基于5G 信令的質(zhì)差小區(qū)定位方法研究

鐘永新 趙 煜 趙 偉 史文祥 陳 樂

1.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司浙江省分公司；2.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司智網(wǎng)創(chuàng)新中心；3.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司

0 引言

現(xiàn)階段無線網(wǎng)絡(luò)存在多制式網(wǎng)絡(luò)并存、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、覆蓋容量需求平衡、用戶移動(dòng)潮汐效應(yīng)等問題，容易引發(fā)MR（Measurement Report，測(cè)試報(bào)告）弱覆蓋、越區(qū)覆蓋、通話質(zhì)量差、語音回落、異頻切換等問題，導(dǎo)致小區(qū)接入性指標(biāo)、保持性指標(biāo)、移動(dòng)性指標(biāo)性能下降，用戶側(cè)出現(xiàn)丟包、斷續(xù)、單通、掉話、上網(wǎng)慢等問題。

根據(jù)精品網(wǎng)考核標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，5G 質(zhì)差小區(qū)分為三類：低接入質(zhì)差小區(qū)、高掉線質(zhì)差小區(qū)和低速率質(zhì)差小區(qū)。各類質(zhì)差小區(qū)判定標(biāo)準(zhǔn)如下：低接入質(zhì)差小區(qū)：SA&NSA 的接入成功率（復(fù)合算法）<98%；高掉線質(zhì)差小區(qū)：SA&NSA的掉線率（復(fù)合算法）>2%；低速率質(zhì)差小區(qū)：小區(qū)自忙時(shí)速率<50Mbps。這對(duì)質(zhì)差小區(qū)問題處理的及時(shí)性提出了更高要求。

基于python 解碼并關(guān)聯(lián)原始5G TRACE 信令數(shù)據(jù)、MR數(shù)據(jù)及DPI（Deep Packet Inspection，深度包檢測(cè)）話單數(shù)據(jù)，以及優(yōu)化專家的經(jīng)驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)流轉(zhuǎn)，探索中國聯(lián)通5G質(zhì)差小區(qū)數(shù)字化運(yùn)營方法，持續(xù)推進(jìn)用戶感知建模，為網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化運(yùn)營探索新的驅(qū)動(dòng)力和場(chǎng)景。

1 5G 信令應(yīng)用現(xiàn)狀

TRACE 信令是協(xié)調(diào)終端與終端或者終端與網(wǎng)絡(luò)之間交互和同步的一種消息，使用戶能夠正常接入、保持以及切換網(wǎng)絡(luò)或業(yè)務(wù)。圖1 是簡(jiǎn)化后的5G 信令關(guān)鍵接口。在實(shí)際分析中，通常關(guān)注gNodeB 與UE 之間的UU 接口、gNodeB 和NGC 之間的NG 接口、gNodeB 基站之間的Xn 接口以及eNodeB 與gNodeB 之間的的X2 接口。通過對(duì)上述四個(gè)接口的信令流程分析，可有效監(jiān)控用戶感知與問題定位。

圖1 5G 信令簡(jiǎn)化流程

當(dāng)前采集主要有單用戶訂閱、設(shè)備網(wǎng)管單站/多站訂閱以及統(tǒng)一采集批量訂閱三種方式。不同采集方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。單用戶訂閱是針對(duì)某個(gè)用戶的信令數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)跟蹤。設(shè)備網(wǎng)管訂閱是指各廠家依據(jù)3GPP 相關(guān)協(xié)議對(duì)全量信令流程進(jìn)行采集存儲(chǔ)。受計(jì)算及存儲(chǔ)的開銷限制，默認(rèn)不開啟原始信令的全量訂閱。而統(tǒng)一采集訂閱則是根據(jù)集團(tuán)北向采集相關(guān)要求，各運(yùn)營商針對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)建立信令統(tǒng)一接口系統(tǒng)，將不同廠商上報(bào)的特定信令數(shù)據(jù)歸一采集，供上層應(yīng)用平臺(tái)處理。三種采集方式異同如表1 所示。

