網路自配置

網路的自配置與自最佳化特性在LTE標準中簡稱為SON（Self Orginazing Network），該特性能更好地適應網路結構的扁平化和靈活性，減少運營商對網路進行操作維護的人工成本，因此日益受到大家的關注。

基本介紹

• 中文名：網路自配置
• 外文名：SelfOrginazing Network
• 英文縮寫：SON
• 套用學科：通信

SON起源

自組織網路技術是個域網（PAN，Personal Area Network）領域的熱點研究技術。在2002年5月IEEE通信雜誌為慶祝IEEE通信分會成立50周年出版的專刊上，Ramanathan和Redi博士曾為移動無線分散式網路進行了構想：“一個‘全球化的信息空間’的理想王國，在這裡所有網路設備形成一個巨大的無線自組織網路”，“就如同互連網路在Web服務出現的20年前就已經存在一樣，也許一個令人意外的‘殺手級套用’就會打造出自組織網路的未來”。

自組織網路的起源可追溯到1968年的Aloha網路和1973年美國國防部高級研究計畫署（DARPA）資助研究的無線分組數據網（PRNET）。這些最初的自組織網路對自組織技術的發展起了奠基性的作用。20世紀80年代，美國國防部啟動了可生存自適應網路項目，研究如何將PRNET的研究成果加以擴展，以支持更大規模的網路。1994年，美國國防部又啟動了全球信息系統（GloMo）計畫，研究範圍幾乎覆蓋無線通信所有相關領域。在該計畫中，對於滿足軍事需要的、高抗毀滅性的自組織網路技術進行了深入的研究。20世紀90年代以來，民用的系統也逐漸出現了無線自組織網的標準和套用。IEEE 802.11委員會在開發IEEE 802.11標準時，將分組無線電網路改稱為Ad Hoc（拉丁語意為專有的、特定的）網路，進一步推動了自組織網路研究的發展。1994年瑞典愛立信公司推出藍牙技術開發計畫，1999年公布了採用自組織網路的藍牙技術標準。網際網路工程任務組（IETF）也成立了一個移動自組織網路工作組（MANET），其主要目標就是針對無線自組織多跳網路開發一種基於IP的路由機制，使得IP擴展到這種自組織的、快速移動的無線網路。這個工作組對自組織網路進行了廣泛的研究並推出了一些草案。

近些年來，隨著移動通信和計算機技術的發展以及用戶需求的不斷增長，使自組織網路的研究得到了更為快速的發展。

目前從事自組織網路研究的機構主要有IETF、IEEE組織及DARPA。IETF於1997年成立了專門的研究組——MANET組，針對MANET開發基於IP的路由機制並解決與網路層相關的技術問題。在2000年下半年公布了一系列MANET路由協定草案。IEEE通信分會在2000年成立了專門的MANET技術分委員會。歐洲下一代移動通信系統組織（WWRF）設立了Ad Hoc自組網研究小組，並於2003年發布白皮書對自組織網路進行了總結和展望。歐盟1ST下設了若干採用自組織研究解決車輛之間通信問題的項目，比較重要的有CarTALK2000、FleetNet等。這幾個研究機構為無線自組織的發展和套用都作出了重要貢獻。國內對移動自組織網的研究和開發起步較晚，目前尚處於理論探討階段。

最早提出的SON概念是基於Ad Hoc機制，它無需中心伺服器，隨時隨地動態地形成點對多點的無線網路。在沒有熱點（Hotspots）、沒有網路設施的情況下，以最簡便、最快捷的方式自動組成一個無線的網路，實現通信。其核心特徵如下。

（1）無中心化和節點之間的對等性。

Ad Hoc網路是一個對等性網路，網路中所有節點的地位平等，無需設定任何的中心控制節點（Infrastructureless，不依賴於固定的網路設施）。網路節點既是終端，也是路由器，當某個節點要與其覆蓋範圍之外的節點進行通信時，需要中間的節點進行多跳轉發（Multi-hop Distributed）。

（2）自發現（Self-Discovering）、自配置（Self-Configuring）、自組織（Self-Organizing）、自治癒（Self-Healing）。

