自組織網(wǎng)絡(luò )（SON）技術(shù)及標準化演進(jìn)

0前言

隨著(zhù)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(lái)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的爆炸式發(fā)展，新技術(shù)和新系統的出現對運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )建設及運營(yíng)維護提出了越來(lái)越高的要求。相比之前的無(wú)線(xiàn)通信系統，LTE系統可以提供更大的無(wú)線(xiàn)帶寬，提供更多數量和更高質(zhì)量的寬帶應用，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(xiàn)游戲等。對每個(gè)LTE運營(yíng)商而言，不得不面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰是如何選擇高效率且低成本的方式來(lái)提供這些新應用給用戶(hù)。所以，運營(yíng)商必須控制好LTE基礎設施建設的資本支出（CAPEX）和運營(yíng)LTE網(wǎng)絡(luò )相關(guān)的運營(yíng)支出（OPEX）。

為了幫助LTE運營(yíng)商更好地管理網(wǎng)絡(luò )中巨大數量并且可能來(lái)自不同設備廠(chǎng)家的基站，降低OPEX，自組織網(wǎng)絡(luò )（SON）的概念應運而生。電信運營(yíng)商期望的網(wǎng)絡(luò )是可以自配置、自運作以及自?xún)?yōu)化。對無(wú)線(xiàn)通信運營(yíng)商而言，則期望其基站網(wǎng)絡(luò )可以在沒(méi)有技術(shù)專(zhuān)家協(xié)助的情況下快速安裝基站和快速配置基站運行所需參數，可以快速且自動(dòng)發(fā)現鄰區，可以在網(wǎng)絡(luò )出現故障后自動(dòng)實(shí)現重配置，可以自動(dòng)優(yōu)化空口上的無(wú)線(xiàn)參數等。除此之外，運營(yíng)商們都期望傳輸和網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)之間可以實(shí)現自動(dòng)配置并達到互聯(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?xún)?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 )的前期規劃、中期運營(yíng)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(guò)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?xún)?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)調整優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )。

c）自愈合：實(shí)現自動(dòng)檢測、定位和去除故障。

d）自規劃：在容量擴展、業(yè)務(wù)檢測或優(yōu)化結果等觸發(fā)下，動(dòng)態(tài)地重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )規劃并執行。

2自組織網(wǎng)絡(luò )（SON）的標準化進(jìn)展

業(yè)界共識是SON可以被標準化為多廠(chǎng)家共用的解決方案，允許不同廠(chǎng)家的基站通過(guò)標準化接口實(shí)現互操作。但為保證不同廠(chǎng)家設備的獨特性和競爭性，SON相關(guān)的算法沒(méi)有必要標準化和統一。

在此思想的指導下，3GPP從R8就開(kāi)始對自組織網(wǎng)絡(luò )（SON）功能進(jìn)行研究和標準化，一直延續到R11中，未來(lái)在R12中可能繼續研究。在LTE討論的初期，推動(dòng)SON在3GPP進(jìn)行標準化的主要動(dòng)力是：越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò )參數和越來(lái)越復雜的網(wǎng)絡(luò )結構；無(wú)線(xiàn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )的快速演進(jìn)會(huì )直接導致2G、3G和LTE/EPC網(wǎng)絡(luò )并行運營(yíng)；基站數量的快速擴展需要在配置和管理時(shí)盡可能減少人工干預。

