關(guān)于LTE信令監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的探討

孟肖京

【摘要】 隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)逐漸改變著人類的生產(chǎn)、生活方式，對網(wǎng)絡(luò)的依賴程度也越來越高，尤其是電信市場的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求更是非常龐大，無線網(wǎng)絡(luò)逐步形成了2G、3G、WLAN以及LTE的多網(wǎng)絡(luò)共存的格局，而且LTE長期的演化還在不斷進(jìn)行，4G時代已經(jīng)來臨。網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度的增加使得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量成為電信運營商搶占市場和用戶的關(guān)鍵力量，而信令網(wǎng)作為電信網(wǎng)的重要支撐在保證網(wǎng)間互通的可靠性、安全性、穩(wěn)定性發(fā)揮著不可替代的作用，但是信令的復(fù)雜程度和業(yè)務(wù)量的不斷增加使得被動維護(hù)的方式已經(jīng)不能滿足需求。在這樣的背景下，通過LTE信令監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對信令的集中管理和實時監(jiān)測對于未來LTE新系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的部署和應(yīng)用，提高運行維護(hù)效率是非常具有價值的。本文主要概述了LTE網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及其信令監(jiān)測的發(fā)展，分析了LTE信令監(jiān)測系統(tǒng)的信令采集方法，在此基礎(chǔ)上提出了建設(shè)LTE信令監(jiān)測系統(tǒng)的體系架構(gòu)，最后歸納了LTE信令監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)勢，并對全文進(jìn)行總結(jié)，希望能夠?qū)罄m(xù)的建設(shè)工作有一定的理論意義。

【關(guān)鍵字】 LTE 信令監(jiān)測系統(tǒng)

一、 引言

LTE （Long Term Evolution，長期演進(jìn)）是一種新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是在3GPP項目上改進(jìn)增加了空中接入技術(shù)，以O(shè)FDM/ MIMO為核心標(biāo)準(zhǔn)，代表著未來全數(shù)據(jù)時代通信技術(shù)的發(fā)展趨勢和平滑演進(jìn)的需求。據(jù)全球移動供應(yīng)商協(xié)會（GSA）的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在今年第一季度，全球LTE用戶數(shù)增長了1.24億，相比之下，3G/WCDMA/HSPA用戶增長為7790萬，2G用戶則下降了1億。截至今年3月底，全球LTE用戶總數(shù)達(dá)到6.35億，年增長率達(dá)到151.4%。

但是隨著LTE網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的井噴式增長，網(wǎng)絡(luò)承受著海量數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)，也逐步暴露出很多問題，如LTE終端上無任何信號，包括2G、3G信號，引起大量投訴，平均丟包率還處于較高水平。

因此在當(dāng)今越來越以客戶感知為目標(biāo)的營銷理念下，網(wǎng)絡(luò)運維管理也是逐步面向客戶和面向業(yè)務(wù)，LTE網(wǎng)絡(luò)精細(xì)化集中管理將是未來網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保證的重心。網(wǎng)絡(luò)信令的任務(wù)就是將核心網(wǎng)上的各個網(wǎng)元間通信數(shù)據(jù)流量完全的鏡像到您的信令監(jiān)測分析系統(tǒng)，對信令數(shù)據(jù)進(jìn)行還原與分析，從而大大提高對網(wǎng)絡(luò)性能分析的準(zhǔn)確性和及時性，并且可以對用戶行為進(jìn)行感知，為運營商的提供重要的業(yè)務(wù)支撐，信令監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)將會在運維成本、客戶挖掘、業(yè)務(wù)挖掘、平滑擴容、靈活配置方面帶來明顯的優(yōu)勢。

二、LTE信令監(jiān)測系統(tǒng)體系

2.1 需求分析

信令是通信網(wǎng)絡(luò)中的一個標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，由于網(wǎng)絡(luò)端到端存在大量的種類的設(shè)備，因此，國際組織制定了針對設(shè)備對接和開展業(yè)務(wù)的統(tǒng)一規(guī)范。信令中存儲著大量的控制信息、網(wǎng)絡(luò)性能信息以及管理信息，通過采集信令并合理分析就可以對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量作出正確評估，并且可以像“神經(jīng)網(wǎng)”一樣提前感知客戶業(yè)務(wù)運行狀態(tài)。目前通信網(wǎng)絡(luò)的運行主要依靠信令的控制來實現(xiàn)。

隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步扁平化的發(fā)展和演進(jìn)，LTE所代表的4G網(wǎng)絡(luò)市場規(guī)模越來越大。但是LTE引入后的各個階段過程中也發(fā)現(xiàn)了很多問題，比如LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的穩(wěn)定性，切換成功率、業(yè)務(wù)掉線率、平均丟包率較高，影響用戶體驗。LTE初期維護(hù)手段不足，采用網(wǎng)元北向信令接口實時性差，設(shè)備處理性能需要較多冗余，測試儀表監(jiān)測范圍過小，不能長期在線，不支持端到端的業(yè)務(wù)質(zhì)量分析。一方面網(wǎng)絡(luò)運維壓力使得建設(shè)集成、多功能、多層次的LTE信令監(jiān)測系統(tǒng)成為迫切需求，另一方面信令監(jiān)測系統(tǒng)對于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和增值業(yè)務(wù)拓展，實現(xiàn)對業(yè)務(wù)分布及性能的分析和統(tǒng)計，挖掘維護(hù)、規(guī)劃及客戶信息有著重要的作用。

2.2 LTE信令采集

LTE 4G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)趨于扁平化，采用二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即由基站eNodeB和核心網(wǎng)MME兩層網(wǎng)絡(luò)直接相連組成，取消了3G網(wǎng)絡(luò)中的RNC，原有2G/3G無線接入網(wǎng)的采集接口（Abits/Iub）也隨之不復(fù)存在，這樣做的好處就是通過減少節(jié)點來滿足LTE低延時的要求，但是新的問題是RNC中的大部分功能必須集成在MME中，信令采集技術(shù)和監(jiān)測方式需要進(jìn)行重新設(shè)計。LTE信令監(jiān)測系統(tǒng)采集技術(shù)的轉(zhuǎn)變應(yīng)該以網(wǎng)元設(shè)備的轉(zhuǎn)變?yōu)榍腥朦c，核心網(wǎng)絡(luò)EPC的擁有較多的網(wǎng)絡(luò)實體，包括ENodeB、MME、HSS、SGW和PGW以及PDN，網(wǎng)元接口類型較多，LTE網(wǎng)絡(luò)的信令接口（如圖1）主要包括四種，分別為核心網(wǎng)內(nèi)部信令、空口信令、eNodeB間X2接口、S1接口，從現(xiàn)有信令系統(tǒng)和基于業(yè)務(wù)感知和提升的運維目標(biāo)角度出發(fā)，LTE信令監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的范圍關(guān)鍵在于Uu接口、S1接口以及S6a接口。

無線空口側(cè)信令監(jiān)測的優(yōu)勢在于可以采集NAS協(xié)議數(shù)據(jù)源、RRC數(shù)據(jù)源、PDCP相關(guān)參數(shù)、MAC數(shù)據(jù)源、物理層參數(shù)，實現(xiàn)綜合的網(wǎng)絡(luò)分析，包括質(zhì)量、覆蓋率、MR指標(biāo)、鏈路負(fù)荷、承載率、干擾情況、用戶定位等。核心網(wǎng)側(cè)接口較多，主要通過S1接口的用戶平面和控制平面進(jìn)行信令的采集，用戶平面接口S1-UP將演進(jìn)基站和服務(wù)網(wǎng)關(guān)連接，用于傳送用戶數(shù)據(jù)和相應(yīng)的用戶平面控制幀。而控制平面接口S1-CP則將演進(jìn)基站和移動性管理實體相連，主要完成S1接口的無線接入承載控制、接口專用的操作維護(hù)等功能，RRC 作為UE與MME之間的無線連接控制起著重要的作用，可以從連接請求/重配置， E-RAB 建立/釋放、UE上下文、S1口HO信令、X2口HO信令、MR RSRP、SIB，I MSI、TMSI、吞吐量、QoS等監(jiān)測的信息，真實反映出切換、業(yè)務(wù)承載能力、鄰區(qū)優(yōu)化情況、用戶行為關(guān)聯(lián)。S6a可以接口反映HSS相關(guān)信令及過程的運行情況。

LTE信令采集的手段主要是通過網(wǎng)元設(shè)備MME、SGW與CE設(shè)備之間的鏈路進(jìn)行采集監(jiān)測，實際監(jiān)測點在CE側(cè)，光口鏈路的監(jiān)測在串接分光器實現(xiàn)。

