4G新技術—LTE SON

在未來的網絡中，由于不同的網絡共存，網絡將變得更加復雜，大量無線參數和數據將使網絡優化人員的工作量大幅提高，而運營商希望降低運營成本及人工干預。于是在這一背景下，EUTRAN系統的SON(自組織網絡)特性被作為3GPP的重要研究方向。

??? 運營商對SON的需求漸增

??? SON是在LTE的網絡的標準化階段由移動運營商主導提出的概念，其主要思路是實現無線網絡的一些自主功能，減少人工參與，降低運營成本。

??? NGMN中的移動運營商對SON的部署有強烈的需求，于是紛紛投入SON需求的研究，發布有關SON的白皮書和建議書。3GPP也在重點研究SON和當前電信管理網絡的實現方案。歐盟也在進行兩個相關項目，一個主要由歐洲主要運營商、設備商共同承擔，從SON的技術方案、實現方法及驗證平臺入手，研究SON對網絡運維產生的影響；另一項目是利用感知無線電和分布式感知原理進行前沿重點研究。

??? 3GPP確定接入網結構主要由演進型eNodeB和接入網關（AGW）構成。eNodeB由R6階段的NodeB、RNC、SGSN、GGSN四個主要網元演進而來，eNodeB之間通過X2接口采用網格（mesh）方式互連，同時還建議當某eNodeB需要同其它eNodeB通信時，這個接口總是存在，支持處于LTE_ACTIVE狀態下手機的切換。E-NodeB與AGW之間的接口稱為S1接口，S1接口支持多對多的AGWs和eNodeB連接關系，eNodeB通過S1接口與EPC（EvolvedPacketCore）連接。3GPP EPS（Evolved Packet System）的結構中包含了X2和S1接口（圖1），因此SON可以通過上述接口來完成。

圖1 3GPP EPS結構圖

??? SON的四大功能

??? LTE系統中的SON功能與ad-hoc自組織網絡有很大差別。Adhoc網絡是一種特殊的無線移動網絡，網絡中所有結點的地位平等，無需設置中心控制結點；網絡中的結點不僅具有普通移動終端所需的功能，而且具有報文轉發能力。與普通的移動網絡和固定網絡相比，ad-hoc具有無中心、自組織、多跳路由、動態拓撲四大特點，這使其在體系結構、網絡組織、協議設計等方面與普通的蜂窩移動通信網和固定通信網有顯著區別。

??? 而SON具有下述四大功能。

??? 自配置：eNodeB即插即入、自動安裝軟件、自動配置無線參數和傳輸參數、自動檢測、鄰接關系的自動管理等。自配制能減少網絡建設開通中工程師重復手動配制參數的過程，減少網絡建設難度和成本。

??? 自優化：根據網絡設備的運行狀況，自適應調整參數，優化網絡性能。傳統的網絡優化，可以分為兩個方面，其一為無線參數優化，如發射功率、切換門限、小區個性偏移等；其二為機械和物理優化，如天線方向和下傾、天線位置、補點等。自優化只能部分代替傳統的網絡優化。自優化包括覆蓋與容量優化、節能、PCI自配置、移動健壯性優化、移動負荷均衡優化、RACH優化、自動鄰區關系、小區內干擾協調等。

??? 自治愈：通過自動告警關聯發現故障，及時隔離和恢復。

??? 自規劃：動態地自動重計算網絡的規劃，如系統擴容時的站點規劃和無線參數配置。

??? SON的三大架構

??? SON的架構分集中式、分布式和混合式三種，三種架構各有優缺點，不同的用例采用的架構不同，現在多數用例傾向采用混合式架構。

??? 集中式目前主要在網管系統上實現，分布式是通過SON分布式來實現。二者各有優缺點：集中式的優點是控制范圍較大、互相沖突較小，缺點是速度較慢、算法復雜；分布式與其相反，可以達到更高的效率和速度，且網絡的可拓展性較好，但缺點是彼此間難協調。混合式可結合兩者的優點，但缺點是其設計變得更加復雜（圖2）。

?圖2 SON的三大架構示意圖

??? LTE SON標準研究最新進展

??? 關于LTE SON的標準推進，3GPP設置了4個技術專家組進行標準制定，分別進行GERAN（GSM和EDGE無線接入網）、RAN（無線接入網）、SA（業務與系統方面）、CT（核心網與終端）的研究。

??? 其中SA5工作組的研究原則是與3G體系架構和網絡設備技術發展保持同步，研究與之相適應的網絡管理框架和管理需求。2008年4月21日至25日，3GPP標準組織SA5工作組在成都召開SA5#59會議，決定成立SON子工作組，專門討論SON相關議題（eNB自動發現、自動安裝、自動配置、自動優化和自動恢復等）。運營商如沃達豐、T-Mobile要求盡快完成標準制定。

??? RAN3主要討論SON的相關用例需求和解決方案，定義X2/S1的接口部分。RAN3在今年需完成四個主要用例研究，分別是覆蓋與容量優化、移動健壯性優化、移動負荷均衡優化和RACH優化。

??? 挑戰

??? 無線系統是非常復雜的系統，僅3G系統的性能指標就有幾千個，配置參數也有上千個，這么多輸入輸出的系統，要想進行自動優化非常困難，需要使用許多高級數學理論才能達到效果，因此業界需要研究一個適宜的網絡架構。中國三家運營商的網絡規模大、覆蓋廣，可采用分布式SON架構，因為其響應速度快、擴展性好，可減少其對網管系統的依賴。

標準方面，SON在未來要支持開放的接口及互聯互通，支持多廠商SON功能的互聯。

??? 算法方面，業界需進一步研究SON的算法，使其更加高效、收斂速度更快。此外由于某個參數的調整會影響到其它相關性能，因此需進一步評估其產生的增益以使運營商可以了解SON的相關功能是否真正起到作用或帶來其它負面效果。

??? 另外，目前人們對SON的研究領域較少，主要集中在自配置和自優化，未來需進行更多用例方面的研究，如保證用戶的QOS、網絡參數優化等。

??? 最后，終端最貼近用戶需求，網絡能夠直接反應用戶感受，終端的反饋也能為網絡提供問題檢測及跟蹤能力。因此網絡與終端廠商需共同參與SON的研究，以達到最佳效果，