2.1 R8 SON

最早的自組織網(wǎng)絡(luò )（SON）工作是在3GPP中負責網(wǎng)絡(luò )管理標準的SA5工作組啟動(dòng)，首要工作是明確SON的概念和需求。在此基礎上，SA5開(kāi)展eNB的自動(dòng)建立和SON自動(dòng)鄰區關(guān)系（ANR）管理的標準化工作。

a）SON的概念和需求標準化項目（WI）由多個(gè)運營(yíng)商提議建立，TS32.500涵蓋了這個(gè)標準化項目的成果。這個(gè)WI明確了SON對OAM的要求，定義了SON在OAM系統中的架構，定義了自組織、自配置和自愈合的概念和E-UTRAN內以及建立2G/3G間的鄰小區關(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，其標準化結果最終體現在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(guò)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(wú)線(xiàn)參數和傳輸配置相關(guān)的數據。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)管中心報告檢查結果。

c）SON自動(dòng)鄰區關(guān)系（ANR）管理是另一個(gè)單獨的SA5 WI，實(shí)現LTE小區間和LTE小區和2G/3G小區間的鄰區關(guān)系的自動(dòng)建立。其最終標準化結果體現在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可以幫助運營(yíng)商減少對傳統手動(dòng)ANR配置和減少使用ANR配置的規劃工具的依賴(lài)。

2.2 R9 SON

3GPP SA5在R9中繼續對SON進(jìn)行研究和標準化，標準化項目包括SON自?xún)?yōu)化管理和自動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )配置數據準備，研究項目包括對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?xún)?yōu)化管理是SON的另一個(gè)重要功能，可以用于監測和分析網(wǎng)絡(luò )性能數據，必要時(shí)會(huì )自動(dòng)優(yōu)化受影響的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。通過(guò)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。R9階段的WI的工作目標主要包括負載均衡（LB）、切換參數優(yōu)化、干擾控制、容量和覆蓋優(yōu)化和RACH優(yōu)化。

b）自動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )配置數據準備是R8自配置功能中未完成工作需要在R9階段繼續的WI，是針對一個(gè)特殊場(chǎng)景提出的解決方案。當一個(gè)網(wǎng)元實(shí)體（小區或eNB）被加入到一個(gè)正在運營(yíng)的網(wǎng)絡(luò )中，由于依賴(lài)于正工作的網(wǎng)元實(shí)體，一些網(wǎng)絡(luò )配置參數無(wú)法提前設置。該WI可以創(chuàng )建和分發(fā)這些相互依賴(lài)的參數，使其能被傳遞給新加入的網(wǎng)元實(shí)體和正在運行的網(wǎng)元實(shí)體。這個(gè)功能徹底彌補和完善了自配置功能，使網(wǎng)元實(shí)體實(shí)現了真正的自動(dòng)建立。

c）自檢測和自愈合的研究是SON子項目之一，主要用于系統自動(dòng)檢測故障，在發(fā)現問(wèn)題后可以減輕甚至解決這些問(wèn)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)標準化和研究工作外，RAN2和RAN3工作組也相應啟動(dòng)了無(wú)線(xiàn)側R9 SON WI.RAN側的WI主要針對已經(jīng)明確的SON用例提出無(wú)線(xiàn)側技術(shù)解決方案并標準化，這些SON用例包括覆蓋和容量?jì)?yōu)化、移動(dòng)負載平衡優(yōu)化（MLB）、移動(dòng)健壯性?xún)?yōu)化（MRO）和RACH優(yōu)化。

最小化路測（MDT）在R9中從一個(gè)研究項目啟動(dòng)，由RAN2領(lǐng)導。盡管MDT獨立于SON在3GPP RAN進(jìn)行研究和標準化，但對運營(yíng)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。傳統的人工開(kāi)車(chē)測量來(lái)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域等缺點(diǎn)。而現實(shí)中，因覆蓋不好而導致連接失敗，用戶(hù)經(jīng)常投訴的這些覆蓋不好的地理位置常常是車(chē)輛根本無(wú)法到達的地方。MDT主要研究由網(wǎng)絡(luò )配置的UE自動(dòng)收集路測相關(guān)數據、記錄數據并上報測量數據給網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)自動(dòng)收集MDT測量數據，可以最小化的減輕運營(yíng)商依賴(lài)人工過(guò)程監測和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)減少CO2的排放和減少對環(huán)境的污染。

