移動通信系統手機接入網絡階段異常事件處理方法

黃恒綏李陽德蔡麗金

(1.廣西深睿科技有限公司，廣西 南寧 5300004；2.中國移動通信集團廣西有限公司，廣西 南寧 5300004)

移動通信系統手機接入網絡階段異常事件處理方法

黃恒綏1李陽德2蔡麗金2

(1.廣西深睿科技有限公司，廣西 南寧 5300004；2.中國移動通信集團廣西有限公司，廣西 南寧 5300004)

隨著移動通信技術的快速發展，移動通信網絡已成為信息通信的重要系統，而作為UMTS的長期演進的LTE，它改進并增強了3G的空中接入技術。其中，OFDMA、SC-FDMA、MIMO是LTE中的核心技術。LTE系統的目標包括改善小區邊緣用戶的性能，降低系統時延，增強網絡開放性。實現該目標的同時，系統承載的服務和內容急劇增多，用戶對移動通信服務質量的感知也越來越敏感，為了提高服務質量，提取各種相關的性能指標，文章提出并設計一種LTE系統手機接入網絡階段異常事件的處理方法，并給出實現框架，為移動網絡優化與測試提供一種更為便捷的輔助手段。

移動通信系統；手機接入網絡；LTE

3G移動通信的發展推動了移動數據業務和移動互聯網應用的發展，而移動數據與移動互聯網應用業務的發展又對移動帶寬性能提出了更高的要求，這直接驅動了 LTE 技術與產業的發展。

TD-LTE 作為 LTE 的時分模式技術，具有“GAS”優勢：“G”（Global，全球化），“A”（Asymmetric，非對稱）和“S”（Synergetic，共融性），更適合未來移動業務的應用。

LTE以其高速、寬帶、低時延等特性，有效提升了用戶的移動業務體驗， 能夠更好地滿足用戶的業務需求。作為新一代寬帶無線移動通信的領軍技術，LTE已經在全球快速展開商用。剛剛過去的2014年，更是LTE快速發展和突破的一年，LTE 在商用市場和網絡與終端產品成熟度方面取得了顯著進展[1-2]。

而近兩年在LTE運行工作過程中，由于各廠家設備的網絡性能存在顯著性差異，導致了大部分設備的網絡異常，影響了用戶的網絡接入，出現接入異常告警事件，但由于異常記錄的手段復雜繁瑣，缺乏有效的異常事件監控機制，導致了網絡異常定位慢，用戶體驗滿意度低的結果。本文基于LTE移動通信系統，提出手機接入網絡階段異常事件處理方法，通過手機或終端設備記錄錯誤信息，快速定位LTE移動通訊網絡運行質量問題，為話務統計提供有效的測量報告，解決無法記錄手機在接入網絡的階段出現的異常錯誤，提升用戶的滿意度[3]。

1 系統概述

LTE網絡在實施部署及測試中對測試設備的能力以及測試方式與之前的移動網絡有所不同，網絡測試是LTE發展產業鏈上關鍵的一環，在移動互聯網時代復雜的網絡環境下，LTE測試主要面臨以下困難：

（1）兼容性。日益增長的LTE部署為測試設備提供商提出了重大挑戰，移動終端除了需要適應最新的LTE標準，還能兼容2G、3G業務，為用戶提供完整的用戶體驗。

（2）測試成本及時間。與3G測試不同的是，LTE測試項目多，異常種類繁雜，如何設計一種快速有效的測試方法降低測試時間和成本，已經成為一種LTE測試的重點。

（3）無法有效獲取無線數據進行分析，增加了網絡管理和優化的復雜性，傳統的協議分析表已經難以滿足當前 LTE的測試需求。

移動通信系統可以通過話務統計提取各種性能的測量報告，從話務統計中可以清楚的了解設備的好壞、網絡的運行狀況。話務統計由很多計數器構成，而話務統計則是不同的計數器在不同的時段的組合（如話務統計計算公式）。網絡管理人員就是從運行參數中得到網絡運行質量的信息的[4-6]。

