基站自啟動技術(shù)的原理與設(shè)計

朱亞威，馬賽，郝建鋼

（北京北方烽火科技有限公司北京100085）

基站自啟動技術(shù)的原理與設(shè)計

朱亞威，馬賽，郝建鋼

（北京北方烽火科技有限公司北京100085）

為了實現(xiàn)SON中提出的基站自啟動的要求，采用了VLAN和DHCP技術(shù)，完成了軟件功能的設(shè)計，軟件可以實現(xiàn)檢測基站是否能與網(wǎng)絡(luò)管理中心連接，并在不能連接的情況下啟動自開站流程，通過學(xué)習(xí)VLAN ID和DHCP分配地址，從而打到與網(wǎng)絡(luò)管理中心連接的目的，然后由網(wǎng)絡(luò)管理中心進行進一步自動管理實現(xiàn)基站自啟動。實驗表明，該功能模塊在仿真情況下可以正常運行。

自優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)；基站自啟動；VLAN；DHCP

為了幫助LTE運營商更好的管理網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量龐大的并有可能來自于不同廠商的基站，自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）應(yīng)運而生?，F(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)因為其特性，對網(wǎng)絡(luò)管理提出了更高的需求，電信運營商希望網(wǎng)絡(luò)是能夠?qū)崿F(xiàn)自配置、自運作以及自優(yōu)化的。而另一方面，對于無線通信運營商來說，基站能夠在沒有專業(yè)人員的操作下實現(xiàn)基站的快速配置運行所需要的參數(shù)，并可以正常工作。以及要求基站在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障之后能夠自動進行修復(fù)重啟，再次正常運作。除此之外，運營商還希望網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間可以實現(xiàn)自動配置并打到互聯(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由化網(wǎng)絡(luò)（SON）的范疇，因此SON會支持整個通信網(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［1-2］。

本文將專注于SON技術(shù)中的基站自啟動部分進行研究和設(shè)計

1　基站自啟動設(shè)計要求

基站自啟動，傳統(tǒng)的基站開站是需要在基站部署后，由專門的運維技術(shù)人員在基站中配置一些參數(shù)（比如基站IP，網(wǎng)管信息等等），目的是能讓網(wǎng)絡(luò)管理中心連接到基站并對其進行管理，及打通OM維護通道，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與維護。而網(wǎng)絡(luò)管理中心遠(yuǎn)程對基站進行控制與維護是非常重要的，當(dāng)站點分散或者偏遠(yuǎn)的情況下，人工去進行維護的成本是很高的。但是在基站上電啟動的時候仍然需要技術(shù)人員對基站進行配置，而配置表的復(fù)雜程度也決定了配置人員還需要進行較長時間的培訓(xùn)并且很容易出現(xiàn)配置錯誤。再加上如果基站位處偏遠(yuǎn)地區(qū)，分部分散，人工成本也很高，于是對基站上電自啟動的需求就被提上了議程。

基站自啟動——自開站，目的在于工程人員將基站安裝完畢后不需要技術(shù)人員進行配置使其能連接上網(wǎng)絡(luò)管理中心，而是通過配置DHCP和VLAN，讓基站自己在無法連接到網(wǎng)絡(luò)管理中心的情況下，自動使能自開站流程，嘗試用DHCP服務(wù)器分下的地址與網(wǎng)絡(luò)管理中心建立OM鏈路，從而連接上網(wǎng)絡(luò)管理中心進行遠(yuǎn)程開站。

自開站功能的引入可以有效的提高基站開通和基站交割的效率以及降低人工成本，一方面，基站在傳輸連通條件下，上電即能自動進行相關(guān)配置并完成啟動，無需人工干預(yù)，即插即用，減輕了基站開通維護所需的時間、成本與工作量。另一方面，通過基站自啟動時的自測試，及時發(fā)現(xiàn)問題，可提高一次安裝成功率。

2　基站自啟動運用技術(shù)簡介

2.1VLAN

1999年，IEEE頒布了802.1Q協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案，用于標(biāo)準(zhǔn)化VLAN的實現(xiàn)方案。VLAN技術(shù)使得網(wǎng)絡(luò)管理員可以根據(jù)不同實際情況，將同一物理LAN網(wǎng)內(nèi)的不同用戶按照特定邏輯分成各個分開的廣播域，每一個VLAN中都是一組相同需求的計算機，與屋里上形成的LAN有著相同的屬性。但是因為VLAN是從邏輯上劃分的，而并非物理劃分，所以在同一個VLAN中的各個計算機并沒有必須在同一物理范圍內(nèi)（比如必須連接到同一個交換機）的限制，甚至并不需要在同一個網(wǎng)段內(nèi)。而VLAN的特點告訴我們，一個VLAN內(nèi)部的廣播或者單播流量是無法傳播到其他VLAN中的，從而流量的控制、網(wǎng)絡(luò)的管理、設(shè)備的維護、網(wǎng)絡(luò)安全的保證都得到了有效的優(yōu)化［3］。

