自組織網絡（SON）技術及標準化演進

0前言

隨著LTE寬帶移動通信技術的快速發(fā)展，移動通信產業(yè)迎來了移動互聯(lián)網時代的爆炸式發(fā)展，新技術和新系統(tǒng)的出現(xiàn)對運營商的網絡建設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，提供更多數量和更高質量的寬帶應用，例如：高帶寬需求的移動視頻業(yè)務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用給用戶。所以，運營商必須控制好LTE基礎設施建設的資本支出（CAPEX）和運營LTE網絡相關的運營支出（OPEX）。

為了幫助LTE運營商更好地管理網絡中巨大數量并且可能來自不同設備廠家的基站，降低OPEX，自組織網絡（SON）的概念應運而生。電信運營商期望的網絡是可以自配置、自運作以及自優(yōu)化。對無線通信運營商而言，則期望其基站網絡可以在沒有技術專家協(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，可以快速且自動發(fā)現(xiàn)鄰區(qū)，可以在網絡出現(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等。除此之外，運營商們都期望傳輸和網絡節(jié)點之間可以實現(xiàn)自動配置并達到互聯(lián)互通，可以自動選擇業(yè)務的QoS并自動優(yōu)化。所有上述功能都屬于自優(yōu)化網絡（SON）的范疇，因此SON會支撐整個通信網絡的前期規(guī)劃、中期運營和后期網絡優(yōu)化，完全貫穿一個通信網絡的全部生命周期。

1自組織網絡（SON）功能

自組織網絡主要包括以下功能。

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絡中，自動建立與核心網之間（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/或網絡管理層面上自動調整優(yōu)化網絡。

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)務檢測或優(yōu)化結果等觸發(fā)下，動態(tài)地重新進行網絡規(guī)劃并執(zhí)行。

2自組織網絡（SON）的標準化進展

業(yè)界共識是SON可以被標準化為多廠家共用的解決方案，允許不同廠家的基站通過標準化接口實現(xiàn)互操作。但為保證不同廠家設備的獨特性和競爭性，SON相關的算法沒有必要標準化和統(tǒng)一。

在此思想的指導下，3GPP從R8就開始對自組織網絡（SON）功能進行研究和標準化，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進行標準化的主要動力是：越來越多的網絡參數和越來越復雜的網絡結構；無線技術和網絡的快速演進會直接導致2G、3G和LTE/EPC網絡并行運營；基站數量的快速擴展需要在配置和管理時盡可能減少人工干預。

2.1 R8 SON

最早的自組織網絡（SON）工作是在3GPP中負責網絡管理標準的SA5工作組啟動，首要工作是明確SON的概念和需求。在此基礎上，SA5開展eNB的自動建立和SON自動鄰區(qū)關系（ANR）管理的標準化工作。

a）SON的概念和需求標準化項目（WI）由多個運營商提議建立，TS32.500涵蓋了這個標準化項目的成果。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，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(qū)關系，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，其標準化結果最終體現(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在進入網絡時可以自動建立eNB和網元管理（EM）之間IP連接，可以自動下載軟件，自動下載無線參數和傳輸配置相關的數據。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)并給網管中心報告檢查結果。

c）SON自動鄰區(qū)關系（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)關系的自動建立。其最終標準化結果體現(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進行研究和標準化，標準化項目包括SON自優(yōu)化管理和自動無線網絡配置數據準備，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)測和分析網絡性能數據，必要時會自動優(yōu)化受影響的網絡節(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。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）自動無線網絡配置數據準備是R8自配置功能中未完成工作需要在R9階段繼續(xù)的WI，是針對一個特殊場景提出的解決方案。當一個網元實體（小區(qū)或eNB）被加入到一個正在運營的網絡中，由于依賴于正工作的網元實體，一些網絡配置參數無法提前設置。該WI可以創(chuàng)建和分發(fā)這些相互依賴的參數，使其能被傳遞給新加入的網元實體和正在運行的網元實體。這個功能徹底彌補和完善了自配置功能，使網元實體實現(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網元之間的接口、OAM網元和NodeB之間接口、NodeB之間的接口和UE與NodeB之間的接口。

除了SA5的相關標準化和研究工作外，RAN2和RAN3工作組也相應啟動了無線側R9 SON WI.RAN側的WI主要針對已經明確的SON用例提出無線側技術解決方案并標準化，這些SON用例包括覆蓋和容量優(yōu)化、移動負載平衡優(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領導。盡管MDT獨立于SON在3GPP RAN進行研究和標準化，但對運營商而言MDT和SON都是自動有效管理網絡的自動化工具。傳統(tǒng)的人工開車測量來進行網絡優(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，因覆蓋不好而導致連接失敗，用戶經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的地方。MDT主要研究由網絡配置的UE自動收集路測相關數據、記錄數據并上報測量數據給網絡。通過自動收集MDT測量數據，可以最小化的減輕運營商依賴人工過程監(jiān)測和優(yōu)化網絡，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自愈合研究的基礎上，SA5啟動了自愈合管理（SH）的標準化工作。自愈合功能包括監(jiān)測和分析故障管理、告警、通知和自測結果等相關數據，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，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側工作負荷過重，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(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)調功能工作，包括手動操作和自動操作功能之間的協(xié)調、自相關用例和其他SON用例之間的協(xié)調、不同自相關用例之間的協(xié)調和一個自相關用例內不同目標之間的協(xié)調。

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定目標，RAN側工作組對每一個目標都設置了優(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全會決定啟動基于信令架構方案的最小化路測MDT的標準化，由RAN2領導此WI，優(yōu)先討論覆蓋優(yōu)化用例。設計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測量結果要通過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)務控制機制之間的更多協(xié)調等。

同時根據運營商的需求，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錄和報告，例如：通過減少UE側無用測量的數量來減少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，在各種場合已經開始對R12的相關立項展開熱烈討論。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(xù)完成R11遺留的工作。例如R11增強的MRO已經實現(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)的成本和復雜性最小化上可以提供幫助。網絡規(guī)劃的投入應當最小化，網絡配置的投入包括節(jié)點的ID管理和鄰區(qū)配置、網絡優(yōu)化的投入（移動健壯性、負載均衡和節(jié)能等）應當自動完成，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網場景的小小區(qū)部署中。

同時，本地接入和異構網部署引入了新的網絡配置規(guī)模。當前的網絡（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，通過人工的網絡規(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絡。

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)波束調度。根據實際業(yè)務混合、業(yè)務位置和用戶要求，使用動態(tài)波束調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)網絡配置。

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)調度以及異構網不同層之間的動態(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類型數據的QoS驗證，R12工作可以繼續(xù)完成R11的QoS的既定目標，研究GBR業(yè)務的用戶體驗檢測并反映體驗質量。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。

當然，除了這些可能的R12 SON和MDT增強的技術點，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結束語

綜上所述，通過使用自組織網絡SON和MDT功能，運營商可以實現(xiàn)網絡規(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標準化過程看，從R8開始一直持續(xù)到R11，自組織網絡SON和MDT在3GPP的標準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動。在可預見的未來，伴隨新需求出現(xiàn)和更多實際用例被明確，SON和MDT技術會將繼續(xù)保持為業(yè)界關注的重點，在3GPP未來的版本中不斷推進其技術研究和標準化。