話務統計能提供進行移動網絡的量度、規劃設計、運行和管理的數據，以使網絡性能達到最佳。 最佳的含義包含資源的合理配置、經濟性兩個方面。移動通信網的話務統計主要有以下任務：

（1）測量移動通信網的話務量，包括所有用戶的話務量和信令的話務量；

（2）檢驗網絡的服務質量，比如接通率、掉話率、擁塞率等；

（3）掌握系統的可用性，比如信道可用數目；

（4）檢驗網絡的配置，使資源的利用最合理、最經濟，比如疏忙、均衡話務等。

本文依據當前LTE測試存在的問題以及話務統計的任務內容，并結合實際的網絡優化需求，除了完成基本的話務統計功能，還能記錄手機等移動終端設備在接入LTE移動網絡的過程中出現的異常，這些異常信息無法被傳統的話務統計方法所記錄，網絡優化的維護人員也無從得知，但接入階段的異常信息，往往又非常影響客戶的感知，影響用戶的感受度，因而本文提出的手機接入網絡階段異常事件處理方法具有重要意義，以下是本系統實現的功能：

（1）采集話統數據，并對數據采集過程進行管理；

（2）跟據采集的話統數據生成話務統計結果；

（3）把話務統計結果傳送到操作維護系統；

（4）在操作維護系統中存儲、分析話統結果，并向維護人員顯示結果；

（5）記錄處于手機接入階段的異常信息。

（6）將測試結果導入日常數據報表，進行有效的數據規劃，解決后臺數據的局限。

2 LTE接入原理

UE選擇合適的小區進行駐留以后，就可以發起初始的隨機接入過程了。LTE中，隨機接入是一個基本的功能，UE只有通過隨機接入過程，與系統的上行同步以后，才能夠被系統調度來進行上行的傳輸.LTE中的隨機接入分為基于競爭的隨機接入和無競爭的隨機接入兩種形式。初始的隨機接入過程，是一種基于競爭的接入過程，可以分為前導序列傳輸、隨機接入響應、MSG3 發送以及沖突解決消息四個步驟。

（1）用于競爭的隨機前導序列，又被分為 GroupA和GroupB兩組。其中GroupA的數目由參數preamblesGroupA來決定，如果GroupA的數目和用于競爭的隨機前導序列的總數的數目相等，就意味著GroupB不存在。GroupA 和GroupB的主要區別在于將要在MSG3中傳輸的信息的大小，由參數messageSizeGroupA 表示。在GroupB存在的情況下，如果所要傳輸的信息的長度(加上MAC頭部，MAC控制單元等)大于 messageSizeGroupA，并且 UE能夠滿足發射功率的條件下， UE就會選擇GroupB中的前導序列。

（2）當eNB檢測到UE發送的前導序列，就會在DL-SCH上發送一個響應，包含：檢測到的前導序列的索引號、用于上行同步的時間調整信息、初始的上行資源分配(用于發送隨后的MSG3)，以及一個臨時C-RNTI，此臨時的C-RNTI將在(沖突解決中決定是否轉換為永久的C-RNTI。在RAR消息中，還可能存在一個backoff指示，指示了UE重傳前導的等待時間范圍。如果UE在規定的時間范圍以內沒有收到任何RAR消息，或者RAR消息中的前導序列索引與自己的不符，則認為此次的前導接入失敗。UE 需要推遲一段時間才能進行下一次的前導接入。推遲的時間范圍由 backoff indictor來指示，UE可以在0 到BackoffIndicator之間隨機取值。這樣的設計可以減少UE在相同時間再次發送前導序列的幾率。

（3）UE接收到RAR消息，獲得上行的時間同步和上行資源。但此時并不能確定RAR消息是發送給UE自己而不是發送給其他的UE的，由于UE的前導序列是從公共資源中隨機選取的，因此存在著不同的UE在相同的時間—頻率資源上發送相同的接入前導序列的可能性，這樣他們就會通過相同的RA-RNTI接收到同樣的RAR。而且UE也無從知道是否有其他的UE在使用相同的資源進行隨機接入，為此UE需要通過隨后的MSG3 和MSG4消息來解決這樣的隨機接入沖突。