2.3 R10 SON

進(jìn)入R10階段，在R9自愈合研究的基礎上，SA5啟動(dòng)了自愈合管理（SH）的標準化工作。自愈合功能包括監測和分析故障管理、告警、通知和自測結果等相關(guān)數據，自動(dòng)觸發(fā)或執行必要的矯正行為。該功能也可以減少人工干預，實(shí)現重新優(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側工作負荷過(guò)重，SON在RAN側和SA5側的標準化工作都只完成了屬于第一優(yōu)先級的負載均衡和切換參數優(yōu)化兩部分內容。在R10階段，SA5的SON標準化工作包括兩部分，第一部分是繼續進(jìn)行R9 SON自?xún)?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、自相關(guān)用例和其他SON用例之間的協(xié)調、不同自相關(guān)用例之間的協(xié)調和一個(gè)自相關(guān)用例內不同目標之間的協(xié)調。

同時(shí)，在RAN的工作層面，RAN3、RAN2和RAN4也在R10階段繼續R9遺留的工作。為避免同樣問(wèn)題出現，即由于工作量過(guò)大而無(wú)法完成全部預定目標，RAN側工作組對每一個(gè)目標都設置了優(yōu)先級，以保證高優(yōu)先級的目標能得到充足時(shí)間被優(yōu)先討論。

a）覆蓋和容量?jì)?yōu)化（CCO），用于檢測覆蓋問(wèn)題和容量問(wèn)題。其中覆蓋問(wèn)題為第一優(yōu)先級，容量問(wèn)題為第二優(yōu)先級。

b）移動(dòng)健壯性?xún)?yōu)化（MRO）增強，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，從UMTS/GSM到LTE的切換用例為第二優(yōu)先級。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(wèn)題、inter-RAT環(huán)境下激活模式UE的乒乓切換問(wèn)題和切換到錯誤小區的短停留等問(wèn)題。

c）移動(dòng)負載均衡（MLB）增強，其用例包括改善在LTE內的MLB可靠性和inter-RAT場(chǎng)景下MLB的功能。

在R9最小化路測（MDT）研究結果的基礎上，RAN全會(huì )決定啟動(dòng)基于信令架構方案的最小化路測MDT的標準化，由RAN2領(lǐng)導此WI，優(yōu)先討論覆蓋優(yōu)化用例。設計MDT方案時(shí)考慮了實(shí)時(shí)測量和非實(shí)時(shí)測量?jì)煞N方式以及各自如何上報，明確MDT測量的啟動(dòng)要通過(guò)RRC信令配置，明確MDT測量結果要通過(guò)RRC信令上報，而上報的數據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)先級工作。為此RAN建立了新的R11工作項目（WI）：進(jìn)一步的SON增強。其增強的范圍主要包括移動(dòng)健壯性（MRO）增強和inter-RAT場(chǎng)景下乒乓切換，也考慮基于不同RAT之間的QoS信息交換來(lái)選擇正確RAT、擴展UMTS和LTE之間的ANR機制、MRO和其他業(yè)務(wù)控制機制之間的更多協(xié)調等。

同時(shí)根據運營(yíng)商的需求，RAN2工作組在R11中繼續研究MDT的增強功能，重點(diǎn)集中在覆蓋優(yōu)化和QoS驗證兩個(gè)用例。對于覆蓋優(yōu)化議題，研究重點(diǎn)是增強測量紀錄和報告，例如：通過(guò)減少UE側無(wú)用測量的數量來(lái)減少UE電量消耗，研究增強的上行覆蓋優(yōu)化和公共信道的覆蓋優(yōu)化等。對于QoS驗證，主要研究QoS相關(guān)的測量紀錄和報告。

2.5 R12 SON

目前R11工作尚未結束，在各種場(chǎng)合已經(jīng)開(kāi)始對R12的相關(guān)立項展開(kāi)熱烈討論。SON更多增強依舊是R12立項的一個(gè)熱門(mén)話(huà)題。

