SingleSON 解決方案 讓網(wǎng)絡會“思考”
2012/03/08
SingleSON是運營商提高多制式、多層次SingleRAN網(wǎng)絡OPEX效率的必需方案，使運營商能在滿足用戶日益增加的吞吐率需求的同時，自身能夠長期發(fā)展（如下圖所示）。
在當今的無線寬帶時代，智能終端及其應用的快速增長，使得移動數(shù)據(jù)業(yè)務流量呈現(xiàn)爆炸式增長。單純的GSM、UMTS網(wǎng)絡已經(jīng)無法滿足容量需求，LTE作為未來無線技術(shù)演進的目標已經(jīng)開始了大規(guī)模的建設，GSM/UMTS/LTE多制式網(wǎng)絡共存的場景隨之出現(xiàn)。與此同時，數(shù)據(jù)業(yè)務流量分布不均，當前業(yè)界對付熱點容量需求的主要解決方案是在宏網(wǎng)上疊加低功耗小站(small cell)，形成多個層次的SingleRAN網(wǎng)絡。
多種制式多層次網(wǎng)絡的長期共存，使得網(wǎng)絡的復雜度也呈幾何級數(shù)的增加，例如：歐洲某大運營商，現(xiàn)有GSM/UMTS共存的網(wǎng)絡超過3,000,000個鄰區(qū)關(guān)系，多達36種切換關(guān)系，部署LTE后估計鄰區(qū)關(guān)系將增至10,000,000個，切換關(guān)系將達到64種，這使得網(wǎng)絡的運維變得越來越困難。而小基站的部署要求更高的精度，站點密度更大，這使得通過傳統(tǒng)的方法進行精細優(yōu)化變得非常困難。多制式，多層網(wǎng)絡的自動化管理日益成為運營商降低運維成本并提高運維效率的迫切手段。
另一方面，根據(jù)Infonetics Research的分析報告，收入總和占全球所有移動運營商收入總和40%的最大5家移動運營商，其運營成本的相應占比也是40%，每一家的運營成本-收入占比都接近70%。如果運營成本隨著網(wǎng)絡復雜度的提升而進一步提升，這可能影響運營商的自身發(fā)展。因此迫切需要一種能幫助運營商在復雜網(wǎng)絡中，在保證終端用戶統(tǒng)一感受和網(wǎng)絡關(guān)鍵性能指標前提下，提高OPEX效率的技術(shù)，避免運營商提供的帶寬越寬而利潤可能越低的情況。自組織網(wǎng)絡（Self-Organizing Network）技術(shù)的出現(xiàn)正是為了降低網(wǎng)絡規(guī)劃、部署、維護、排障的成本，使運營商能高效運營維護高流量網(wǎng)絡，在滿足客戶需求的同時，自身也能夠持續(xù)發(fā)展。
從2006年NGMN提出SON概念起，直到2010年，業(yè)界對SON的研究主要是針對LTE網(wǎng)絡。華為從2006年起開始研發(fā)LTE SON，但到2009年發(fā)布SingleRAN后意識到由于運營商將長期同時運維多制式、多層次網(wǎng)絡，只研究LTE SON對運營商降低OPEX的作用有限， SON必須向多制式、多層網(wǎng)絡的方向發(fā)展并形成一個集中統(tǒng)一的解決方案，才能抑制運維成本-總收入的占比進一步上升。由此，華為SingleSON解決方案在2011年應運而生。SingleSON解決方案注重提高網(wǎng)絡規(guī)劃、部署、運維、排障過程的自動化程度，協(xié)調(diào)不同制式、不同層次網(wǎng)絡間的關(guān)系，提升全網(wǎng)運維效率。
圖：SingleSON在SingleRAN網(wǎng)絡中的作用
SingleRAN網(wǎng)絡包括多制式，多頻點，宏微多層次小區(qū)，SingleSON協(xié)同組織不同制式，不同頻點，不同層次的所有小區(qū)（如下圖所示）。
SingleSON的商業(yè)價值在于幫助運營商在運維SingleRAN網(wǎng)絡時，在保證終端用戶無論實際使用哪種技術(shù)的網(wǎng)絡都能得到相同質(zhì)量的服務的前提下，注重協(xié)同不同制式不同層次網(wǎng)絡之間的關(guān)系，提升網(wǎng)絡規(guī)劃、部署、運維、排障過程的自動化程度，從而減少人工管理的數(shù)量和難度，提高運維效率和網(wǎng)絡性能。
