一種LTE系統(tǒng)內休眠小區(qū)的檢測與恢復方案

林群雄 ，馬 賽 ，郝建剛

（1.武漢郵電科學研究院湖北武漢430074；2.北京北方烽火科技有限公司北京100085）

隨著LTE的發(fā)展，不斷增加的用戶需求，以無線通信服務和移動蜂窩網絡的復雜性的必然增長。平板電腦和智能手機的高人氣，導致無線網絡供應商之間的激烈競爭，為了吸引客戶，運營商被迫以更低的成本提供高品質的服務和更多的網絡流量。配置和網絡設備的維護是相當昂貴的過程，這在許多情況下，需要合格的專家手動工作。其中的一個原因是無線網絡的異質性，在為了應對網絡的復雜性，并避免在資本支出的增加，3GPP一直在開發(fā)自釋放SON（Self-Organizing Network，自組織網絡）的概念[1-3]。

自治愈機制[4-5]是SON中的一大部分內容，目的是自動檢測通信設備中的問題并解決問題，使通信設備能正常工作，避免對用戶體驗的造成影響，降低運營成本。休眠小區(qū)[6]的基本情況是一個故障基站沒有觸發(fā)告警無法被工作人員發(fā)現(xiàn)，誤認為小區(qū)處于正常工作狀態(tài)[7]。主要危險是，故障依舊為網絡維護者無形的，只有收到用戶的多宗投訴后，才會顯露出來。本文根據(jù)3GPP的SON中自愈流程建議提出一種休眠小區(qū)的檢測及其恢復方案。

1 參數(shù)分析

1.1 RRC（Radio Resource Control）連接

RRC為 UE（User Equipment，用 戶 設 備）與eNodB（演進基站）間的無線資源管理部分。當有用戶設備通過無線鏈路接入基站時，UE會發(fā)起RRCConnectionRequest請求連接，小區(qū)資源可用的情況下，UE會接收到RRCConnectionSetup行連接，UE成功接入小區(qū)會發(fā)送RRCConnection Setup Complete表示RRC連接成功建立完成[8]。經過以上3個步驟將會在基站內建立相應的UE連接節(jié)點，在基站的CC（Calling Control，呼叫控制）處進行相應UE信息統(tǒng)計，有UE成功連接進基站內，節(jié)點內UE數(shù)就發(fā)生變化，此時在CC處均能夠統(tǒng)計到相應UE信息，也就是可以用RRC連接變化數(shù)表示基站上下行能否正常傳輸信令。

1.2 GTP（GPRS Tunnelling Protocol）協(xié)議

GTP協(xié)議[9]可分為GTP-C（GTP控制面協(xié)議）和GTP-U（GTP用戶面協(xié)議），GTP-C協(xié)議主要為隧道控制和管理協(xié)議，進行移動終端分組數(shù)據(jù)接入，可對隧道進行創(chuàng)建、修改、刪除等操作。GTP-U協(xié)議使用創(chuàng)建的隧道機制傳輸用戶數(shù)據(jù)包，含用戶路徑管理、差錯指示等。用戶業(yè)務數(shù)據(jù)通過GTP-U協(xié)議在基站與SGW（業(yè)務網關）之間的隧道進行傳輸，若用戶與服務器進行交換，便能在基站處統(tǒng)計到用戶數(shù)據(jù)報文數(shù)目的發(fā)生變化。通過對基站處GTP-U報文出入情況的統(tǒng)計，能夠知道小區(qū)中的用戶設備是否正常進行數(shù)據(jù)交互，RRC連接數(shù)和GTP-U報文統(tǒng)計圖如圖1所示。

圖1 RRC連接數(shù)和GTP-U報文統(tǒng)計圖

2 休眠小區(qū)的檢測與恢復

2.1 休眠小區(qū)的檢測

正常情況下，UE要接入小區(qū)需要發(fā)出，通過S1與服務器產生上下行報文交互，用戶數(shù)據(jù)均通過GTP-U協(xié)議進行報文封裝后發(fā)出基站[10]，而當小區(qū)發(fā)生休眠時，存在以下幾種情況：1）UE能通過正常接收到RRC發(fā)送的廣播消息，在UE嘗試接入小區(qū)時，未能連接完成，2）UE無法正常搜到附近可用小區(qū)，而從 OMC（Operation and Maintenance Center，操作維護中心）處觀測小區(qū)狀態(tài)正常，3）UE處在小區(qū)覆蓋范圍內卻無法從事任何操作，4）UE能夠接入基站，但是無法正常傳送GTP-U報文。

對于基站內的小區(qū)，基站初始化成功后，自動讀取相應的基站配置表項獲取基站進行睡眠小區(qū)檢測的總時長，針對不同地區(qū)UE接入的頻率配置所要檢測小區(qū)的檢測周期。對于業(yè)務量較大的基站，可以將檢測周期設置的較業(yè)務量小的基站檢測周期短，對于備用基站可以不設置進行休眠小區(qū)狀況檢測，根據(jù)基站上報的業(yè)務連接情況，根據(jù)基站業(yè)務連接情況區(qū)分早上，中午，晚上或者更細致的時間段，業(yè)務量特性制定基站無業(yè)連接的時間段閾值[11]。

