自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化演進

0前言

隨著LTE寬帶移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，移動通信產(chǎn)業(yè)迎來了移動互聯(lián)網(wǎng)時代的爆炸式發(fā)展，新技術(shù)和新系統(tǒng)的出現(xiàn)對運營商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及運營維護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：高帶寬需求的移動視頻業(yè)務(wù)和高時延要求的在線游戲等。對每個LTE運營商而言，不得不面臨的一個關(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）和運營LTE網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的運營支出（OPEX）。

為了幫助LTE運營商更好地管理網(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)運而生。電信運營商期望的網(wǎng)絡(luò)是可以自配置、自運作以及自優(yōu)化。對無線通信運營商而言，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行所需參數(shù)，可以快速且自動發(fā)現(xiàn)鄰區(qū)，可以在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障后自動實現(xiàn)重配置，可以自動優(yōu)化空口上的無線參數(shù)等。除此之外，運營商們都期望傳輸和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間可以實現(xiàn)自動配置并達(dá)到互聯(lián)互通，可以自動選擇業(yè)務(wù)的QoS并自動優(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會支撐整個通信網(wǎng)絡(luò)的前期規(guī)劃、中期運營和后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，完全貫穿一個通信網(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：通過自動連接和自動配置，新基站可以自動整合到網(wǎng)絡(luò)中，自動建立與核心網(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)管理層面上自動調(diào)整優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。

c）自愈合：實現(xiàn)自動檢測、定位和去除故障。

d）自規(guī)劃：在容量擴展、業(yè)務(wù)檢測或優(yōu)化結(jié)果等觸發(fā)下，動態(tài)地重新進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并執(zhí)行。

2自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）的標(biāo)準(zhǔn)化進展

業(yè)界共識是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)化接口實現(xiàn)互操作。但為保證不同廠家設(shè)備的獨特性和競爭性，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就開始對自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）功能進行研究和標(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SON在3GPP進行標(biāo)準(zhǔn)化的主要動力是：越來越多的網(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)的快速演進會直接導(dǎo)致2G、3G和LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)并行運營；基站數(shù)量的快速擴展需要在配置和管理時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，首要工作是明確SON的概念和需求。在此基礎(chǔ)上，SA5開展eNB的自動建立和SON自動鄰區(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)化項目（WI）由多個運營商提議建立，TS32.500涵蓋了這個標(biāo)準(zhǔn)化項目的成果。這個WI明確了SON對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WI，一個新eNB在進入網(wǎng)絡(luò)時可以自動建立eNB和網(wǎng)元管理（EM）之間IP連接，可以自動下載軟件，自動下載無線參數(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(jié)果。

c）SON自動鄰區(qū)關(guān)系（ANR）管理是另一個單獨的SA5 WI，實現(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WI可以幫助運營商減少對傳統(tǒng)手動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SON進行研究和標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化項目包括SON自優(yōu)化管理和自動無線網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)準(zhǔn)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自優(yōu)化管理是SON的另一個重要功能，可以用于監(jiān)測和分析網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)，必要時會自動優(yōu)化受影響的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。通過自動重新優(yōu)化、自動重新配置、甚至軟件自動重新下載和自動加載，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，是針對一個特殊場景提出的解決方案。當(dāng)一個網(wǎng)元實體（小區(qū)或eNB）被加入到一個正在運營的網(wǎng)絡(luò)中，由于依賴于正工作的網(wǎng)元實體，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)元實體和正在運行的網(wǎng)元實體。這個功能徹底彌補和完善了自配置功能，使網(wǎng)元實體實現(xiàn)了真正的自動建立。

c）自檢測和自愈合的研究是SON子項目之一，主要用于系統(tǒng)自動檢測故障，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家庭基站，研究受影響的各個實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)啟動了無線側(cè)R9 SON WI.RAN側(cè)的WI主要針對已經(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、移動負(fù)載平衡優(yōu)化（MLB）、移動健壯性優(yōu)化（MRO）和RACH優(yōu)化。