表1 5G 信令采集方式異同

由于采集方式的局限性，目前尚未在生產(chǎn)中對(duì)5G 信令進(jìn)行規(guī)模化應(yīng)用。受限于成本，實(shí)際使用中通常只針對(duì)特定用戶開啟單用戶訂閱。目前，聯(lián)通集團(tuán)針對(duì)5G TRACE 的信令解析規(guī)范逐步開展研究，為大規(guī)模集中采集、解析與運(yùn)營逐步提供條件。

2 5G 信令解析應(yīng)用研討

2.1 5G TRACE 信令解析

不同方式訂閱的信令文件格式不盡相同，但基本結(jié)構(gòu)如圖2 所示，均由文件包頭和數(shù)據(jù)包兩部分構(gòu)成，并以二進(jìn)制格式存儲(chǔ)。單個(gè)信令文件提供單個(gè)站點(diǎn)在特定時(shí)間粒度內(nèi)的特定接口上的原始信令數(shù)據(jù)。其中，文件包頭提供文件的基礎(chǔ)信息，包括采集起止時(shí)間、基站ID、系統(tǒng)版本等。數(shù)據(jù)包頭則由通用包頭、專用包頭和原始信令數(shù)據(jù)構(gòu)成。通用包頭對(duì)所有信令采集接口均相同；而專用包頭包含了針對(duì)每種接口承載的單獨(dú)鏈路標(biāo)識(shí)以及特定的字符值，原始信令數(shù)據(jù)中則存儲(chǔ)了詳細(xì)的消息內(nèi)容。

圖2 信令文件基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及樣例

針對(duì)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可通過以下兩步完成對(duì)應(yīng)文件的解析：（1）數(shù)據(jù)校驗(yàn)。提取文件名稱及文件頭信息，校驗(yàn)數(shù)據(jù)采集起止時(shí)間及對(duì)應(yīng)版本信息，確認(rèn)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度完整性。（2）移位解析。提取信令文件中每條數(shù)據(jù)包的起始字符，如圖2（b）中所標(biāo)識(shí)的二進(jìn)制字符，結(jié)合規(guī)范或樣例文件進(jìn)行移位解析，可將原始二進(jìn)制文件還原成可讀的信令流程文件。

2.2 5G 用戶級(jí)號(hào)碼回填和MR 回填

如圖3 所示，信令數(shù)據(jù)、MR 數(shù)據(jù)及話單數(shù)據(jù)依據(jù)時(shí)間戳、基站ID 以及AMF UE NGAP ID 三個(gè)關(guān)鍵字段按照下述步驟進(jìn)行關(guān)聯(lián)：

圖3 5G 信令回填回填示意圖

（1）對(duì)采集解析后的文件進(jìn)行清洗和預(yù)處理。校驗(yàn)相同站點(diǎn)信令數(shù)據(jù)、XDR 話單數(shù)據(jù)以及MR 數(shù)據(jù)的時(shí)間同步性以及數(shù)據(jù)完整性，避免因設(shè)備時(shí)間不一致帶來的匹配誤差。

（2）核查AMF UE NGAP ID 的缺失率。AMF UE NGAP ID 在NG 接口進(jìn)行分配，是用戶在特定AMF 下一段時(shí)間內(nèi)的唯一身份標(biāo)識(shí)。其余接口信令則通過callid 進(jìn)行唯一性區(qū)分。因?yàn)閏allid 和AMF UE NGAP ID 存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果AMF UE NGAP ID 字段缺失，則可通過callid 進(jìn)行重關(guān)聯(lián)來進(jìn)行補(bǔ)全，便于后續(xù)回填操作。