R12中SON的更多增強對于一些已經(jīng)存在的功能相互之間互操作很必要，對于R12中應考慮的新功能和新配置也很必要。目前業(yè)界共識是R12階段需要繼續完成R11遺留的工作。例如R11增強的MRO已經(jīng)實(shí)現了辨析是何種類(lèi)型UE發(fā)生了鏈路失敗，對于其他SON用例如MLB也可以有類(lèi)似增強。

在考慮重要性和工作量的情況下，R12可以考慮繼續研究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增強，包括定義場(chǎng)景、小小區概念和需求。SON在部署小小區的成本和復雜性最小化上可以提供幫助。網(wǎng)絡(luò )規劃的投入應當最小化，網(wǎng)絡(luò )配置的投入包括節點(diǎn)的ID管理和鄰區配置、網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化的投入（移動(dòng)健壯性、負載均衡和節能等）應當自動(dòng)完成，這些都需要借助SON.所以為宏小區場(chǎng)景定義的自?xún)?yōu)化和自配置等功能也可以用于異構網(wǎng)場(chǎng)景的小小區部署中。

同時(shí)，本地接入和異構網(wǎng)部署引入了新的網(wǎng)絡(luò )配置規模。當前的網(wǎng)絡(luò )（宏小區/微小區/家庭基站）各層之間的帶寬分配都是靜態(tài)方式，通過(guò)人工的網(wǎng)絡(luò )規劃來(lái)完成分配。而給已存在的層中自動(dòng)增加新小區以及給各層動(dòng)態(tài)分配帶寬可以幫助運營(yíng)商快速并便宜的部署多層網(wǎng)絡(luò )。

有源天線(xiàn)可以創(chuàng )建多個(gè)垂直和水平波束來(lái)實(shí)現動(dòng)態(tài)波束調度。根據實(shí)際業(yè)務(wù)混合、業(yè)務(wù)位置和用戶(hù)要求，使用動(dòng)態(tài)波束調度可以精確地控制容量分布。SON可以通過(guò)有源天線(xiàn)的配置和優(yōu)化來(lái)自動(dòng)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )配置。

由上可知，在R12中SON更多增強可以包括UE分組或UE類(lèi)型、小小區增強、借助有源天線(xiàn)的動(dòng)態(tài)調度以及異構網(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(lèi)型數據的QoS驗證，R12工作可以繼續完成R11的QoS的既定目標，研究GBR業(yè)務(wù)的用戶(hù)體驗檢測并反映體驗質(zhì)量。同時(shí)MDT也可以配合小小區增強的議題，討論在該場(chǎng)景下MDT可以起到的作用。對于是否會(huì )在R12中繼續開(kāi)展MDT的工作，目前尚無(wú)統一認識和定論，但總的來(lái)說(shuō)，上述方向也都可以從研究課題做起。

當然，除了這些可能的R12 SON和MDT增強的技術(shù)點(diǎn)，如果運營(yíng)商提出新的需求，出現了新的SON和MDT用例，我們相信這些都有可能在R12中被評估和研究，而SON和MDT的工作也會(huì )繼續進(jìn)行下去。

3結束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)使用自組織網(wǎng)絡(luò )SON和MDT功能，運營(yíng)商可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )規劃、配置和優(yōu)化過(guò)程的自動(dòng)化，可以極大減輕運營(yíng)商對人工的需求，從而可以大大降低運營(yíng)商的OPEX.從3GPP標準化過(guò)程看，從R8開(kāi)始一直持續到R11，自組織網(wǎng)絡(luò )SON和MDT在3GPP的標準化工作一直是運營(yíng)商和業(yè)界的寵兒，由運營(yíng)商需求和實(shí)際用例在不斷驅動(dòng)。在可預見(jiàn)的未來(lái)，伴隨新需求出現和更多實(shí)際用例被明確，SON和MDT技術(shù)會(huì )將繼續保持為業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)，在3GPP未來(lái)的版本中不斷推進(jìn)其技術(shù)研究和標準化。