圖：SingleSON的特性分類和架構(gòu)
1、SingleSON的特性分類
SingleSON主要包括下述3類特性，即自配置，自優(yōu)化和自維護，如下圖所示：
2、SingleSON方案的一般架構(gòu)
SingleSON的功能既包括單小區(qū)或局部多個小區(qū)的，小時間粒度測量和決策計算；也包括全網(wǎng)級別，大時間尺度的測量和決策計算。這就決定了SingleSON的功能同時分布在SingleRAN 基站上，和運維支撐系統(tǒng)中，并且在基站間，以及基站和運維支撐系統(tǒng)間SingleSON功能的相互協(xié)調(diào)是非常必要的。
圖:SON特性價值分析
1、自配置
狹義的自配置是指多制式SingleRAN基站在硬件安裝完畢上電后，SingleRAN基站能自動連接到運維支撐系統(tǒng)，并下載、激活其專屬配置數(shù)據(jù)，最終能提供多制式無線服務。但這顯然忽略了專屬配置數(shù)據(jù)的規(guī)劃過程，實際上基站只有被配置了正確的參數(shù)，才能提供服務，因此本文把參數(shù)的自規(guī)劃合并到自配置中，自規(guī)劃內(nèi)容包括基站的傳輸參數(shù)、無線參數(shù)和天饋系統(tǒng)參數(shù)等。每個基站的配置參數(shù)可達上千個，靠人工規(guī)劃和配置幾乎是不可能完成的。因此實現(xiàn)網(wǎng)絡參數(shù)的自動規(guī)劃和自動配置，可極大地降低網(wǎng)絡規(guī)劃和網(wǎng)絡部署成本。
例如，在SingleRAN 場景下，運營商需要在現(xiàn)有GSM、WCDMA網(wǎng)絡的基礎上部署LTE宏網(wǎng)。運營商首先需要使用SON規(guī)劃新站能不能建立在已有的站點位置上，能不能和已有站點共享天饋、傳輸線路，以及新站小區(qū)的無線和天饋參數(shù)等。規(guī)劃完成后，自動生成配置文件保存在運營商的運維支撐系統(tǒng)中，一方面用于指導基站按照施工，另一方面等待新小區(qū)基站自動下載并應用。
2、自優(yōu)化
i.多制式多層次SingleRAN網(wǎng)絡的移動性優(yōu)化（Mobility Optimization for Multi-RAT &Multi-Layer SingleRAN）
基站在完成部署后，進入運營狀態(tài)，此時首先需要確保網(wǎng)絡完全覆蓋目標區(qū)域，終端在任何時間、任何地點都能使用無線服務。此時，SingleSON需要始終檢測網(wǎng)絡運營狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有部分終端不能正常使用無線服務，則開始診斷網(wǎng)絡故障，分析根因，最終向運營商報告優(yōu)化建議，在運營商控制下實施優(yōu)化。并在優(yōu)化實施之后，繼續(xù)監(jiān)視網(wǎng)絡性能確認優(yōu)化效果，如果優(yōu)化效果不理想還需要回退到優(yōu)化前的狀態(tài)，并再次選擇執(zhí)行優(yōu)化方案。在整個優(yōu)化過程中，運營商需要人工操作的主要是確認故障根因和審核并授權(quán)實施優(yōu)化配置方案，由此大大減少檢測網(wǎng)絡運營狀態(tài)，查找故障根因，以及擬定優(yōu)化方案的人工投入，提高了運維效率。
具體的，此特性解決下述幾方面問題
首先是切換鄰區(qū)關(guān)系的自動建立。在SingleRAN場景下，自動優(yōu)化鄰區(qū)關(guān)系，不但能自動完成LTE的鄰區(qū)自動管理，還能自動優(yōu)化同站內(nèi)和站間的同頻、異頻、異制式，以及不同層次的小區(qū)間關(guān)系。在SingleRAN場景下，一個5頻3模的基站可能要維護成百上千個鄰區(qū)關(guān)系，實現(xiàn)優(yōu)化鄰區(qū)的自動化，可以免除這部分人工維護成本。
二是小區(qū)物理標識的沖突檢測和優(yōu)化。即自動檢測同頻的直接或間接相鄰（鄰區(qū)的鄰區(qū)）的小區(qū)的物理標識沖突，并自動糾正物理標識的沖突，避免由此造成的切換失敗。