（3）通過gNodeB ID、AMF UE NGAP ID 及時(shí)間戳三個(gè)關(guān)鍵字段，若基站ID 和AMF UE NGAP ID 相同，則判定信令數(shù)據(jù)中與MR 以及話單數(shù)據(jù)中的時(shí)間戳絕對(duì)差值最小的記錄為可信的關(guān)聯(lián)記錄，容忍閾值設(shè)置為10 分鐘。

（4）依照關(guān)聯(lián)部分獲得的關(guān)聯(lián)記錄，將信令數(shù)據(jù)、話單數(shù)據(jù)以及MR 數(shù)據(jù)拉齊回填。

2.3 5G TRACE 信令運(yùn)用方向

針對(duì)回填后的信令，可從以下兩個(gè)維度進(jìn)行分析建模。通過批量監(jiān)控信令異常，建立故障樹，來輔助質(zhì)差小區(qū)優(yōu)化。

（1）異常流程：判斷信令是否存在流程上缺失、錯(cuò)位的異常。例如gNodeB在收到eNodeB的SgNB Addition Request后，eNodeB 是否返回SgNB Addition Request Acknowledge 消息。

（2）異常信令：判定信令狀態(tài)是否存在超時(shí)或失敗，檢查信令所攜帶的異常cause 值。例如gNodeB 收到eNodeB 發(fā)送的SgNB Modification Confirm 消息時(shí)，若攜帶CAUSE 值為Radio Connection With UE Lost、bearer option not supported 等異常值時(shí)可認(rèn)為存在異常釋放現(xiàn)象。

3 基于5G 信令的質(zhì)差小區(qū)定位系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與業(yè)務(wù)處理流程

5G 質(zhì)差小區(qū)定位系統(tǒng)在平臺(tái)設(shè)計(jì)上，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)規(guī)則自動(dòng)化，并充分考慮用戶級(jí)時(shí)間戳、用戶級(jí)信令、小區(qū)級(jí)無線性能指標(biāo)和告警等，使數(shù)據(jù)有機(jī)融合。既可定位出無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)差小區(qū)和故障原因，又可定位出潛在的質(zhì)差小區(qū)和質(zhì)差用戶。

在平臺(tái)設(shè)計(jì)上，如圖4 所示，系統(tǒng)整體軟件邏輯自下而上分別為數(shù)據(jù)倉庫、能力模型萃取、能力封裝、數(shù)據(jù)開放四大部分。通過接入信令數(shù)據(jù)、工參數(shù)據(jù)、北向數(shù)據(jù)及地圖資源，基于專家經(jīng)驗(yàn)和人工智能模型，萃取基礎(chǔ)模型能力，通過API及寬表對(duì)外能力開放，實(shí)現(xiàn)了基于5G 信令的質(zhì)差小區(qū)識(shí)別以及質(zhì)差用戶的識(shí)別。

圖4 質(zhì)差小區(qū)定位系統(tǒng)

按照精品網(wǎng)質(zhì)差小區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)全網(wǎng)無線小區(qū)進(jìn)行分析，并可基于接入性、保持性、移動(dòng)性自定義TOP 質(zhì)差小區(qū)，同時(shí)根據(jù)對(duì)原因值的分析，給出質(zhì)差原因及處理建議。系統(tǒng)還可以通過自定義熱門網(wǎng)站、熱門應(yīng)用、熱門App 等對(duì)相關(guān)小區(qū)進(jìn)行質(zhì)差分析，利用軟采的N1N2、N11、N3、N4、N7、N11、N8、N12、N14、N15、N26 信令，結(jié)合用戶號(hào)碼回填和經(jīng)緯度回填，能夠從切換、鄰區(qū)漏配、覆蓋電平、上下行質(zhì)量、TA 分布等方面開展無線質(zhì)差小區(qū)的智能分析。聚合后的相關(guān)數(shù)據(jù)可以通過詳單下鉆的方式匹配到所有的底層信令消息，確保分析準(zhǔn)確到位，為提升感知質(zhì)差問題解決率提供支持和幫助。