（4）如果在mac-ContentionResolutionTimer時間內，UE接收到eNodeB返回的ContentionResolution消息，并且其中攜帶的UE ID與自己在Msg3中上報給eNodeB的相符，那么UE就認為自己贏得了此次的隨機接入沖突，隨機接入成功。并將在RAR消息中得到的臨時C-RNTI置為自己的C-RNTI，否則的話UE認為此次接入失敗，并按照上面所述的規則進行隨機接入的重傳過程[7-8]。

在接入過程中出現的失敗是系統不能記錄，維護人員不得而知的，而又是嚴重的網絡問題，作為網絡維護人員，很有必要了解什么時候，在什么基站下面手機和網絡連接失敗，因而本文的研究具有重要意義。

3 系統詳細設計

本系統組成包括：手機或終端，數據庫和應用服務系統，以及桌面應用軟件等幾個主要組成部分，系統的設計框架如圖1所示[9,11]。

圖1　系統設計框架

3.1手機和終端設備

通過軟件升級和硬件改造的手機，為數據庫服務器和應用服務器提供原始測試數據。主要功能包括：

（1）使用SD卡等存儲介質，記錄網絡問題，特別是接入階段系統無法獲知的呼叫事件，發生時間，以及嘗試接入或者連接的小區；

（2）使用SD卡等存儲介質，保存通話過程中的空中接口信令數據；

（3）通過無線或連接線方式上傳數據到指定數據存儲服務器；

（4）具有GPS功能，能夠記錄發生時間的經緯度；

（5）測試數據包括網絡通話信令數據和GPS數據，并自動匹配二者數據；

（6）如有必要接收系統配置文件，按照配置模式完成測試。

3.2數據庫系統

數據庫系統主要作用是集中和管理手機或終端設備上傳的數據，并對海量數據進行初級分類和整理，為應用服務系統提供進一步分析處理的原始數據和資料，同時為了保證數據庫系統的安全，需要進行備份管理，備份就是數據的副本。此副本包括數據庫的重要部分，如控制文件和數據文件。備份是為避免意外的數據丟失和應用程序錯誤而采取的保護措施。萬一丟失原始數據，可以使用備份重新獲得這些數據。對一個數據庫來講，備份就顯得更為重要了。

恢復即還原一個物理備份，就是重新構造此物理備份并使其可用于Oracle或SQL Server服務器。恢復一個還原的數據文件就是使用重做記錄對其進行更新，如在進行備份之后對數據庫所做的更改記錄等。例程失敗后，Oracle或 SQL Server會自動執行崩潰恢復和例程恢復。與例程恢復不同，介質恢復需要發布恢復命令。即當數據庫因為各種物理原因發生錯誤時，需要數據庫管理員在數據備份的基礎上采取合適的恢復方法，經過人工操作使數據庫的正常工作。

基本的備份與恢復原則十分簡單，在此基礎上數據庫管理員根據具體情況制定切實可行的備份與恢復策略。一般來說，備份與恢復的基本思想是：在不同磁盤上維護聯機重做日志的多個相同副本；將重做日志歸檔到多個位置，或經常備份歸檔的重做日志；維護控制文件的多個并發副本；經常備份數據文件和控制文件，并將它們存儲在安全的地方。

3.3應用服務系統

應用服務系統主要是對采集的測試數據按照分析模型進行統計、分析和處理，并輸出結果。

3.4桌面系統

桌面軟件系統主要作為應用服務系統的客戶端軟件，并提供用戶管理和權限管理的服務，該服務的組成如圖2所示：

圖2　用戶與權限管理功能組成圖

系統提供按用戶角色對用戶進行權限管理，每個用戶角色可以分配相應的系統權限，用戶若屬于該用戶組則用戶擁有該角色的權限，對于單個用戶還可以在其所擁有的角色權限基礎上進行其特殊權限的設定。

