一種LTE系統內休眠小區的檢測與恢復方案

林群雄 ，馬 賽 ，郝建剛

（1.武漢郵電科學研究院湖北武漢430074；2.北京北方烽火科技有限公司北京100085）

隨著LTE的發展，不斷增加的用戶需求，以無線通信服務和移動蜂窩網絡的復雜性的必然增長。平板電腦和智能手機的高人氣，導致無線網絡供應商之間的激烈競爭，為了吸引客戶，運營商被迫以更低的成本提供高品質的服務和更多的網絡流量。配置和網絡設備的維護是相當昂貴的過程，這在許多情況下，需要合格的專家手動工作。其中的一個原因是無線網絡的異質性，在為了應對網絡的復雜性，并避免在資本支出的增加，3GPP一直在開發自釋放SON（Self-Organizing Network，自組織網絡）的概念[1-3]。

自治愈機制[4-5]是SON中的一大部分內容，目的是自動檢測通信設備中的問題并解決問題，使通信設備能正常工作，避免對用戶體驗的造成影響，降低運營成本。休眠小區[6]的基本情況是一個故障基站沒有觸發告警無法被工作人員發現，誤認為小區處于正常工作狀態[7]。主要危險是，故障依舊為網絡維護者無形的，只有收到用戶的多宗投訴后，才會顯露出來。本文根據3GPP的SON中自愈流程建議提出一種休眠小區的檢測及其恢復方案。

1 參數分析

1.1 RRC（Radio Resource Control）連接

RRC為 UE（User Equipment，用 戶 設 備）與eNodB（演進基站）間的無線資源管理部分。當有用戶設備通過無線鏈路接入基站時，UE會發起RRCConnectionRequest請求連接，小區資源可用的情況下，UE會接收到RRCConnectionSetup行連接，UE成功接入小區會發送RRCConnection Setup Complete表示RRC連接成功建立完成[8]。經過以上3個步驟將會在基站內建立相應的UE連接節點，在基站的CC（Calling Control，呼叫控制）處進行相應UE信息統計，有UE成功連接進基站內，節點內UE數就發生變化，此時在CC處均能夠統計到相應UE信息，也就是可以用RRC連接變化數表示基站上下行能否正常傳輸信令。

1.2 GTP（GPRS Tunnelling Protocol）協議

GTP協議[9]可分為GTP-C（GTP控制面協議）和GTP-U（GTP用戶面協議），GTP-C協議主要為隧道控制和管理協議，進行移動終端分組數據接入，可對隧道進行創建、修改、刪除等操作。GTP-U協議使用創建的隧道機制傳輸用戶數據包，含用戶路徑管理、差錯指示等。用戶業務數據通過GTP-U協議在基站與SGW（業務網關）之間的隧道進行傳輸，若用戶與服務器進行交換，便能在基站處統計到用戶數據報文數目的發生變化。通過對基站處GTP-U報文出入情況的統計，能夠知道小區中的用戶設備是否正常進行數據交互，RRC連接數和GTP-U報文統計圖如圖1所示。

圖1 RRC連接數和GTP-U報文統計圖

2 休眠小區的檢測與恢復

2.1 休眠小區的檢測

正常情況下，UE要接入小區需要發出，通過S1與服務器產生上下行報文交互，用戶數據均通過GTP-U協議進行報文封裝后發出基站[10]，而當小區發生休眠時，存在以下幾種情況：1）UE能通過正常接收到RRC發送的廣播消息，在UE嘗試接入小區時，未能連接完成，2）UE無法正常搜到附近可用小區，而從 OMC（Operation and Maintenance Center，操作維護中心）處觀測小區狀態正常，3）UE處在小區覆蓋范圍內卻無法從事任何操作，4）UE能夠接入基站，但是無法正常傳送GTP-U報文。

對于基站內的小區，基站初始化成功后，自動讀取相應的基站配置表項獲取基站進行睡眠小區檢測的總時長，針對不同地區UE接入的頻率配置所要檢測小區的檢測周期。對于業務量較大的基站，可以將檢測周期設置的較業務量小的基站檢測周期短，對于備用基站可以不設置進行休眠小區狀況檢測，根據基站上報的業務連接情況，根據基站業務連接情況區分早上，中午，晚上或者更細致的時間段，業務量特性制定基站無業連接的時間段閾值[11]。