以表2 為例，部分典型5G 質(zhì)差問題可關(guān)聯(lián)至信令內(nèi)的信元counter 指標(biāo)或MR 內(nèi)指標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)行單用戶級(jí)別的質(zhì)差歸因定位。

表2 5G 質(zhì)差問題的指標(biāo)映射

從工單處理時(shí)限看，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)差小區(qū)處理時(shí)限由使用前的254 小時(shí)縮減至135 小時(shí)，語音業(yè)務(wù)質(zhì)差小區(qū)處理時(shí)限由243 小時(shí)縮減至174 小時(shí)。從質(zhì)差小區(qū)比例看，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)差小區(qū)比例由使用前的0.64%減至0.21%，語音業(yè)務(wù)質(zhì)差小區(qū)比例由0.19%減至0.03%。

4 典型案例探討

以某站點(diǎn)為例，發(fā)現(xiàn)某gNodeB 站點(diǎn)PDU 會(huì)話修改過程建立異常。

如圖5 所示，該流程為正常PDU 會(huì)話修改流程。在收到AMF 發(fā)送的PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST消息后，gnodeb 應(yīng)向UE 發(fā)起RRC 建立流程來啟動(dòng)PDU 會(huì)話修改過程。如果本次流程發(fā)生異常，導(dǎo)致隨路攜帶的PDU 會(huì)話及Qos Flow 建立失敗。

圖5 正常PDU 會(huì)話建立過程

而在批量解析某站點(diǎn)信令后，發(fā)現(xiàn)該站點(diǎn)在某次會(huì)話流程中收到PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST 消息后直接返回了PDU SESSION RESOURCE MODIFY RESPONSE消息，與標(biāo)準(zhǔn)流程不符。解析后識(shí)別的信令建立流程如圖6所示。

圖6 解析后識(shí)別的信令建立流程

進(jìn)一步解析異常信令所攜帶消息內(nèi)容為：201a0032000004 000a400680052ec7020000554004801001eb0036400600000602011000 79400f4064f010552f20401064f010551e00。

其中PDU Session Resource Modify Unsuccessful Transfer 信元所攜帶的cause 值為0110，根據(jù)3GPP 議（見表3），定位到信令異常的原因?yàn)閞equested 5QI is not supported，檢查后發(fā)現(xiàn)EPS FB 開關(guān)未正常開啟，打開開關(guān)后不再上報(bào)該異常。針對(duì)EPS FB 開關(guān)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)問題，完成全網(wǎng)參數(shù)核查，識(shí)別出34 個(gè)新建L900 小區(qū)參數(shù)配置不當(dāng)并完成修改。

表3 3GPP 38.413 無線側(cè)異常原因部分摘錄

5 結(jié)束語

本研究探討了當(dāng)前5G 信令采集解析與應(yīng)用的局限，并提出了5G 信令在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中應(yīng)用的新思路。通過解析原始信令文件，利用關(guān)鍵字段回填話單數(shù)據(jù)攜帶的終端信息與MR 數(shù)據(jù)所攜帶的覆蓋信息，打通不同數(shù)據(jù)源來提供端到端定界能力。相較于傳統(tǒng)利用小區(qū)級(jí)或小時(shí)級(jí)粗粒度進(jìn)行質(zhì)差分析的方式，本研究提出將小區(qū)級(jí)指標(biāo)映射至單用戶粒度，提升用戶感知模型之間的區(qū)分度，對(duì)質(zhì)差小區(qū)的劃分更為精準(zhǔn)，可差異化保障用戶感知。所述方法可批量監(jiān)控信令異常，通過建立故障樹輔助質(zhì)差小區(qū)優(yōu)化，也可以進(jìn)行單用戶問題洞察和分析，應(yīng)用于投訴用戶和VIP 用戶分析或5G 終端差異分析。