網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)的發(fā)展，也進一步加快了VLAN應(yīng)用的普及速度。企業(yè)將自己的網(wǎng)絡(luò)分成虛擬網(wǎng)絡(luò)VLAN網(wǎng)段，來強化自身網(wǎng)絡(luò)的管理和安全，控制不必要或者失控的數(shù)據(jù)廣播。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之中，一個物理網(wǎng)段就是一個廣播域。而在VLAN中，廣播域是可以人工控制的，比如一組MAC地址或者交換機上的某一組網(wǎng)口等等來組成虛擬網(wǎng)段。這樣，網(wǎng)絡(luò)中工作組的分配將可以不再受網(wǎng)絡(luò)中的地理位置限制，而可以完全按照功能需求的來劃分與管理。這種功能性的分組模式，大大提高了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、管理、重組的功能和效率。在同一個VALN中的計算機，無論實際中他們與哪個交換機連接，他們之間的通信就跟在獨立的交換機上通信沒有區(qū)別。廣播只能在同一VLAN中傳播，不會到其他VLAN中去，很好的控制了不必要的廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。而不同VLAN成員之間若想要通信，只能依靠路由，所以也增加了企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中不同部門之間的安全性，正因為如此，網(wǎng)絡(luò)管理員也可以通過配置VLAN來實現(xiàn)不同管理單元之間的信息互訪［4］。

2.2DHCP

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態(tài)主機配置協(xié)議）是一個應(yīng)用于局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，基于UDP協(xié)議工作，用途是給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商自動分配IP地址，并對其IP進行管理，從而向網(wǎng)絡(luò)管理員提供了中央管理其他計算機的手段。通常被應(yīng)用在大型的局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，可以顯著的提升IP地址的使用率。

DHCP協(xié)議采用客戶端/服務(wù)器模型，主機地址的動態(tài)分配任務(wù)由網(wǎng)絡(luò)主機驅(qū)動。當(dāng)DHCP服務(wù)器接收到來自網(wǎng)絡(luò)主機申請地址的信息時，才會向網(wǎng)絡(luò)主機發(fā)送相關(guān)的地址配置等信息，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)主機地址信息的動態(tài)配置［5］。

3　基站自啟動設(shè)計方案

3.1基站自啟動組網(wǎng)圖介紹

基站自啟動組網(wǎng)如圖1所示。

基站通過路由器和交換機與網(wǎng)絡(luò)管理中心相連接，其中交換機可能會連接有其他廠商的各種設(shè)備，所以交換機上會配置好VLAN，路由器要配置DHCP Relay，以保證DHCP包可以正常通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)而不是被丟棄。

圖1　基站自啟動組網(wǎng)圖

3.2基站自啟動步驟說明

1）上電啟動，嘗試用內(nèi)部配置表連接網(wǎng)管

基站出廠時，內(nèi)部會帶有一個缺省的配置表，這個配置表只能保證基站上電后可以正常啟動，并不能滿足用戶的使用需求，所以需要連接到網(wǎng)絡(luò)管理中心進行在線配置、升級和管理。基站啟動后，會不斷嘗試連接網(wǎng)管，因為需要網(wǎng)管的管理，有一個函數(shù)專門用于查詢與網(wǎng)管的連接狀態(tài)，并有一個變量表示目前與網(wǎng)管連接的嘗試次數(shù)。當(dāng)嘗試次數(shù)超過5次的時候，判斷為無法正常鏈接網(wǎng)管，進行自開站流程。

2）學(xué)習(xí)VLAN ID

因為在外場實際環(huán)境中，不僅僅只有一家的基站，可能有多個廠商的基站，運營商會給每個不同的廠商分配不同的VLAN，以便于管理和保密，而不用使用多個交換機，可以降低成本。所以在自開站之前，我們先要從端口的數(shù)據(jù)包中學(xué)習(xí)到分配給我們廠商的VLAN ID，再用這個VLAN ID設(shè)上基站虛擬出的VLAN端口，進行接下來的流程。

3）向全網(wǎng)廣播DHCP Discover包，并在數(shù)據(jù)包中帶入基站標(biāo)識

因為基站需要正確的IP才能與網(wǎng)絡(luò)管理中心鏈接，所以從VLAN口上進行DHCP流程，發(fā)出DHCP Discover包。因為基站的配置表并不都一樣，所以網(wǎng)管需要根據(jù)一個基站的ID信息來進行分別不同的基站。于是我選擇了在DHCP中帶上基站標(biāo)識傳給網(wǎng)管，網(wǎng)管對每個基站上發(fā)的DHCP包進行解析，可以得到基站標(biāo)識，從而分別不同的基站。

4）網(wǎng)絡(luò)管理中心收到DHCP Discover后與基站進行DHCP流程，分發(fā)地址

網(wǎng)絡(luò)管理中心作為DHCP Server，收到DHCP Discover之后進行DHCP流程，給基站分發(fā)IP地址。網(wǎng)管方面會提前配置DHCP Server，并配好一個供分配臨時地址的地址池