最小化路測（MDT）在R9中從一個研究項目啟動，由RAN2領(lǐng)導(dǎo)。盡管MDT獨立于SON在3GPP RAN進行研究和標(biāo)準(zhǔn)化，但對運營商而言MDT和SON都是自動有效管理網(wǎng)絡(luò)的自動化工具。傳統(tǒng)的人工開車測量來進行網(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。而現(xiàn)實中，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自動收集路測相關(guān)數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)并上報測量數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)。通過自動收集MDT測量數(shù)據(jù)，可以最小化的減輕運營商依賴人工過程監(jiān)測和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，同時減少CO2的排放和減少對環(huán)境的污染。

2.3 R10 SON

進入R10階段，在R9自愈合研究的基礎(chǔ)上，SA5啟動了自愈合管理（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)，實現(xiàn)重新優(yōu)化和重新配置自動進行，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SON用例之間協(xié)調(diào)功能工作，包括手動操作和自動操作功能之間的協(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)和一個自相關(guān)用例內(nèi)不同目標(biāo)之間的協(xié)調(diào)。

同時，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)工作組對每一個目標(biāo)都設(shè)置了優(yōu)先級，以保證高優(yōu)先級的目標(biāo)能得到充足時間被優(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，容量問題為第二優(yōu)先級。

b）移動健壯性優(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的乒乓切換問題、inter-RAT環(huán)境下激活模式UE的乒乓切換問題和切換到錯誤小區(qū)的短停留等問題。

c）移動負(fù)載均衡（MLB）增強，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全會決定啟動基于信令架構(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MDT方案時考慮了實時測量和非實時測量兩種方式以及各自如何上報，明確MDT測量的啟動要通過RRC信令配置，明確MDT測量結(jié)果要通過RRC信令上報，而上報的數(shù)據(jù)中可以攜帶可用的位置信息和時間信息。

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）：進一步的SON增強。其增強的范圍主要包括移動健壯性（MRO）增強和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(diào)等。

同時根據(jù)運營商的需求，RAN2工作組在R11中繼續(xù)研究MDT的增強功能，重點集中在覆蓋優(yōu)化和QoS驗證兩個用例。對于覆蓋優(yōu)化議題，研究重點是增強測量紀(jì)錄和報告，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(jì)錄和報告。

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R12的相關(guān)立項展開熱烈討論。SON更多增強依舊是R12立項的一個熱門話題。

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(yīng)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(xù)完成R11遺留的工作。例如R11增強的MRO已經(jīng)實現(xiàn)了辨析是何種類型UE發(fā)生了鏈路失敗，對于其他SON用例如MLB也可以有類似增強。

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，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)點的ID管理和鄰區(qū)配置、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的投入（移動健壯性、負(fù)載均衡和節(jié)能等）應(yīng)當(dāng)自動完成，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，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增加新小區(qū)以及給各層動態(tài)分配帶寬可以幫助運營商快速并便宜的部署多層網(wǎng)絡(luò)。

有源天線可以創(chuàng)建多個垂直和水平波束來實現(xiàn)動態(tài)波束調(diào)度。根據(jù)實際業(yè)務(wù)混合、業(yè)務(wù)位置和用戶要求，使用動態(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)化來自動實現(xiàn)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類型、小小區(qū)增強、借助有源天線的動態(tài)調(diào)度以及異構(gòu)網(wǎng)不同層之間的動態(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)的用戶體驗檢測并反映體驗質(zhì)量。同時MDT也可以配合小小區(qū)增強的議題，討論在該場景下MDT可以起到的作用。對于是否會在R12中繼續(xù)開展MDT的工作，目前尚無統(tǒng)一認(rèn)識和定論，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增強的技術(shù)點，如果運營商提出新的需求，出現(xiàn)了新的SON和MDT用例，我們相信這些都有可能在R12中被評估和研究，而SON和MDT的工作也會繼續(xù)進行下去。

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，運營商可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、配置和優(yōu)化過程的自動化，可以極大減輕運營商對人工的需求，從而可以大大降低運營商的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)化工作一直是運營商和業(yè)界的寵兒，由運營商需求和實際用例在不斷驅(qū)動。在可預(yù)見的未來，伴隨新需求出現(xiàn)和更多實際用例被明確，SON和MDT技術(shù)會將繼續(xù)保持為業(yè)界關(guān)注的重點，在3GPP未來的版本中不斷推進其技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化。