4G新技術(shù)—LTE SON

在未來的網(wǎng)絡(luò)中，由于不同的網(wǎng)絡(luò)共存，網(wǎng)絡(luò)將變得更加復(fù)雜，大量無線參數(shù)和數(shù)據(jù)將使網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員的工作量大幅提高，而運(yùn)營商希望降低運(yùn)營成本及人工干預(yù)。于是在這一背景下，EUTRAN系統(tǒng)的SON(自組織網(wǎng)絡(luò))特性被作為3GPP的重要研究方向。

??? 運(yùn)營商對(duì)SON的需求漸增

??? SON是在LTE的網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化階段由移動(dòng)運(yùn)營商主導(dǎo)提出的概念，其主要思路是實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的一些自主功能，減少人工參與，降低運(yùn)營成本。

??? NGMN中的移動(dòng)運(yùn)營商對(duì)SON的部署有強(qiáng)烈的需求，于是紛紛投入SON需求的研究，發(fā)布有關(guān)SON的白皮書和建議書。3GPP也在重點(diǎn)研究SON和當(dāng)前電信管理網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方案。歐盟也在進(jìn)行兩個(gè)相關(guān)項(xiàng)目，一個(gè)主要由歐洲主要運(yùn)營商、設(shè)備商共同承擔(dān)，從SON的技術(shù)方案、實(shí)現(xiàn)方法及驗(yàn)證平臺(tái)入手，研究SON對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維產(chǎn)生的影響；另一項(xiàng)目是利用感知無線電和分布式感知原理進(jìn)行前沿重點(diǎn)研究。

??? 3GPP確定接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要由演進(jìn)型eNodeB和接入網(wǎng)關(guān)（AGW）構(gòu)成。eNodeB由R6階段的NodeB、RNC、SGSN、GGSN四個(gè)主要網(wǎng)元演進(jìn)而來，eNodeB之間通過X2接口采用網(wǎng)格（mesh）方式互連，同時(shí)還建議當(dāng)某eNodeB需要同其它eNodeB通信時(shí)，這個(gè)接口總是存在，支持處于LTE_ACTIVE狀態(tài)下手機(jī)的切換。E-NodeB與AGW之間的接口稱為S1接口，S1接口支持多對(duì)多的AGWs和eNodeB連接關(guān)系，eNodeB通過S1接口與EPC（EvolvedPacketCore）連接。3GPP EPS（Evolved Packet System）的結(jié)構(gòu)中包含了X2和S1接口（圖1），因此SON可以通過上述接口來完成。

圖1 3GPP EPS結(jié)構(gòu)圖

??? SON的四大功能

??? LTE系統(tǒng)中的SON功能與ad-hoc自組織網(wǎng)絡(luò)有很大差別。Adhoc網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點(diǎn)的地位平等，無需設(shè)置中心控制結(jié)點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)不僅具有普通移動(dòng)終端所需的功能，而且具有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)能力。與普通的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)相比，ad-hoc具有無中心、自組織、多跳路由、動(dòng)態(tài)拓?fù)渌拇筇攸c(diǎn)，這使其在體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)組織、協(xié)議設(shè)計(jì)等方面與普通的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)和固定通信網(wǎng)有顯著區(qū)別。

??? 而SON具有下述四大功能。

??? 自配置：eNodeB即插即入、自動(dòng)安裝軟件、自動(dòng)配置無線參數(shù)和傳輸參數(shù)、自動(dòng)檢測(cè)、鄰接關(guān)系的自動(dòng)管理等。自配制能減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)開通中工程師重復(fù)手動(dòng)配制參數(shù)的過程，減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度和成本。

??? 自優(yōu)化：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀況，自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，可以分為兩個(gè)方面，其一為無線參數(shù)優(yōu)化，如發(fā)射功率、切換門限、小區(qū)個(gè)性偏移等；其二為機(jī)械和物理優(yōu)化，如天線方向和下傾、天線位置、補(bǔ)點(diǎn)等。自優(yōu)化只能部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。自優(yōu)化包括覆蓋與容量優(yōu)化、節(jié)能、PCI自配置、移動(dòng)健壯性優(yōu)化、移動(dòng)負(fù)荷均衡優(yōu)化、RACH優(yōu)化、自動(dòng)鄰區(qū)關(guān)系、小區(qū)內(nèi)干擾協(xié)調(diào)等。

