Abis接口用戶位置信息智能學習方法

舒忠玲，周麗嫻，張治中，雒江濤

(重慶郵電大學通信網與測試技術重點實驗室，重慶400065)

1 概述

1.1 Abis接口信令監測的意義

Abis接口是GSM網絡中離無線環境最接近的一個有線網絡接口。如圖1所示，Um接口為手機和基站之間的無線接口。Abis接口是基站和BSC之間的有線接口。通過對Abis接口的信令進行分析，可以實時了解GSM網絡的無線環境，包括干擾、信號強度、覆蓋分析等等。

圖1 Abis接口示意圖

隨著通信運營商對網絡質量標準的進一步提高，對Abis接口的信令監測逐步提上日程。手機終端在進行GSM網絡業務時，會通過Abis接口與BSC交互，按照GSM規范，手機終端在專用無線信道申請成功后，會每間隔480 ms向BSC上報一條測量報告消息，該消息中包含手機終端當前所處小區的無線測量信息和當前小區的鄰區的無線測量信息。BSC和手機終端都依據這些測量報告信息進行功率控制、判斷是否切換等等。這些測量信息包括空口的上下行質量、上下行電平、上下行干擾等等。把GSM網絡中Abis接口的信令采集下來并進行解碼分析，提取測量報告中上報的無線參數，相當于每個用戶都是一個路測實體，GSM網絡中的眾多臺終端就成為路測設備對網絡進行測試［1］。對成為這些測試結果進行統計分析，可以達到評判小區質量的目的，可以快速協助網絡優化人員找到需要優化的小區。目前中國移動已經出臺這方面的規范，用來指導Abis接口信令數據的采集和分析。

1.2 Abis接口檢測難點和現狀

把Abis接口的信令消息采集下來后，通過解析發現一個問題，即這些信令消息絕大部分都不攜帶當前小區所處的位置區號和小區號。通過手機終端上報的測量報告消息中的鄰區標識填寫了基站色碼、小區色碼，并不明確攜帶鄰區的位置區號和小區號。這導致若有某條測量報告消息顯示無線環境很差，卻無法定位到該無線小區。如果不能通過其他途徑明確每條測量報告消息是哪個無線小區上報的，那么整個信令分析系統對GSM網絡優化的幫助就很有限。因此首要的難點是要找到識別Abis信令消息所屬小區的辦法。

目前在做Abis接口解析時，所使用的方法主要還是靜態配置的方法。例如把采集鏈路與小區的對應關系事先配置好，當某個采集信道采集上來消息時，依據配置判別其當前的小區號。另外鄰區關系也需事先配置好，基于這些配置Abis解析進程再啟動解析，從而進行鄰區的識別［2］。

這種方案雖然可行，但是卻犧牲了靈活性。當網絡的小區配置有變化時，必須對應修改靜態配置，而小區的修改是經常發生的事情，因此也必須不斷維護Abis解析進程的配置，后續維護的工作量巨大。

基于以上所述問題及現狀，本文將描述如何自動化地識別當前小區和鄰區，且當網絡配置有變化時，可以自動感知，不需要人工干預。

2 位置信息智能學習方法

測量報告消息所攜帶的內容大致如下:

1)當前小區的上下行信號強度、質量、干擾;

2)鄰區1的信號強度、質量和頻點;

3)鄰區2的信號強度、質量和頻點;

4)鄰區3的信號強度、質量和頻點;

5)鄰區4的信號強度、質量和頻點;

6)鄰區5的信號強度、質量和頻點;