三是切換參數(shù)根據(jù)實際部署場景自動進行優(yōu)化，即自動根據(jù)相鄰小區(qū)的信號傳播特征，自動優(yōu)化站內(nèi)、站間，同頻、異頻、異系統(tǒng)、異站型的切換參數(shù)，提高切換成功率。仍以一個5頻3�；緸槔渌S護的切換關(guān)系可能超過100個，因此實現(xiàn)切換參數(shù)的自動優(yōu)化能在確保切換性能的前提下降低運維成本。
四是天饋系統(tǒng)參數(shù)的覆蓋優(yōu)化，即根據(jù)終端報告等信息自動識別天線部署場景和用戶分布，并據(jù)此優(yōu)化RF參數(shù)，包括天饋系統(tǒng)包括的下傾角、方位角、導頻功率等。在不同頻點或不同制式的多個小區(qū)共用天饋的情況下，則必須綜合考慮所有這些小區(qū)的各自用戶分布；對于共享功率的共天饋小區(qū)，還需要根據(jù)各小區(qū)的覆蓋目標調(diào)整各小區(qū)占用的功率。典型的優(yōu)化場景包括，覆蓋漏洞，弱覆蓋，越區(qū)覆蓋，導頻污染，上下行覆蓋不平衡，等等。傳統(tǒng)的天饋容量優(yōu)化，要求網(wǎng)規(guī)人員必須具有豐富的外場經(jīng)驗，進行多次路測，成本非常高；SON的自動化算法能降低對人員素質(zhì)的要求，同時最小化路測技術(shù)可以降低一半以上的路測成本。
五是隨機接入過程相關(guān)優(yōu)化，包括Preamble碼，RACH傳輸資源，RACH功率等的優(yōu)化。在LTE網(wǎng)絡中，可以根據(jù)終端上報的RACH失敗原因進行優(yōu)化。對于其他制式，則主要依據(jù)網(wǎng)規(guī)數(shù)據(jù)，終端測量，終端接入信令和切換信令等進行優(yōu)化
i.ii.3、多制式多層次SingleRAN網(wǎng)絡的流量優(yōu)化（Traffic Steering for Multi-RAT &Multi-Layer SingleRAN）。
協(xié)同的流量優(yōu)化是指，網(wǎng)絡能夠根據(jù)終端報告等信息感知網(wǎng)絡流量分布，并根據(jù)運營商策略自動調(diào)整網(wǎng)絡配置和遷移終端，以便在滿足終端QoS的前提下，提升SingleRAN網(wǎng)絡資源利用效率。網(wǎng)絡流量的感知是感知網(wǎng)絡吞吐量的時間分布，空間分布，業(yè)務類型（QoS）分布等特征，主要是依據(jù)小區(qū)吞吐量KPI，終端測量報告和路測數(shù)據(jù)等。
對于突發(fā)的，短時間內(nèi)發(fā)生的通信量分布和SingleRAN網(wǎng)絡能力分布不一致的場景，主要考慮使用移動性負載平衡方案來解決，包括同站、站間的，同頻、異頻、異系統(tǒng)、異站型層次小區(qū)間的方案。方案遷移終端的方法不僅是切換，還包括駐留策略，以及小區(qū)接納控制和擁塞控制等。運營商策略一般要考慮服務類型和小區(qū)能力的映射關(guān)系，終端用戶優(yōu)先級和服務使用偏好等。特殊地，同頻大小站之間移動性負載平衡的運營商策略還需要考慮終端速度、小區(qū)間干擾水平等。
對于經(jīng)常的，長期發(fā)生的通信量分布和SingleRAN網(wǎng)絡能力分布不一致的場景，則要考慮使用天饋系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化（容量）方案來解決。方案通過分析終端測量報告，發(fā)現(xiàn)吞吐量分布熱點；對于需要調(diào)整天線參數(shù)的場景，主要優(yōu)化熱點地區(qū)的信號質(zhì)量。在優(yōu)化天饋系統(tǒng)參數(shù)仍不能滿足吞吐量需求時，則需要考慮重新部署天線，例如小型化，分布式密集部署等。
小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)機制，也是改善終端吞吐率的方法。運營商策略主要關(guān)注小區(qū)邊緣UE的吞吐率相對整個小區(qū)總吞吐率，系統(tǒng)效率之間的平衡關(guān)系，以及單小區(qū)信道質(zhì)量和整個系統(tǒng)的總吞吐率之間的平衡關(guān)系。