5）基站收到地址后，用新地址和VLAN再次與網(wǎng)絡(luò)管理中心嘗試連接

基站收方作為DHCP Client，將被分配的地址設(shè)上VLAN端口，加上存在基站配置中的VLAN信息，再次嘗試與網(wǎng)管連接，建立OAM通道。

6）基站在網(wǎng)絡(luò)管理中心方在線后，網(wǎng)管根據(jù)收到的基站標(biāo)識下發(fā)對應(yīng)的配置表

這次基站應(yīng)該可以正常與網(wǎng)絡(luò)管理中心連接，并在其管理軟件中上線。這時候網(wǎng)管根據(jù)先前從DHCP Discover包中解析出的基站標(biāo)識，在事先做好的映射表中查詢對應(yīng)此基站標(biāo)識的配置表，并進行下發(fā)，基站方接收到新配置表進行升級。

7）基站方升級配置表后自檢，通過后正常進行工作

基站接收到網(wǎng)絡(luò)管理中心下發(fā)的配置表后進行升級，升級后再次進行自檢，自檢內(nèi)容包括硬件單元測試、配置檢查、射頻連通性和性能測試、GPS狀態(tài)和同步性能測試、Ir接口連通性和性能測試、Iub接口連通性和性能測試等等。

3.3基站自啟動程序流程設(shè)計

基站自啟動程序流程圖如圖2所示。

圖2　基站自啟動程序流程圖

4　結(jié)束語

此設(shè)計已經(jīng)通過測試，能正常模擬啟動自開站流程，基站能正常在網(wǎng)絡(luò)管理中心上線并升級配置。

基站自啟動技術(shù)會給基站建網(wǎng)提供各種好處。其中最大的好處就是基站啟動的時候可以大大節(jié)約時間和人力，因為并不需要技術(shù)人員去現(xiàn)場進行配置。在基站建設(shè)過程中，時間就是成本，開站時間的節(jié)省也必然意味著成本花銷的降低。開站過程中主要是在以下幾個環(huán)節(jié)中可以節(jié)省時間：前期準(zhǔn)備環(huán)節(jié)（開站團隊在去現(xiàn)場之前所需要做的準(zhǔn)備，包括人員培訓(xùn)，配置文件準(zhǔn)備，配置文檔的閱讀等），路程花銷環(huán)節(jié)（包括開站人員去現(xiàn)場的路費開銷和路途時間，技術(shù)人員出差后公司工作的延后等），參數(shù)配置環(huán)節(jié)（開站人員在現(xiàn)場配置的時間，還不包括因為人工失誤造成的各種延誤），人員差異環(huán)節(jié)（開站人員業(yè)務(wù)是否熟練也將決定是否會引入額外的時間花銷），問題發(fā)生環(huán)節(jié)（意外問題出現(xiàn)、排查以及解決鎖造成的額外時間花銷）。

引入基站自啟動則會大大改善這些情況，對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可以帶來很多好處，包括以下方面：平均建站的時間和成本降低、開站人員素質(zhì)或者人員數(shù)量可以降低、參數(shù)配置由人工轉(zhuǎn)為機器配置、問題率大大降低、支持多種組網(wǎng)類型、基站數(shù)據(jù)導(dǎo)入的方式更加高級智能和合理等［6］。

［1］郝思卓.TDD-LTE SON的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2011.

［2］賀敬，常疆.自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化演進［J］.郵電設(shè)計技術(shù)，2012（12）:4-7.

［3］朱紅明.VLAN技術(shù)淺談［J］.無錫南洋學(xué)院學(xué)報，2007（1）: 50-55.

［4］萬小強.VLAN技術(shù)的研究與實現(xiàn)［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2006.

［5］何智勇，沈蘇彬，毛燕琴.DHCP協(xié)議優(yōu)化方案研究［J］.計算機技術(shù)與發(fā)展，2010，20（9）:5-9.

［6］袁靜，梁雙春.TD-LTE自組織網(wǎng)絡(luò)功能需求及對網(wǎng)絡(luò)管理的影響［J］.互聯(lián)網(wǎng)天地，2013（11）:24-29.

The principle and design of base station self-booting

ZHU Ya-wei，MA Sai，HAO Jian-gang
（Beijing Northern Fiberhome Technology Co.，Ltd，Beijing 100085，China）

In order to satisfy the acquirement of base station self-booting function which is raised in SON，using VLAN and DHCP technology，I design the software function module.The software module can detect whether the base station can link to the network management center，and it can boot the process of self-booting.From learning VLAN ID and getting IP address from DHCP，the base station can link to the network management center.And the network management center can automatically control the flow of booting up of base station.The experiment shows that this function module can normally run in the simulated environment.

SON；base station self-booting；VLAN；DHCP

TN914.3

A

1674－6236（2016）12-0118-03

2015-07-02稿件編號：201507026

朱亞威（1990—），男，湖北武漢人，碩士。研究方向：通信與信息系統(tǒng)。