??? 自治愈：通過自動(dòng)告警關(guān)聯(lián)發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)隔離和恢復(fù)。

??? 自規(guī)劃：動(dòng)態(tài)地自動(dòng)重計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，如系統(tǒng)擴(kuò)容時(shí)的站點(diǎn)規(guī)劃和無線參數(shù)配置。

??? SON的三大架構(gòu)

??? SON的架構(gòu)分集中式、分布式和混合式三種，三種架構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，不同的用例采用的架構(gòu)不同，現(xiàn)在多數(shù)用例傾向采用混合式架構(gòu)。

??? 集中式目前主要在網(wǎng)管系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，分布式是通過SON分布式來實(shí)現(xiàn)。二者各有優(yōu)缺點(diǎn)：集中式的優(yōu)點(diǎn)是控制范圍較大、互相沖突較小，缺點(diǎn)是速度較慢、算法復(fù)雜；分布式與其相反，可以達(dá)到更高的效率和速度，且網(wǎng)絡(luò)的可拓展性較好，但缺點(diǎn)是彼此間難協(xié)調(diào)。混合式可結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是其設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜（圖2）。

?圖2 SON的三大架構(gòu)示意圖

??? LTE SON標(biāo)準(zhǔn)研究最新進(jìn)展

??? 關(guān)于LTE SON的標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)，3GPP設(shè)置了4個(gè)技術(shù)專家組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)制定，分別進(jìn)行GERAN（GSM和EDGE無線接入網(wǎng)）、RAN（無線接入網(wǎng)）、SA（業(yè)務(wù)與系統(tǒng)方面）、CT（核心網(wǎng)與終端）的研究。

??? 其中SA5工作組的研究原則是與3G體系架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)發(fā)展保持同步，研究與之相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理框架和管理需求。2008年4月21日至25日，3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織SA5工作組在成都召開SA5#59會(huì)議，決定成立SON子工作組，專門討論SON相關(guān)議題（eNB自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、自動(dòng)安裝、自動(dòng)配置、自動(dòng)優(yōu)化和自動(dòng)恢復(fù)等）。運(yùn)營商如沃達(dá)豐、T-Mobile要求盡快完成標(biāo)準(zhǔn)制定。

??? RAN3主要討論SON的相關(guān)用例需求和解決方案，定義X2/S1的接口部分。RAN3在今年需完成四個(gè)主要用例研究，分別是覆蓋與容量優(yōu)化、移動(dòng)健壯性優(yōu)化、移動(dòng)負(fù)荷均衡優(yōu)化和RACH優(yōu)化。

??? 挑戰(zhàn)

??? 無線系統(tǒng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，僅3G系統(tǒng)的性能指標(biāo)就有幾千個(gè)，配置參數(shù)也有上千個(gè)，這么多輸入輸出的系統(tǒng)，要想進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化非常困難，需要使用許多高級(jí)數(shù)學(xué)理論才能達(dá)到效果，因此業(yè)界需要研究一個(gè)適宜的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。中國三家運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、覆蓋廣，可采用分布式SON架構(gòu)，因?yàn)槠漤憫?yīng)速度快、擴(kuò)展性好，可減少其對(duì)網(wǎng)管系統(tǒng)的依賴。

標(biāo)準(zhǔn)方面，SON在未來要支持開放的接口及互聯(lián)互通，支持多廠商SON功能的互聯(lián)。

??? 算法方面，業(yè)界需進(jìn)一步研究SON的算法，使其更加高效、收斂速度更快。此外由于某個(gè)參數(shù)的調(diào)整會(huì)影響到其它相關(guān)性能，因此需進(jìn)一步評(píng)估其產(chǎn)生的增益以使運(yùn)營商可以了解SON的相關(guān)功能是否真正起到作用或帶來其它負(fù)面效果。

??? 另外，目前人們對(duì)SON的研究領(lǐng)域較少，主要集中在自配置和自優(yōu)化，未來需進(jìn)行更多用例方面的研究，如保證用戶的QOS、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化等。

??? 最后，終端最貼近用戶需求，網(wǎng)絡(luò)能夠直接反應(yīng)用戶感受，終端的反饋也能為網(wǎng)絡(luò)提供問題檢測(cè)及跟蹤能力。因此網(wǎng)絡(luò)與終端廠商需共同參與SON的研究，以達(dá)到最佳效果，