上海貝爾：管理LTE核心網(wǎng)信令流量

摘要

核心網(wǎng)的信令量將隨LTE的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，特別是在演進(jìn)分組核心（EPC）中的移動(dòng)管理實(shí)體（MME）上

通過(guò)實(shí)施智能信令管理技術(shù)，MME可以減少信令流量

改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)分析，有助于確定產(chǎn)生信令問(wèn)題的原因

必須管理的LTE信令

在早期大規(guī)模LTE網(wǎng)絡(luò)部署階段，分組核心網(wǎng)的信令量明顯高于現(xiàn)有的2G／3G。這部分原因是由于LTE的扁平化、全I(xiàn)P架構(gòu)，也就是宏站和微站直接連接到EPC中一個(gè)專用的控制面單元MME所致。從幾個(gè)大的LTE網(wǎng)絡(luò)部署現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析來(lái)看，MME可以承受一個(gè)持續(xù)的信令負(fù)荷，在正常情況下，繁忙時(shí)每個(gè)用戶設(shè)備（UE）有500-800個(gè)消息，而極端情況下，每個(gè)用戶每小時(shí)要高達(dá)1500個(gè)消息。

點(diǎn)擊此處收聽(tīng)播客

核心網(wǎng)信令的上升也可以歸因于LTE用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)使用的總體增長(zhǎng)。在美國(guó)一些使用LTE的大城市中，網(wǎng)絡(luò)使用高峰是每個(gè)UE在忙時(shí)每小時(shí)達(dá)到45個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求。因?yàn)長(zhǎng)TE使用將越來(lái)越普遍，EPC信令將繼續(xù)上升，如果對(duì)信令的上升沒(méi)有正確的管理，將會(huì)可能產(chǎn)生控制平面擁塞和信令風(fēng)暴的問(wèn)題。

因此當(dāng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商（MNO）部署發(fā)展LTE時(shí)，為確保其核心控制平面網(wǎng)絡(luò)可以支持預(yù)期信令量的增加，他們必須要采取一些措施。具體而言，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商需要部署一個(gè)電信級(jí)的、新一代的MME /服務(wù)GPRS的支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）平臺(tái)，它不僅具有大容量，可擴(kuò)展性和具有CPU處理性能，同時(shí)能擁有智能管理業(yè)務(wù)能力，來(lái)全面降低核心網(wǎng)信令。在MME中能夠獲得信令改進(jìn)效率的兩個(gè)方面，是尋呼和跟蹤區(qū)域（TA）的管理。

尋呼和TA管理的挑戰(zhàn)

尋呼管理是在MME中向eNodeB以及UE發(fā)送信令消息。要求尋呼確定UE處在空閑狀態(tài)時(shí)在網(wǎng)絡(luò)中的位置，而UE的空閑狀態(tài)使得它能夠在網(wǎng)絡(luò)中確定更確切的位置。網(wǎng)絡(luò)使用的尋呼管理方法是:

要求在MME和UE之間，建立一個(gè)非接入層（NAS）信令連接，用來(lái)支持網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)請(qǐng)求。

網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障后，提示UE將它自己重新附著到網(wǎng)絡(luò)上。

啟動(dòng)一個(gè)移動(dòng)電路交換回落（CSFB）機(jī)制。

在LTE中，MME尋呼UE而產(chǎn)生的信令流量是值得關(guān)注的。圖1顯示了一個(gè)來(lái)自美國(guó)大城市中LTE業(yè)務(wù)提供商的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明尋呼占到MME總信令負(fù)荷的28%以上，這樣，尋找一個(gè)方法來(lái)減少M(fèi)ME尋呼，將有助于MNOS（移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商）降低整體網(wǎng)絡(luò)的信令負(fù)荷和管理MME的成本。

圖1 一個(gè)美國(guó)LTE網(wǎng)絡(luò)中的MME信令組成分布圖

在演進(jìn)的陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)（E-UTRAN）中，一個(gè)TA代表一組連續(xù)的蜂窩單元。它通常是UE在空閑模式時(shí)在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)，由MME來(lái)跟蹤和定位。 一個(gè)TA列表是由一組相鄰的TA組成，由MME管理并定期發(fā)送到UE。MME發(fā)送尋呼消息到蜂窩小區(qū)，而這個(gè)小區(qū)被包括在任一TA或注冊(cè)UE的TA列表中。一個(gè)跟蹤區(qū)域更新（TAU）方法的使用，只在UE越過(guò)TA邊界進(jìn)入另一個(gè)TA時(shí)才發(fā)生，而這個(gè)TA是不在它的TA列表中的，或者當(dāng)周期的TAU計(jì)時(shí)器失效時(shí)，跟蹤區(qū)域更新（TAU）方法也會(huì)被使用。