基站定時根據(jù)當前時間的基站配置的休眠小區(qū)檢測時長周期性檢測基站業(yè)務狀況，主要是檢測UE成功連接小區(qū)的RRC連接數(shù)變化以及基站GTP-U報文的出入情況。當滿足前時間段無業(yè)務閾值超過基站所配置的檢測時長，認為本檢測周期時長內小區(qū)為疑似休眠小區(qū)，在本休眠小區(qū)檢測周期內有本基站向OMC上報相應KPI（關鍵性能指標）參數(shù)的情況下，基站會向OMC上報疑似休眠小區(qū)的自愈指示。若本休眠小區(qū)檢測周期內未有本基站向OMC上報相應KPI參數(shù)，則直接進行下個休眠小區(qū)周期檢測，以此類推并累加周期檢測的時長，直至有本基站向OMC上報相應KPI參數(shù)，若此期間有UE成功接入小區(qū)并有GTP-U報文出入基站，之前累加的時長清零，重新開始周期檢測。若是一直未有UE成功接入小區(qū)并有GTP-U報文出入基站，則向OMC上報累加時長內小區(qū)為疑似休眠小區(qū)的自愈指示。

OMC根據(jù)上報指示中的本地小區(qū)號，獲取該小區(qū)所有的鄰區(qū)信息[12]，并獲取基站上報的檢測時長內所有鄰區(qū)向該小區(qū)切換指標情況，包括基站內和S1和X2的切換[13]請求或執(zhí)行請求，以及系統(tǒng)內小區(qū)間切換完成次數(shù)等切換指標的分析。如果在指定時間內沒有發(fā)生過切換，可以認為疑似休眠小區(qū)沒有廣播，別的小區(qū)探測不到，因此不會切換，如果切換失敗率為100%，可以認為疑似休眠小區(qū)依然可以探測到，但上行不通，切換不成功[13-14]。當有以上任意一種情況存在，OMC則向該基站發(fā)送休眠小區(qū)確認指示，休眠小區(qū)檢測流程圖如圖2所示。

2.2 休眠小區(qū)的恢復

圖2 休眠小區(qū)檢測圖

檢測出休眠小區(qū)時，優(yōu)先考慮是小區(qū)資源處故障，啟動自愈恢復部分定時器，刪除原小區(qū)資源并重新建小區(qū)，重建小區(qū)后停止自愈恢復定時器，啟動自愈評估定時器，在小區(qū)自愈評估的過程中也同時運行小區(qū)狀態(tài)檢測定時器，兩個定時器獨立進行工作，這樣能夠最快檢測到小區(qū)狀態(tài)恢復正常。自愈評估狀態(tài)下，檢測到有UE能正常接入或者從鄰區(qū)切換至本小區(qū)且有上下行的GTP-U報文交互，則認為自愈成功，停止自愈評估定時器，向OMC處發(fā)送小區(qū)自愈成功報文。

若在評估時間內沒有檢測到有UE正常接入本小區(qū)，則重新進入小區(qū)自愈恢復流程進行處理，當進行多次小區(qū)刪除與建立后，仍然沒有UE正常接入，則考慮休眠小區(qū)原因為硬件資源故障。讀取基站中配置表[15]，復位對應該小區(qū)的RRU（射頻拉遠單元），當顯示狀態(tài)正常的小區(qū)均被檢測無法正常為客戶提供服務時，則復位整塊BPU（Branch Processing Unit，分支處理單元）。采用以上恢復流程能基站能恢復正常工作狀態(tài)時，基站向OMC上報自愈成功消息，否則基站向OMC上報休眠小區(qū)自愈失敗告警，小區(qū)故障恢復流程如圖3所示。

3 實際驗證分析

為了驗證所設計流程的準確性和有效性，驗證環(huán)境采用北方烽火公司的基站設備搭建實際環(huán)境，以組網的方式進行測試，具體組網圖4所示。

多次采用多個UE分別在單個基站內的不通鄰區(qū)接入和兩臺基站間的不同鄰區(qū)接入，人為設置基站部分功能故障，在打開休眠小區(qū)功能檢測的情況下，故障小區(qū)能通過休眠小區(qū)檢測及恢復方案，檢測出休眠小區(qū)，并得到快速恢復。測試結果可以表明，本文設計的一種休眠小區(qū)的檢測與恢復的方案能夠有效檢測出發(fā)生休眠小區(qū)的基站且經過相應恢復處理能夠有效恢復使基站恢復到正常工作狀態(tài)。

圖3 小區(qū)故障恢復圖

圖4 組網測試圖

4 結束語

文中提出了一種解決基站在無特殊操作的情況下產生休眠小區(qū)的自愈方法，通過周期檢測基站的小區(qū)中UE成功連接小區(qū)產生的RRC連接數(shù)的變化與UE連接小區(qū)后GTP-U上下行報文收發(fā)情況[16-17]預先判斷可能存在的休眠小區(qū)，再通過OMC查詢相關UE切換信息共同判斷小區(qū)是否發(fā)生了休眠，進一步對診斷出的休眠小區(qū)進行恢復，最后通過實際組網和UE接入情況分析，驗證方法的可行性和準確性。結果表明通過本方法能夠有效的檢測出發(fā)生休眠的小區(qū)，并得到及時恢復，提高整體資源利用率和用戶體驗。

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