ii.iii.4、自維護
自維護主要指自動化的小區(qū)故障管理特性包括小區(qū)失效的自動檢測功能和自動補償功能。小區(qū)失效的含義是，小區(qū)喪失或部分喪失提供無線服務的能力，包括小區(qū)不能在全部或部分地理區(qū)域提供服務，小區(qū)服務的用戶數(shù)量大大下降，小區(qū)的總吞吐率大大下降等場景。
小區(qū)損壞自動檢測功能監(jiān)測小區(qū)多項KPI，在發(fā)現(xiàn)KPI異常后可能需要驗證小區(qū)所服務的終端是否仍然可以發(fā)起業(yè)務，再判斷小區(qū)是否失效。一旦判斷小區(qū)失效，則向運營商發(fā)送告警。
小區(qū)失效自動補償功能嘗試恢復小區(qū)功能；如果失敗，則調(diào)整失效小區(qū)的周邊鄰區(qū)向失效小區(qū)的用戶提供服務；必要時，考慮調(diào)整這些鄰區(qū)的天饋參數(shù)，以滿足終端的QoS要求。
產(chǎn)業(yè)鏈
截至目前,所有主流設備廠商都發(fā)布了SON路標，華為在2009年發(fā)布了業(yè)界第一個LTE SON測試報告，主流運營商也通過標書，產(chǎn)業(yè)論壇演講等形式發(fā)布了的SON需求。因此在未來幾年內(nèi)，整個業(yè)界的SON技術(shù)水平將有極大提高，能夠支持運營商在不提升現(xiàn)有GSM、WCDMA宏網(wǎng)的OPEX相對收入占比的前提下，運營LTE宏網(wǎng)和WCDMA、LTE小站網(wǎng)絡，滿足日益增加的數(shù)據(jù)帶寬需求。
另一方面，部分SON技術(shù)方案需要終端向網(wǎng)絡報告額外的信息，例如自動鄰區(qū)優(yōu)化功能，移動性魯棒性優(yōu)化功能，最小化路測功能等。目前，越來越多的LTE終端開始支持這些SON相關(guān)空口信令，但尚未完全支持3GPP標準所定義的所有信令�？紤]到市場上GSM、WCDMA終端的存量非常大，而這些制式的SON空口信令正在逐步制定中，預計GSM、WCDMA終端難以在近期支持SON空口信令。但這些信令對于SON功能的效率至關(guān)重要，因此需要標準化組織，運營商，網(wǎng)絡廠商，終端廠商共同推動終端對SON空口信令的支持。
華為SingleSON的路標涵蓋G/U/L 3個制式分別的SON特性規(guī)劃，以及SingleRAN基站的SON特性規(guī)劃。其中LTE SON特性包含宏微共存場景的SON特性規(guī)劃。截止目前已經(jīng)形成3種制式統(tǒng)一的自配置解決方案，到2013年Q2將率先形成制式間、層次間協(xié)同的ANR、MDT特性。
技術(shù)遠景——Network Thinking能力
在多制式、多層次SingleRAN 場景下，網(wǎng)絡能夠自主的感知部署環(huán)境，網(wǎng)絡運營狀態(tài)，終端的感受，繼而智能的制定規(guī)劃、優(yōu)化、排障方案，并在運營商授權(quán)下自動實施。SingleSON就是網(wǎng)絡的這種 “思考”能力（即Network Thinking能力）。思考的內(nèi)容包括網(wǎng)絡自身的規(guī)劃、網(wǎng)絡自身的優(yōu)化，和網(wǎng)絡自身的治愈方案。網(wǎng)絡思考受到運營商基于策略的管理。具體的思考過程包括感知網(wǎng)絡狀態(tài)、診斷網(wǎng)絡問題，計算優(yōu)化建議，并在優(yōu)化措施實施后，確認優(yōu)化效果，必要時計算回退建議。
網(wǎng)絡思考的結(jié)果，是新的網(wǎng)絡配置參數(shù)，這些參數(shù)在運營商的授權(quán)下應用于網(wǎng)絡。具有思考能力和并能受控自動應用思考結(jié)果的網(wǎng)絡稱為可重配網(wǎng)絡（Reconfigurable Network）。
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