Ad Hoc網路節點能夠適應網路的動態變化，快速檢測其他節點的存在和探測其他節點的能力集，網路節點通過分散式算法來協調彼此的行為，無需人工干預和任何其他預置的網路設施，可以在任何時刻任何地方快速展開並自動組網。由於網路的分散式特徵，節點的冗餘性和不存在單點故障瓶頸，任何節點的故障不會影響整個網路的運行，具有很強的抗毀性和健壯性。

目前常說的自組織網路一般都是指的上述的Ad Hoc網路，LTE標準中所討論的SON還是與上述IEEE 802.11 中所討論的Ad Hoc有很大的區別的，LTE中所說的SON主要是廣域網意義上的移動通信網的自配置、自最佳化與自治癒。3GPP是從LTE R8開始將SON作為一個重要的新特性來討論並制定標準的。本文僅是對LTE SON，即傳統移動通信網的自配置、自最佳化與自治癒意義上的SON特性進行研究，Ad Hoc意義上的SON不包含。如無特別說明，均是指的LTE SON特性。

SON標準進展

在LTE SON特性相關的標準化組織和研究項目中，3GPP是其中影響力最大的；3GPP下屬的多個工作組都從不同角度參與了SON特性的討論和標準化工作，包括RAN2/RAN3/RAN4/SA5，目前主要集中在SA5和RAN3。SA5主要是制定SON操作管理需求和網元與操作維護中心（O&M，Operation and Maintenance）之間的接口標準，RAN3 主要討論SON用例實現方案，以及為支持SON各用例在X2/S1接口訊息和信令過程上需要做的修訂。RAN2則根據方案的需要設計增加的RRC層的測量量和測量上報機制等。RAN4負責制定SON相關的測量性能與需求。

儘管在LTE R8標準制定過程中，各家公司也提交了一些文稿來討論SON方面的需求與方案，但是在2008年年底凍結的R8 標準中，RAN3僅就自配置方面的基本內容達成一致並寫入了36.300 v8.7.0中，主要包括：

（1）eNode B與Home eNode B的自啟動與初始化配置；

（2）物理層小區標識（Phy_ID，PCI）的分配；

（3）自動鄰區關係（ANR，Automatic Neighbour Relations）的建立與更新。

自最佳化方面的標準化與自配置的進一步細化是在LTE R9 標準制定中完成。RAN3確定了如下4個用例先進行研究：

（1）容量與覆蓋最佳化（CCO，Coverage and Capacity Optimisation）；

（2）移動性健壯最佳化（MRO，Mobility Robustness Optimisation）；

（3）移動負載均衡（MLB，Mobility Load Balancing）；

（4）RACH最佳化（RO，RACH Optimisation）。

2009年，SA5開始了自治癒用例的需求探討，定義了小區故障修復（COC，Cell Outage Compensation）和網元軟體自恢復（Self-recovery of NE software）兩個用例。同時，在SON議題下還開始了節能（Energy Saving）議題的討論和評估。

除了3GPP之外，LTE SON 相關的研究組織主要還包括歐盟的SOCRATES 和電信運營商領導的NGMN。SOCRATES是歐盟第7框架下（PF7）下的持續3年的一個項目，從2008年開始到2010年結束，主要成員包括愛立信、沃達豐、諾基亞西門子等，目前輸出主要是SON用例、需求與框架等方面，SON各用例的具體方案、算法與仿真等正在陸續開發和輸出。NGMN則是由NTT DoCoMo、T-Mobile、沃達豐、中國移動等主流運營商組成，對SON也比較關注，目前輸出了有關SON和O&M的需求以及部分用例的研究報告。

國內標準化研究組織主要是CCSA和LTE+國內標準推進組，CCSA對於LTE SON特性已開始了一些初步的研究課題，隨著3GPP R9版本標準的完成，國內的SON標準化工作隨後將陸續展開。

自配置

物理小區標識自配置

在E-UTRAN系統中，每個小區的物理小區標識（PCI，Physical Cell Identifier）實際上對應了一個正交序列和偽隨機序列的組合。在協定規範中，一共定義了504個PCI（也就是504種不同的組合），這也意味著必然會有不同的小區重用相同的ID。雖然不同的小區可以使用相同的PCI，但是，為了避免小區間干擾，以及eNode B可以正確標識每一個鄰區，PCI配置需要滿足以下兩個要求：