如果UE在一個(gè)不全部屬于它的TA列表中的TAs邊界上移動(dòng)時(shí)，TAU方法可以產(chǎn)生大量的信令，特別是當(dāng)TA尺寸較大（如一個(gè)TA中有50-100 eNodeBs），這就被稱為“切換”效應(yīng)，因?yàn)槎鄠�(gè)MME注冊(cè)，而它發(fā)生于UE在TA邊界移動(dòng)時(shí)，就產(chǎn)生額外的TAU信令。

除了產(chǎn)生高的信令量，尋呼和TAU信令的方法對(duì)UE電池而言,是一個(gè)重要的電力消耗。因此，需要精心設(shè)計(jì)TAs使得他們既不要太大而不能最大限度地減小尋呼量，也不能太小而不能夠防止和避免在TA的邊界頻繁移動(dòng)切換。

降低信令的智能尋呼和TA管理

下一代的MME / SGSN，如阿爾卡特朗訊9471無(wú)線移動(dòng)管理器(WMM)，允許移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來(lái)定制各種類型業(yè)務(wù)的MME尋呼機(jī)制。這有助于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商降低尋呼量，同時(shí)仍然滿足最終用戶對(duì)于各種類型業(yè)務(wù)所期望的質(zhì)量體驗(yàn)。

9471WMM尋呼機(jī)制支持下面的可配置參數(shù)：

業(yè)務(wù)類型的尋呼

尋呼申請(qǐng)的數(shù)量

尋呼申請(qǐng)之間的時(shí)間選擇

用于每次申請(qǐng)的尋呼方法

尋呼機(jī)制是完全符合第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）的標(biāo)準(zhǔn)且能夠部署在網(wǎng)絡(luò)上任何供應(yīng)商的無(wú)線節(jié)點(diǎn)eNodeB 上。

如圖2所示，智能尋呼和TA功能能夠在基本的TA和TA列表尋呼方法上減少信令，根據(jù)TA大小不同，可以達(dá)到80% 以上。

圖2 智能尋呼顯著地降低信令量

動(dòng)態(tài)的TA列表管理技術(shù)可以進(jìn)一步減少M(fèi)ME信令負(fù)荷。當(dāng)UE在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)時(shí)，這些技術(shù)優(yōu)化了在UE的TA 列表中TAs的數(shù)量。當(dāng)檢測(cè)到UE移動(dòng)是循環(huán)模式時(shí)，經(jīng)過(guò)注冊(cè)的2或3的TAs邊界（圖3），TAs能夠從UE注冊(cè)TA 列表中自動(dòng)添加。通過(guò)不斷更新和優(yōu)化UE的TA列表，產(chǎn)生較小的TAU請(qǐng)求，降低了在TA邊界上的切換。

圖3 動(dòng)態(tài)的TA列表管理進(jìn)一步減少M(fèi)ME信令負(fù)荷

TAU方法還會(huì)縮短UE的電池壽命–在目前的智能手機(jī)中，每個(gè)TAU方法消耗大約10毫瓦的電力。表1顯示了，使用動(dòng)態(tài)TA管理功能和用基本的TA列表管理功能相比，智能手機(jī)的UE功率消耗和電池壽命的節(jié)省。這個(gè)TAU方法電力估計(jì)包括TAU 消息以及eNodeB的附著等方面。一個(gè)用于功率消耗比較的LTE智能手機(jī)是：

800 mW 用于發(fā)射

500 mW 用于接收

5.5 mW 用于空閑狀態(tài)

表1：動(dòng)態(tài)的TA列表管理降低智能手機(jī)電池的消耗

表1顯示，動(dòng)態(tài)的TA列表管理技術(shù)消耗更少的UE電池，和能夠延長(zhǎng)智能手機(jī)的電池壽命相比，最多可達(dá)好幾個(gè)小時(shí)，這取決于TA大小和用戶的智能手機(jī)使用情況。

分析優(yōu)化LTE射頻和核心網(wǎng)絡(luò)

對(duì)LTE和它的全I(xiàn)P架構(gòu)，需要一套新的分析方法來(lái)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。使用傳統(tǒng)的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）管理工具是耗時(shí)和浪費(fèi)資源的，它存在一些缺點(diǎn)：

