降低运营成本的4G新技术—LTE SON

在未来的网络中，由于不同的网络共存，网络将变得更加复杂，大量无线参数和数据将使网络优化人员的工作量大幅提高，而运营商希望降低运营成本及人工干预。于是在这一背景下，EUTRAN系统的SON(自组织网络)特性被作为3GPP的重要研究方向。

运营商对SON的需求渐增

SON是在LTE的网络的标准化阶段由移动运营商主导提出的概念，其主要思路是实现无线网络的一些自主功能，减少人工参与，降低运营成本。

NGMN中的移动运营商对SON的部署有强烈的需求，于是纷纷投入SON需求的研究，发布有关SON的白皮书和建议书。3GPP也在重点研究SON和当前电信管理网络的实现方案。欧盟也在进行两个相关项目，一个主要由欧洲主要运营商、设备商共同承担，从SON的技术方案、实现方法及验证平台入手，研究SON对网络运维产生的影响；另一项目是利用感知无线电和分布式感知原理进行前沿重点研究。

3GPP确定接入网结构主要由演进型eNodeB和接入网关（AGW）构成。eNodeB由R6阶段的NodeB、RNC、SGSN、GGSN四个主要网元演进而来，eNodeB之间通过X2接口采用网格（mesh）方式互连，同时还建议当某eNodeB需要同其它eNodeB通信时，这个接口总是存在，支持处于LTE_ACTIVE状态下手机的切换。E-NodeB与AGW之间的接口称为S1接口，S1接口支持多对多的AGWs和eNodeB连接关系，eNodeB通过S1接口与EPC（EvolvedPacketCore）连接。3GPP EPS（Evolved Packet System）的结构中包含了X2和S1接口（图1），因此SON可以通过上述接口来完成。

图1 3GPP EPS结构图

SON的四大功能

LTE系统中的SON功能与ad-hoc自组织网络有很大差别。Adhoc网络是一种特殊的无线移动网络，网络中所有结点的地位平等，无需设置中心控制结点；网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。与普通的移动网络和固定网络相比，ad-hoc具有无中心、自组织、多跳路由、动态拓扑四大特点，这使其在体系结构、网络组织、协议设计等方面与普通的蜂窝移动通信网和固定通信网有显著区别。

而SON具有下述四大功能。

自配置：eNodeB即插即入、自动安装软件、自动配置无线参数和传输参数、自动检测、邻接关系的自动管理等。自配制能减少网络建设开通中工程师重复手动配制参数的过程，减少网络建设难度和成本。

自优化：根据网络设备的运行状况，自适应调整参数，优化网络性能。传统的网络优化，可以分为两个方面，其一为无线参数优化，如发射功率、切换门限、小区个性偏移等；其二为机械和物理优化，如天线方向和下倾、天线位置、补点等。自优化只能部分代替传统的网络优化。自优化包括覆盖与容量优化、节能、PCI自配置、移动健壮性优化、移动负荷均衡优化、RACH优化、自动邻区关系、小区内干扰协调等。

自治愈：通过自动告警关联发现故障，及时隔离和恢复。

自规划：动态地自动重计算网络的规划，如系统扩容时的站点规划和无线参数配置。

SON的三大架构

SON的架构分集中式、分布式和混合式三种，三种架构各有优缺点，不同的用例采用的架构不同，现在多数用例倾向采用混合式架构。

集中式目前主要在网管系统上实现，分布式是通过SON分布式来实现。二者各有优缺点：集中式的优点是控制范围较大、互相冲突较小，缺点是速度较慢、算法复杂；分布式与其相反，可以达到更高的效率和速度，且网络的可拓展性较好，但缺点是彼此间难协调。混合式可结合两者的优点，但缺点是其设计变得更加复杂（图2）。

图2 SON的三大架构示意图

LTE SON标准研究最新进展

关于LTE SON的标准推进，3GPP设置了4个技术专家组进行标准制定，分别进行GERAN（GSM和EDGE无线接入网）、RAN（无线接入网）、SA（业务与系统方面）、CT（核心网与终端）的研究。

其中SA5工作组的研究原则是与3G体系架构和网络设备技术发展保持同步，研究与之相适应的网络管理框架和管理需求。2008年4月21日至25日，3GPP标准组织SA5工作组在成都召开SA5#59会议，决定成立SON子工作组，专门讨论SON相关议题（eNB自动发现、自动安装、自动配置、自动优化和自动恢复等）。运营商如沃达丰、T-Mobile要求尽快完成标准制定。

RAN3主要讨论SON的相关用例需求和解决方案，定义X2/S1的接口部分。RAN3在今年需完成四个主要用例研究，分别是覆盖与容量优化、移动健壮性优化、移动负荷均衡优化和RACH优化。

挑战

无线系统是非常复杂的系统，仅3G系统的性能指标就有几千个，配置参数也有上千个，这么多输入输出的系统，要想进行自动优化非常困难，需要使用许多高级数学理论才能达到效果，因此业界需要研究一个适宜的网络架构。中国三家运营商的网络规模大、覆盖广，可采用分布式SON架构，因为其响应速度快、扩展性好，可减少其对网管系统的依赖。

标准方面，SON在未来要支持开放的接口及互联互通，支持多厂商SON功能的互联。

算法方面，业界需进一步研究SON的算法，使其更加高效、收敛速度更快。此外由于某个参数的调整会影响到其它相关性能，因此需进一步评估其产生的增益以使运营商可以了解SON的相关功能是否真正起到作用或带来其它负面效果。

另外，目前人们对SON的研究领域较少，主要集中在自配置和自优化，未来需进行更多用例方面的研究，如保证用户的QOS、网络参数优化等。

最后，终端最贴近用户需求，网络能够直接反应用户感受，终端的反馈也能为网络提供问题检测及跟踪能力。因此网络与终端厂商需共同参与SON的研究，以达到最佳效果。