（1）“不衝突（collision-free）”，即任何兩個相鄰的同頻小區都不能使用同一個PCI；

（2）“不混淆（confusion-free）”，即在一個小區的所有鄰區中不能有任何兩個同頻小區使用相同的PCI。

第一個要求是顯而易見的，如果兩個相鄰小區使用相同的PCI，那么UE根本無法區分出這是兩個不同的小區。第二個要求是為了使當前小區能夠正確識別出兩個鄰區。例如，當UE進入小區邊緣地帶，並上報測量報告，在報告中只有鄰區的PCI信息。如果當前服務小區有兩個鄰區都使用這個PCI，那么服務小區根本無法知道這個UE報告的是哪個鄰區，也就無法做出正確的切換決策。

對於PCI分配，協定支持以下兩種方式。

（1）集中式的方案，由O&M提供一個特定的PCI值，eNode B選擇這個作為自己小區的PCI。

（2）分散式的方案，O&M提供一個候選的PCI列表，eNode B要把其中一些不適合的PCI排除，然後從剩餘的列表中隨機選擇一個作為自己的PCI。需要排除的PCI包括UE已報告的PCI、鄰區eNode B通過X2接口報告的PCI 或者是依賴實現的方法獲得的PCI（例如，基站通過接收機在空口檢測到的PCI）。

集中式的方案，相當於完全由O&M為每個小區分配PCI，這個方法跟現有的2G/3G系統指定小區擾碼過程是相似的，不需要基站做任何額外的選擇和判斷工作。

分散式的方案，則是由基站自己選擇本地小區使用的PCI，只不過不是從504個PCI中選擇，而是從O&M提供的每個小區特定的候選列表中選擇。雖然還需要O&M的參與，但是相比於集中式的方案，O&M所要做的工作更加簡單容易，需要人工參與的可能性更小。

PCI衝突/混淆檢測可以藉助X2接口訊息來實現。因為在配置PCI後，eNode B就可以建立與相鄰eNode B的X2連線。在X2連線建立請求/回響訊息及eNode B配置更新訊息中，除了傳送eNode B下屬小區的信息（包括PCI和CGI），還傳送每個下屬小區的鄰區信息（包括PCI和CGI）。利用這些訊息，基站除了知道相鄰eNode B下屬的小區信息，還獲得了鄰居eNode B的鄰區信息，這樣既可以檢測到PCI衝突，也能檢測到混淆。

自動鄰區關係（ANR）獲取

基站要為每個下屬小區要建立維護鄰區關係表（NRT，Neighbor Relations Table），這個表主要是在基站內部使用，不會在系統信息中廣播，也不會在專用測量控制訊息中傳送。自動鄰區關係獲取（ANR，Automatic Neighbour Relation）用例的目標就是自動地建立與維護鄰區關係表，包括鄰區關係的增加和刪除、鄰區關係屬性的修改。

位於eNode B實體內的ANR功能包括：鄰區關係表、鄰區檢測模組，鄰區刪除模組以及NRT管理模組。

雖然ANR功能位於eNode B實體，但是操作維護中心（O&M）完全可以控制各個鄰區關係如何被使用，即O&M可以為eNode B配置類似“黑名單/白名單”性質的鄰區關係。O&M的配置也是通過ANR中的NRT管理模組對NRT進行操作，以確保eNode B和O&M所保存的NRT一致。O&M可以通過這個接口增加、刪除鄰區關係，也可以設定或修改鄰區關係的屬性。

ANR功能的架構以及參與ANR的網元實體之間的互動如圖5‑22所示。

鄰區檢測功能模組與RRC協定模組使用內部接口互動，從RRC模組接收UE的測量報告，下行的測量配置命令也是由RRC模組傳送給UE。鄰區檢測模組通過UE測量發現新鄰區並獲取鄰區的必要信息。

圖5‑22 ANR模組結構

鄰區關係表用來保存通過UE檢測到的鄰區關係，以及OAM配置的鄰區關係，其中包含了類似“黑名單/白名單”性質的條目。更進一步地，NRT中包含同頻、異頻、異系統（Inter-RAT）幾類鄰區關係。

鄰區刪除功能模組則依據內部統計數據判斷不合適的鄰區關係。

最終，由NRT管理模組直接對NRT進行維護操作，執行增加、刪除、修改的動作。其他任何模組都要經此模組實現對NRT的操作。