4 結語

本文在LTE移動通信系統環境下，針對異常事件，尤其是在OFDMA、SC-FDMA手機同步階段（接入網絡階段）發生的異常事件提出處理方法，并報告給網絡維護人員，根據報告，檢查設備運行情況，及時排除故障，做好網絡的維護和優化工作，提高網絡質量，提升手機用戶滿意度。該方法擴展到手機的通話階段的異常事件也記錄下來，同理報告給網絡維護人員，輔助網絡維護和網絡優化。本文設計的系統功耗低、體積小、部署簡單，創新性強：

（1）海量路測數據需求與昂貴測試成本之間的矛盾

長期以來困擾無線網絡優化行業的一個重要問題是：采用傳統路測判斷網絡運行的必然問題需要海量測試數據支持，但是專業測試手機價格昂貴，測試過程也費時費力費錢，傳統模式的路測方式發現網絡運行質量規律性問題的性價比不高。

（2）測試者與使用者合一的數據采集模式

本系統采用手機軟件＋硬件改造方案，大量普通用戶使用，集普通手機與測試手機于一體，真實通話數據就是測試數據，完全改變了傳統路測模式定位網絡問題的模式。

（3）數據庫方式集中管理海量歷史數據

手機網優系統集中管理海量測試數據，無論服務器端還是客戶端都采用數據庫，有別于傳統路測軟件文件方式管理測試數據的方式，確保歷史數據完整，查詢和共享便利。

[1] 蔣宇.無線通信 4G關鍵技術淺析[J].電子技術與軟件工程,2014,(12):61.

[2] 李文宇,宋麗娜,何秀淼.LTE產業發展分析和展望[J].電信科學,2014,(3):6-11.

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[4] 李美艷.淺談 LTE網絡優化技術[J].電子世界,2014,(5): 170-171.

[5] 龍青良,張磊.基于用戶感知的 LTE網絡優化關鍵問題研究[J].郵電設計技術,2014,(10):14-20.

[6] 李寶磊,周俊,任曉華.TD-LTE網絡優化關鍵問題的研究[J].電信工程技術與標準化,2015,(1):57-61.

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[8] 雷蕾.LTE系統中隨機接入碰撞問題的研究[D].武漢:武漢理工大學,2013.

[9] 任文民.基于嵌入式的TD-SCDMA移動終端客戶端軟件的設計與實現[D].成都:電子科技大學,2008.

[10] 楊晨笛.基于無線通信系統干擾的仿真平臺設計與實現[D].北京:北京郵電大學,2014.

[11] 李佳.基于GIS的TD-SCDMA綜合網絡優化平臺[D].北京:北京交通大學,2008.

A method of mobile access networks abnormal events in mobile communication system

With the rapid development of mobile communication technology, mobile communication network has become an important system of information communication. And LTE as long term evolution of UMT, it improve and enhance the air access technology of 3G, and OFDMA, SC - FDMA, MIMO is a core technology in LTE. The goal of LTE system include improving the performance of cell edge user, to reduce the delay of the system and enhance the network openness. Achieve the goal at the same time, the system of services and content increase rapidly, the user perception of mobile communication service quality is becoming more and more sensitive, in order to improve the quality of service, to extract the relevant performance indicators, this paper puts forward and designs a system of LTE mobile access networks phase exception event processing method, and gives implementation framework, for the mobile network optimization and testing provides a means for more convenient.

Mobile communication system; mobile access networks; LTE

TN929.5

A

1008-1151(2015)07-0017-03

2015-06-10

黃恒綏 ，供職于廣西深睿科技有限公司，研究方向為無線網絡優化應用系統開發；李陽德，供職于中國移動通信集團廣西有限公司，研究方向為 GSM、TD、LTE無線網絡優化與通信管理； 蔡麗金，供職于中國移動通信集團廣西有限公司，研究方向為GSM、TD、LTE無線網絡優化與通信管理。