4G基站控制器的可靠性設計及其在故障排除中的應用

摘 要：隨著時代的發展，通信行業的水平也得到了進一步的提高。為了解決基站的可靠性，第四代移動通信系統（4G）開始選用微小區蜂窩、全IPV6無線協議和分布式控制的方式。作者基于4G技術框架和可靠性工程原則，對4G基站控制器的可靠性設計及其在故障排除中的應用進行了探討。

關鍵詞：4G基站控制器；可靠性設計；故障排除；應用

作為RAN核心的4G基站控制器，為了滿足市場的需求以及業務的要求，對原有的基站控制器進行了全面的改進。所使用的RF工作頻段的提高，系統容量也在大幅增加。因此4G的體制開始由宏觀轉向微觀，來支持低成本、高速率的移動互聯網接入業務區域。在每個信道條件下，進行非對稱的高速分組接入、更全面的安全性能，盡最大的可能建立2G與3G的蜂窩基礎設施，使QOS能夠以最低的成本達到有線網絡的水平。

1 目前4G基站控制器的現狀

近年來移動通信得到了更快的發展，在業務方面不斷進行著推陳出新，功能也在不斷增多，其作為信息基礎設施，面臨現代復雜的通信網絡以及設備，這些對系統的可靠性又提出了新的挑戰。一般情況下可靠性可以包括有效度、可靠度以及維修度這些方面。產品是否實用化和市場化主要依靠可靠性的成敗來決定。最具代表性的就是電信系統，其可靠性和測量規范要求基站控制器要求的指標是高于99.999%。移動通信系統的可靠性中起決定作用的是無線接入網的可靠性。在與有線通信系統的比較之下，RAN可靠性設計之所以成為難點，是因為當中存在一些限制性因素，例如用戶的不固定性因素、無線資源以及設備功耗等因素、地區不同因素、和通信鏈路相互關聯因素等。由此可見優化移動通信體系的架構的重要目標就是將系統可靠性進行提高。

2 4G基站控制器的可靠性分析

RAN中的基站控制器的引文縮寫就是RNC、有關的網絡連接以及基站收發器。圖1中RAN的基本結構詮釋了當前第三代移動通信系統。

從圖1中的可靠性分析可以看出，3G的RAN存在的問題有：基站控制器的單點失效。RNC與B點之間的方式是層次化的，而是使用單個RNC來控制多個節點B的方式。這種方式可以有效降低其成本，但是考慮到其可靠性的問題，就明顯帶有單點失效的趨勢。通俗的講就是，如果RNC發生故障，那么所有的節點B的通信將全部中斷，與其連接的所有小區的通信將都無法正常使用。根據目前的通信技術來看最有效的補救辦法就是提高RNC的可靠性或者增加本地的備用RNC。

一種高效、可靠的傳輸通道對于RAN與核心網絡中間的接口、4G基站控制內部的銜接等模塊之間的通信來說特別重要。就目前的形勢來看，網絡協議即將IPV6化的時代即將到來，但是3G只支持基于IP的業務，例如多媒體和Voice over IP等。在傳統技術中存在一定不足，例如SS7電路交換和ATM都處于一個過渡階段。由此看來，其還不能將IP所代表的分布式所具有的強生存潛力發揮出來。

目前移動通信系統還沒有達到固定通信系統的水平。自移動通信系統建立以來，用戶已經可以接受移動通話的不可靠性，對于經常性的掉話等現象也能夠容忍。這樣一來移動通信的可靠性的市場需求并不是很迫切，在科技技術上對其可靠性的研究也不是很成熟。只是從近幾年的發展來看，人們越來越離不開移動通信，甚至可以說移動通信已經成為用戶每天的必需品，也正因為這樣，移動通信一旦出現故障，將會造成不可估量的損失。因為有關調查表明，在城市緊急救援所有的電話業務中，來自收集的比例大概在40%以上。

而第四代移動通信系統RAN與第三代相比，有很多的優勢。首先擴展4GRAN是運用與Internet中的Peer-to-peer概念從頭至尾的無線ad-hoc以及格狀網絡來操作的，這樣可以有效提升系統的生存能力以及容錯性。移動Ad-hot網絡的特點有強動態、全分布式、自組織等。這些特點一般可以適用于道路交通、緊急救援、會議等方面，這也可以使蜂窩網絡系統的頻率以及寬帶的利用率得到有效提高。4G一般采用的是全IPV6協議來傳輸無線網絡，也就是說IPV6不僅可以使用在核心網中，也可以應用在RAN中，而且由目前的趨勢來看，新型的空中接口也即將支持IPV6。4G一般采用靈活、無縫的全IPV6的網絡設施來將網絡的移動性和拓展性體現出來，因為其不但可以支持有線而且也能夠支持無線的接入這就可以形成空間范圍無處不在的信息網絡。傳統的1G、2G以及PSTN等只有通過特定的網關連接才可以實現IPV6的全球化。Ipv6的應用不但可以運用互通和互操作能力，能夠更好地利用網絡資源，還可以使網絡傳輸的成本大大降低，以適應市場的需求。

3 4G基站控制器的可靠性故障檢測以及恢復

4G基站控制器可靠性設計中各功能實體對故障的及時檢測以及故障排除也是非常關鍵的。所謂的故障檢測指的就是看門狗計時器，其可以使用一個獨立的軟件進程或者獨立的硬件處理器來檢測數據的完整性以及系統容量、有效性等。采集的有關數據可以將復雜的故障的診斷以及經驗模型通過人工智能技術來建立，也可以將有關的數據記錄到審計日志當中去。借鑒裁決器和斷點恢復的故障防范技術來有效減少故障的傳播?；究刂破髋c另外的硬件、軟件和網絡構成的系統基本一致，都要根據實際的狀況和環境因素、網絡還有人為因素所引起的故障，進行預測和預防、以及排除所發生的故障等可靠性設計。

在實際的實行過程中，不能只采用硬件可靠性技術或者軟件可靠性技術，必須將兩者進行結合使用，這樣才會體現出技術的優勢，最為有效的方法就是故障的檢測可以使用硬件來有效、快速地解決，而掛賬的恢復就可以使用軟件來完成。從總體上來看，4G基站控制器的軟件和固件可以分為三個步驟來實現：具有通信功能的嵌入式實時數據庫、嵌入式實時操作以及嵌入式實時控制系統。硬件上就可以直接御用RTOS，它就可以實現中斷處理、資源分散以及隊列理念、消息或管道、文件管理以及系統維護、網絡通信等等問題。運用RTOS來實行嵌入式實時控制軟件工作，一般情況下都能夠將軟件加載和系統復位、處理各協議和變化、故障診斷和恢復、設計和性能測試等工作處理掉。而嵌入式一般都只進行存取靜態以及動態的操作，使數據庫能夠保障其完整性與其一致性，提供恢復機制和備份等，這些都是在系統后端來進行實施的。

4 結束語

文章通過對4G基站控制器的設計、故障檢測以及故障排除的分析，認為我們應該對四代移動通信系統建立一個可擴展、全IP的具有可靠性的RAN平臺。并著重將每一個實體能夠分開來，并且使各實體之間保持現松耦合的相互支援。這個平臺逐漸會使上層的寬帶以及多媒體業務能夠更好開展，并且為其提供更多的選擇來支持可靠性與性能之間的平衡。此次的研究可以普及到其他模塊，御用核心網網關來實現4G基站控制器的故障檢測，而核心網服務器的設計可以使用4G基站控制器的節點池機制。

參考文獻

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