7)鄰區6的信號強度、質量和頻點。

一條測量報告消息中可攜帶0～6條鄰區的測量信息。對補全測量報告消息，既要補全當前小區的位置區號、小區號，也要補全鄰區的位置區號、小區號。

2.1 當前小區位置區號、小區號補全方法

目前Abis接口物理上還是采用E1的方式或者采用CPOS方式傳輸，采集鏈路物理信道與BTS所屬的位置區、小區有一定的映射關系，同一個采集鏈路物理信道上的信令應該是同一個小區的。目前標識一條Abis采集鏈路物理信道的信息主要包括采集機號、板卡號、端口號、時隙號。如果某一條物理鏈路上某一條信令消息攜帶位置區、小區信息，即可建立一種對應關系:該鏈路上采集的所有消息都屬于該位置區和小區。基于這種映射關系，可以利用學習機制學習到幾乎所有專用信道的位置區、小區。

目前Abis接口主要是系統消息3和系統消息6攜帶用戶當前所處的位置區/小區。

2.2 測量報告消息中鄰區位置區號、小區號的補全方法

測量報告消息里可能攜帶0～6個鄰小區的電平值，但是不攜帶鄰小區的位置區/小區等信息，只攜帶鄰小區的NCC(網絡色碼)、BCC(基站色碼)和鄰小區的BCCH頻點。其中鄰小區的NCC和BCC分別為3 bit，區分度不夠，一個省級GSM網內有上萬個小區，重復的概率很大，不能直接通過NCC，BCC和BCCH頻點索引某個位置區/小區。

在一個小區周圍最多的6個鄰區中，NCC+BCC可以唯一確定是哪個鄰區。因此需要建立如下索引，以便在把MR消息解碼完成后，通過該索引填充上鄰區信息。

索引方法如下所示:

{位置區/小區(當前)，NCC，BCC}→{位置區/小區(鄰區)}

基于第1節中描述的內容，位置區/小區(當前)可以通過采集鏈路信息自學習得到。但是鄰近小區信息無法通過鏈路信息得到。從Abis接口信令協議上分析，只有相鄰的小區才可能發生切換，因此考慮利用切換來積累鄰區關系［3-5］。

Abis接口的切換過程的示意圖如圖2所示。

圖2 切換過程信令交互圖

當用戶通信過程中，由基站BTS1切換到基站BTS2下，此時Abis接口的信令過程如圖2所示［6］。

首先由BSC在新信道上發送Channel Activation消息給新小區BTS2，讓BTS2在對應的信道上開功率放大器，BTS2完成后，向BSC回復Channel Activation Ack信息，告知BSC已開功率放大器［7］。BSC再在原信道上向終端發送Handover Command消息，通知終端接入到BTS2下對應的信道上，終端收到該消息后，會嘗試在新信道上連接BTS2。當BTS2感知到用戶已經連接上來時，會向BSC發送Handover Detect消息，告知BSC，切換成功。

由于切換一定是發生兩個相鄰的小區之間。只要發生一次切換，即可記錄一次鄰區關系。不斷積累切換過程，通過一段時間后，即可積累完成所有切換關系。

下面具體分析圖2對應的切換過程中的這些信令消息［8］。這些消息所攜帶的關鍵信息如下。

Channel Activation消息:

1)位置區/小區(新小區);

2)Channel Type(信道號)、Ts Num(時隙號)、TEI(載頻標識);

3)激活類型(為2);

4)HORef切換參考。

Channel Activation Ack消息:

1)位置區/小區(新小區);

2)Channel Type(信道號)、Ts Num(時隙號)、TEI(載頻標識)。

Handover Command消息:

1)位置區/小區(原小區);

2)Channel Type(原信道號)、Ts Num(原時隙號)、TEI(原信道TEI);

3)Channel Type(新信道號)、Ts Num(新時隙號)、BCC、NCC、BCCH ARFCN;

4)HORef(切換參考)。

Handover Detect消息:

1)位置區/小區(新小區);

2)Channel Type(新信道號)、Ts Num(新時隙號)、TEI。

上述關鍵消息中的位置區/小區號都是通過鏈路自學習得到，信令消息中本身不攜帶位置區、小區。如果能把切入和切出確認關聯，則可以得到以下映射關系:

{位置區/小區(原小區)，BCC(新小區)、NCC(新小區)}→{位置區/小區(新小區)}

通過以上映射不斷積累此關系即可得到一張很大的映射表，可解決MR消息中鄰區的位置區、CI的回填問題。

其中還存在一個問題，該問題核心在于如何才能確認切入和切出是同一個業務流程中發生的切換。通過分析這些消息攜帶的關鍵信息，可以得到如下結論:如果Channel Activation消息中新信道的信道號、時隙號和切換參考和Handover Command中的信道號、時隙號和切換參考一致，則這兩條消息疑似屬于一個切換流程。之所以說疑似，是因為這里信道號、時隙號和切換參考作為關聯的鍵值存在很大重復的概率，不屬于同一個切換流程的消息也存在這些值都相等的可能，通過分析現網的數據，這種重復的比例大概有5%左右。

為此考慮統計學算法，不斷積累疑似關聯的Channel Activation和Handover Command消息的映射關系，并記錄疑似關聯次數，積累到一定的數值時，正確關聯的概率應該很大，錯誤的關聯的概率應該很小。具體算法如下:

Channel Activation消息來臨時，插入如下索引1:

{Channel Type，Ts Num，HORef}→{位置區/小區(新小區)}

用新信道的信道號、時隙號和切換參考索引新信道所屬的位置區/小區。Handover Command也攜帶新信道的信道號、時隙號和切換參考，但Handover Command攜帶舊小區的位置區號和小區號。當Handover Command消息到來時，如果其中新信道號、時隙號和切換參考一致，則為疑似關聯，此時Handover Command消息有新小區的NCC和BCC等值，此時建立如下索引2:

{位置區/小區(原)，NCC，BCC}→List{位置區/小區(新)，count}

如果索引已經存在，則計數值count遞增1。通過不斷分析網絡上的切換過程，學習一段時間后，遍歷索引2中的記錄，如果某個{位置區/小區，NCC，BCC}對應的隊列中某個結點的計數達到設定的大小，并總次數占比大于60%以上，即可確認該結點是正確關聯。

通過上述算法，在現網中驗證，鄰區的正確性達到100%，一般學習1 h，如果某個結點的次數大于1 000，并且占比達到60%以上，即可確認該關聯關系。

3 智能學習方法實現

在上述關聯學習算法的基礎上，數據結構定義如圖3所示。Hash表1來學習和存儲鏈路信息與位置區、小區號的對應關系。默認每24 h更新一次。

圖3 自身LAC/CI索引示意圖

實現步驟如下:

當采集到系統消息3或者系統消息6時，依據解碼結果中的參數和采集鏈路的信息，在上述Hash表中插入記錄。

當采集到其他消息時，查詢上述Hash表，如果查到，則在解碼結果中補全位置區、小區信息。

每天學習一張新表，供第二天使用。第二天使用第一天的學習結果，第三天使用第二天的學習結果。以此類推。采集鏈路的變化，系統的更正時間為1天。

Hash表2用來學習鄰區關系，實現原理如圖4所示。

圖4 鄰區索引示意圖

Key值為當前小區的位置區號、小區號和鄰區的NCC、BCC，索引的Value值為鄰區的鏈表，每個節點都有一個計數。

當找到一組疑似的HandoverCommand和ChannelActivation關聯時，查詢上述Hash表，如果鏈表中對應的結點已經存在，則其計數值增加1。如果鏈表中對應的結點不存在，則在鏈表中增加一個新結點，其計數值為1。每次插入都把鏈表中計數最大的節點放在鏈表頭部。如果鏈表中某個結點的計數值大于1 000，且其占所有結點加起來的總次數的占比大于60%，就認為該結點是正確的鄰區關系，并把該節點移動到鏈表的頭部。

此外，每30 min更新一次計數。更新時，所有節點的次數都減去最大節點數的一半，減去后如果為負，則置0。更新的目的在于使得小區信息有變化時，新的關系在次數上，可以很快占據計數優勢。