驅(qū)動(dòng)測(cè)試僅僅提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的樣本，它還受到時(shí)間的控制和約束。

業(yè)務(wù)測(cè)量聚集了所有的用戶數(shù)據(jù)。這種聚合對(duì)檢測(cè)硬件故障是有用的，但它不能檢測(cè)單個(gè)客戶的性能問(wèn)題。

使用呼叫跟蹤來(lái)具體解決客戶投訴，當(dāng)測(cè)試故障發(fā)生時(shí)，可以要求用戶進(jìn)行測(cè)試通話。但是這并不總是可行的。它也需要大量的時(shí)間成本，有時(shí)為了復(fù)制用戶的行為，可能需要一個(gè)高成本的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和跟蹤。

診斷工具，比如阿爾卡特朗訊針對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)每次呼叫測(cè)量數(shù)據(jù)（PCMD）的軟件包工具，提供了涉及UE、eNodeB和MME呼叫程序的一個(gè)綜合記錄，這些工具是不同于傳統(tǒng)的RAN性能診斷工具，它們利用用戶的移動(dòng)設(shè)備，來(lái)收集一套豐富的有關(guān)終端和網(wǎng)絡(luò)信令以及承載數(shù)據(jù)。不同于呼叫跟蹤，所有的UE PCMD呼叫程序都會(huì)被捕獲。這樣提供給網(wǎng)絡(luò)最終用戶體驗(yàn)更準(zhǔn)確的看法。此外，由于最終用戶移動(dòng)設(shè)備是用來(lái)收集數(shù)據(jù)的，這樣驅(qū)動(dòng)測(cè)試需求就顯著減少了。

圖4 診斷工具，比如PCMD給LTE網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)有價(jià)值的分析

改善的網(wǎng)絡(luò)分析給MSP帶來(lái)的好處：

客戶服務(wù)：可以快速識(shí)別網(wǎng)絡(luò)覆蓋和終端的問(wèn)題，提供一個(gè)可以提高客戶的、滿意度和降低故障呼叫保持時(shí)間的快速反應(yīng)。

操作：擁有持續(xù)改進(jìn)和質(zhì)量管理所需的數(shù)據(jù)分析報(bào)告。例如，從終端用戶設(shè)備數(shù)據(jù)、覆蓋盲區(qū)、掉線到電池性能問(wèn)題都能夠被識(shí)別，用于改進(jìn)目的關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）也能夠被建立起來(lái)。

工程和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：可以使用業(yè)務(wù)模式分析方法和準(zhǔn)確的射頻（RF）測(cè)量來(lái)預(yù)測(cè)和驗(yàn)證覆蓋需求。這些信息也有利于RF覆蓋以及容量規(guī)劃和使用，有助于降低資本投資以及采用更有針對(duì)性的RAN投資。

新的技術(shù)需要新的網(wǎng)絡(luò)能力

隨著智能手機(jī)和平板電腦“永遠(yuǎn)在線”的應(yīng)用和業(yè)務(wù)范圍的擴(kuò)張和競(jìng)爭(zhēng)，以及LTE的快速發(fā)展，MSPs必須考慮他們將如何解決信令的挑戰(zhàn)。

高性能和可擴(kuò)展的SGSN和MME支持預(yù)期的信令量，提供智能尋呼和TA的管理技術(shù)，有助于MSPS解決LTE信令的挑戰(zhàn)：

減少信令量使MSPs支持MME更多的用戶,和推遲額外的MME資本投資。

動(dòng)態(tài)TA 管理保證UE總是有一個(gè)優(yōu)化的TA列表，最大限度地減少TAUs和延長(zhǎng)UE的電池壽命。

此外，高級(jí)的診斷和故障排除工具幫助MSPs管理和支持LTE網(wǎng)絡(luò)。MSPs能更快地解決客戶問(wèn)題，提高網(wǎng)絡(luò)的性能和客戶滿意度，減少客戶流失。

發(fā)展LTE對(duì)MSPs來(lái)說(shuō)是一個(gè)極大的投資。首先考慮解決信令挑戰(zhàn)的運(yùn)營(yíng)商，將會(huì)在日后收回投資中，取得一個(gè)較為有利的地位。

要聯(lián)系作者或了解更多的信息，請(qǐng)發(fā)送電子郵件至techzine.editor@alcatel-lucent.com