目前采集的方式主要有兩種，一種是基于信令數(shù)據(jù)鏡像接口的軟采集，另外一種是基于網(wǎng)管Trace功能，通過執(zhí)行用戶在無線側(cè)的相關(guān)信令跟蹤，對所跟蹤用戶的信令進(jìn)行顯示、過濾、分析和輸出。

三、LTE信令監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

信令監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式三層體系架（如圖2），分別為采集層、共享層和應(yīng)用層。采集層主要是在底層工作，能夠支持電口、光口等多種硬件設(shè)備接口，從信令網(wǎng)上復(fù)制各類原始信令和協(xié)議數(shù)據(jù)。共享層包括協(xié)議處理和數(shù)據(jù)處理兩大模塊，協(xié)議處理用于信令采集、過濾、復(fù)制，解碼數(shù)據(jù)TDR事件合成，數(shù)據(jù)處理用于TDR數(shù)據(jù)入庫，性能指標(biāo)實時統(tǒng)計分析。應(yīng)用層為最終用戶展示實時管理、業(yè)務(wù)分析、用戶分析、網(wǎng)絡(luò)分析等各種業(yè)務(wù)功能。

3.1采集層

采集層主要通過信令接口Uu/X2、S1.MME、S11、S6a、S10、SGs等對原始信令數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集，其中Uu、X2接口采用基于信令數(shù)據(jù)鏡像接口的軟采集，采集后的數(shù)據(jù)需要接入到監(jiān)測系統(tǒng)信令處理卡板。其它控制面接口數(shù)據(jù)進(jìn)行分布采集、集中處理，數(shù)據(jù)封裝后傳輸?shù)街行恼具M(jìn)行存儲和處理。用戶側(cè)配置匯聚分流器，信令數(shù)據(jù)采集先在遠(yuǎn)端保存，然后處理后將XDR傳入中心站存儲，并對應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)來源。

3.2共享層

共享層中的協(xié)議處理模塊首先接受控制面和用戶面的數(shù)據(jù)，并對信令過濾、復(fù)制，通過時間合成服務(wù)器傳送給接口服務(wù)器，同時數(shù)據(jù)處理模塊完成數(shù)據(jù)解碼合成、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)回填、實時統(tǒng)計、數(shù)據(jù)存儲及離線分析挖掘等內(nèi)容。然后通過接口向應(yīng)用層提供XDR數(shù)據(jù)，為信令監(jiān)測系統(tǒng)提供可共享的數(shù)據(jù)池。

3.3應(yīng)用層

應(yīng)用層對共享層提供的XDR數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，提供性能監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評估、用戶行為分析等業(yè)務(wù)應(yīng)用。系統(tǒng)以信令樹形展示端到端的全程監(jiān)測，支持信令詳細(xì)解碼、參數(shù)詳細(xì)解釋等功能，用戶可對業(yè)務(wù)接入指標(biāo)、完整性指標(biāo)、移動分析指標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)指標(biāo)等進(jìn)行以自定義告警設(shè)置，并以圖形的形式呈現(xiàn)，方便運維人員查看并及時維護(hù)。

四、結(jié)束語

本文詳細(xì)概述LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢，從數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增長和網(wǎng)絡(luò)運行和維護(hù)現(xiàn)狀的大背景下引出了建設(shè)LTE信令監(jiān)測系統(tǒng)的重要性和必要性。介紹了LTE信令采集的流程和方式，在此基礎(chǔ)上提出了LTE信令監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)，并分別對每層結(jié)構(gòu)做了研究和整理?？梢钥闯鯨TE信令監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)勢是非常明顯的，整合了網(wǎng)絡(luò)信息的多維數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)解碼和關(guān)聯(lián)，具備了及時監(jiān)控和預(yù)警分析，準(zhǔn)確評估客戶感知，為實現(xiàn)精細(xì)化網(wǎng)絡(luò)管理以及以客戶為中心的市場營銷模式奠定了堅實的基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 鄭立，沈政，董志遠(yuǎn).基于接入概率的LTE小區(qū)重選優(yōu)化算法分析[J].電子技術(shù)應(yīng)用. 2012（09）

[2] 李美艷.淺談LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)[J].電子世界.2014（05）

[3] 楊濤.淺談掃頻儀在LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中的應(yīng)用[J].移動通信.2013（Z1）