèn)題。相比而言，過(guò)早、過(guò)晚、切換到錯誤小區是由于切換門(mén)限不合理，使得終端切換時(shí)機不對，發(fā)生切換動(dòng)作或者完成切換時(shí)與源小區或者目標小區的無(wú)線(xiàn)連接中斷，但由于其他相關(guān)小區覆蓋質(zhì)量良好，并沒(méi)有覆蓋空洞，終端很快完成無(wú)線(xiàn)連接重建。但這個(gè)過(guò)程的時(shí)間間隔可能是秒級的，因此仍有可能帶來(lái)掉話(huà)等嚴重故障。
過(guò)早、過(guò)晚切換是由于目標小區切換門(mén)限過(guò)低和過(guò)高所致。對應過(guò)早和過(guò)晚臨界切換門(mén)限之間的區間就是合理的移動(dòng)性?xún)?yōu)化范圍。頻內的負載均衡也可以通過(guò)調整切換門(mén)限值來(lái)引導用戶(hù)和負荷由高負荷小區遷移至低負荷小區，很顯然可調的門(mén)限區間就是移動(dòng)性?xún)?yōu)化允許的范圍。這個(gè)范圍對應相鄰小區的重覆蓋面積，在LTE中理論上大概相當于正常小區面積的15%，可操作的價(jià)值不是很大。愛(ài)立信更傾向于異頻或者異系統的負荷均衡方案，增益比較明顯。如下圖，一個(gè)終端從左至右移動(dòng)，M1、M2分別是接收到eNB1和eNB2的信號強度曲線(xiàn)，兩條曲線(xiàn)相交點(diǎn)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(xiàn)對應過(guò)早切換臨界，上面的虛線(xiàn)對應過(guò)晚切換臨界，兩線(xiàn)與M2相交點(diǎn)對應合理切換門(mén)限區間，也是頻內負載均衡MLB的可調范圍。
小區退服檢測和補償（COC）
無(wú)線(xiàn)小區退服是嚴重的網(wǎng)絡(luò )故障，輕則影響用戶(hù)的在線(xiàn)、接入等使用感受，重則中斷所有服務(wù)，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(yíng)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。災難發(fā)生以后如何快速有效地判斷問(wèn)題所在并實(shí)施補救是急需研究的課題。SON提出了自愈的概念，來(lái)研制小區退服相關(guān)的偵測和補救手段。
退服檢測就是要及時(shí)感知小區退服的發(fā)生和趨勢。對于快速退服，可以檢測X2連接的心跳，來(lái)判斷相鄰小區是否活著(zhù)。對于慢速退服，需要通過(guò)觀(guān)察小區性能指標，比如流量變化，參考歷史數據，判斷是否出現異常情況，從而產(chǎn)生告警通知OSS采取補救措施。
一旦出現退服，OSS會(huì )協(xié)調問(wèn)題基站周邊基站的扇區來(lái)補償退服的無(wú)線(xiàn)覆蓋。如下圖，參與補償的基站會(huì )調整下行發(fā)射功率、天線(xiàn)傾角等來(lái)補償退服區域，甚至調低上行信號接收門(mén)限變相地擴大該扇區覆蓋以接入更多退服區域的終端。當然，由于扇區的調整，會(huì )造成鄰區關(guān)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(lái)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(lèi)網(wǎng)絡(luò )的用戶(hù)可以遷移到其他網(wǎng)絡(luò )上，多層網(wǎng)絡(luò )可以互為保護。
展望
SON顯然已經(jīng)為網(wǎng)絡(luò )構建自動(dòng)化提供了大量的可用方案，但由于多數方案涉及范圍廣泛，需要協(xié)調和布局終端、網(wǎng)元、網(wǎng)管各個(gè)環(huán)節，才能有效地推動(dòng)整體方案的落實(shí)。不僅廠(chǎng)商，運營(yíng)商也應該成為技術(shù)革新的重要力量。
C114中國通信網(wǎng)
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