當收到測量報告消息時，用當前小區的位置區、小區號和鄰區的NCC、BCC作為Key值，查詢此Hash表，如果沒查到，則不處理;如果查到，如果鏈表頭部節點中計數值大于1 000并且占鏈表中所有結點計數值和的總占比大于60%，則認為查詢結果有效。把查詢結果回填到解碼結果中。

基于上述算法，在現網網絡參數有變時，系統不用人工干預，即可在有限的時間內感知到系統參數的變化，可以做到無人干預的長期運行。

4 測試結果及分析

中國移動為了推進A+Abis接口網絡優化，在2012年6月正式完成了A+Abis網絡優化的一系列規范。這些規范包括:《中國移動信令監測系統接口規范—信令采集網關分冊 v2.0.0》［4］、《中國移動信令監測系統設備規范—信令采集網關分冊 v2.0.0》、《中國移動信令監測系統接口規范—信令共享平臺分冊v2.0.0》、《中國移動信令監測系統設備規范—信令共享平臺分冊v2.0.0》。

在這些規范的基礎上，中國移動組織了國內一些廠家在全國各地進行了試點。為了驗證Abis學習方法的效果，本次驗證的數據來源為北京移動試點項目。數據采集范圍為北京移動19個BSC的Abis接口的數據。覆蓋范圍主要包括北京城區。

本文通過兩種測試驗證方案，第1種測試方案是把智能學習程序的學習結果和北京移動的工參表進行比對，驗證學習結果是否正確。經測試，19個BSC數據，一共有8 488個無線小區，通過學習程序學習到的鄰區關系和北京移動的工參表對比，一致率為99.5%。測試結果如圖5所示。測試范圍內總小區數目為8 488個，其中鄰區和局方工參對比完全匹配的有8 442個小區，這里完全匹配是指該小區的所有鄰區都匹配，比如一個小區有6個鄰區，則這個6個鄰區必須和工參全部匹配;小區的鄰區中有一個與工參不匹配的有30個小區，這包括部分小區少1個鄰區的情況;有2個不匹配的有10個小區，有2個以上的一共有6個小區。

圖5 測試結果

第2種測試方案為利用鄰區學習的結果關聯Abis接口切出和切入過程，判別關聯后的切入過程中的 Handover Detect消息中的BSIC、BCCH頻點號是否和切出時Handover Command消息攜帶的BSIC、BCCH頻點一致。如果不一致，則屬于鄰區關系學習錯誤，導致錯誤地關聯了該切入和切出過程。測試數據為北京移動現網2012年12月26日13點至15點，約3 h的BSC的數據，原始信令總量大約20 Gbyte。回放時間大約歷史1.5 h。經測試，程序統計的不一致數目為0。

結合上述分析，與工參對比存在少量誤差的原因可能是因為有些小區參數調整沒及時體現在局方的工參中導致的。通過以上測試，經過現網驗證，說明本算法有良好的適應性，學習成功率很高。

本方法的核心本質是讓不確定的關系，按照概率論的思想，正確的鄰區關系應該在疑似鄰區關系中出現次數最多，其他因為區分度不夠而錯誤關聯的鄰區關系應該是相對較少的。通過統計學的方法，在大規模統計計數的背景下，讓正確的鄰區關系脫穎而出。通過現網實際數據的驗證，使用效果良好。

綜上所述，本文所述在現網上有良好的表現。可以應用于具體的工程實施。本方法目前已應用于商用級別的產品中，有良好的效益。

5 結束語

結合Abis采集鏈路的特點和Abis接口消息中的特征，利用概率論的知識，很好地解決了Abis接口MR消息中當前位置區、小區和鄰區位置區、小區的填寫問題，完成了位置區、小區的填寫后，即可利用MR消息中的測量報告，對各個小區的通信質量進行各維度的統計，如弱電平MR占比、強干擾MR數目占比等等，很好地反應各個小區的無線質量，為GSM網絡的無線網絡優化提供有力的支撐。

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