基站定時根據當前時間的基站配置的休眠小區檢測時長周期性檢測基站業務狀況，主要是檢測UE成功連接小區的RRC連接數變化以及基站GTP-U報文的出入情況。當滿足前時間段無業務閾值超過基站所配置的檢測時長，認為本檢測周期時長內小區為疑似休眠小區，在本休眠小區檢測周期內有本基站向OMC上報相應KPI（關鍵性能指標）參數的情況下，基站會向OMC上報疑似休眠小區的自愈指示。若本休眠小區檢測周期內未有本基站向OMC上報相應KPI參數，則直接進行下個休眠小區周期檢測，以此類推并累加周期檢測的時長，直至有本基站向OMC上報相應KPI參數，若此期間有UE成功接入小區并有GTP-U報文出入基站，之前累加的時長清零，重新開始周期檢測。若是一直未有UE成功接入小區并有GTP-U報文出入基站，則向OMC上報累加時長內小區為疑似休眠小區的自愈指示。

OMC根據上報指示中的本地小區號，獲取該小區所有的鄰區信息[12]，并獲取基站上報的檢測時長內所有鄰區向該小區切換指標情況，包括基站內和S1和X2的切換[13]請求或執行請求，以及系統內小區間切換完成次數等切換指標的分析。如果在指定時間內沒有發生過切換，可以認為疑似休眠小區沒有廣播，別的小區探測不到，因此不會切換，如果切換失敗率為100%，可以認為疑似休眠小區依然可以探測到，但上行不通，切換不成功[13-14]。當有以上任意一種情況存在，OMC則向該基站發送休眠小區確認指示，休眠小區檢測流程圖如圖2所示。

2.2 休眠小區的恢復

圖2 休眠小區檢測圖

檢測出休眠小區時，優先考慮是小區資源處故障，啟動自愈恢復部分定時器，刪除原小區資源并重新建小區，重建小區后停止自愈恢復定時器，啟動自愈評估定時器，在小區自愈評估的過程中也同時運行小區狀態檢測定時器，兩個定時器獨立進行工作，這樣能夠最快檢測到小區狀態恢復正常。自愈評估狀態下，檢測到有UE能正常接入或者從鄰區切換至本小區且有上下行的GTP-U報文交互，則認為自愈成功，停止自愈評估定時器，向OMC處發送小區自愈成功報文。

若在評估時間內沒有檢測到有UE正常接入本小區，則重新進入小區自愈恢復流程進行處理，當進行多次小區刪除與建立后，仍然沒有UE正常接入，則考慮休眠小區原因為硬件資源故障。讀取基站中配置表[15]，復位對應該小區的RRU（射頻拉遠單元），當顯示狀態正常的小區均被檢測無法正常為客戶提供服務時，則復位整塊BPU（Branch Processing Unit，分支處理單元）。采用以上恢復流程能基站能恢復正常工作狀態時，基站向OMC上報自愈成功消息，否則基站向OMC上報休眠小區自愈失敗告警，小區故障恢復流程如圖3所示。

3 實際驗證分析

為了驗證所設計流程的準確性和有效性，驗證環境采用北方烽火公司的基站設備搭建實際環境，以組網的方式進行測試，具體組網圖4所示。

多次采用多個UE分別在單個基站內的不通鄰區接入和兩臺基站間的不同鄰區接入，人為設置基站部分功能故障，在打開休眠小區功能檢測的情況下，故障小區能通過休眠小區檢測及恢復方案，檢測出休眠小區，并得到快速恢復。測試結果可以表明，本文設計的一種休眠小區的檢測與恢復的方案能夠有效檢測出發生休眠小區的基站且經過相應恢復處理能夠有效恢復使基站恢復到正常工作狀態。

圖3 小區故障恢復圖

圖4 組網測試圖

4 結束語

文中提出了一種解決基站在無特殊操作的情況下產生休眠小區的自愈方法，通過周期檢測基站的小區中UE成功連接小區產生的RRC連接數的變化與UE連接小區后GTP-U上下行報文收發情況[16-17]預先判斷可能存在的休眠小區，再通過OMC查詢相關UE切換信息共同判斷小區是否發生了休眠，進一步對診斷出的休眠小區進行恢復，最后通過實際組網和UE接入情況分析，驗證方法的可行性和準確性。結果表明通過本方法能夠有效的檢測出發生休眠的小區，并得到及時恢復，提高整體資源利用率和用戶體驗。

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