自治愈可靠網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

1、自治愈可靠網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,SON簡介,1 SON簡介,1. 1 SON（Self-Organizing Network，自組織網(wǎng)絡(luò)）是伴隨LTE發(fā)展而引出的一套完整的網(wǎng)絡(luò)理念和規(guī)范。SON主要由運(yùn)營商提出，其主要思路是實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的一些自主功能，減少人工參與，降低運(yùn)營成本。1.2 SON 管理架構(gòu) SON 實體是指實現(xiàn) SON 功能的實體，主要功能是完成對測量報告的監(jiān)測和接收，通過自主功能實體完成自主控制的分析和決策，最后對參數(shù)設(shè)置

2、實現(xiàn)控制。每個 SON 實體可以實現(xiàn)一個或多個 SON 功能，不同的 SON 功能之間需要進(jìn)行功能間的相互協(xié)調(diào)，SON 實體功能示意圖如下：,,SON 實體可以分布在無線接入網(wǎng)的不同網(wǎng)元中，根據(jù) SON 實體在不同網(wǎng)元中的分布，可以將自組織網(wǎng)絡(luò)的管理架構(gòu)分為集中式、分布式和混合式三類。 集中式 SON 管理架構(gòu)：SON 實體部署在集中式的管理中心節(jié)點，功能在管理中心節(jié)點內(nèi)實現(xiàn)。中心節(jié)點與網(wǎng)元之間有自主管理接口，一方面通過該接口

3、采集網(wǎng)元的相關(guān)數(shù)據(jù)，例如計數(shù)器信息或 KPIs，另一方面執(zhí)行功能運(yùn)行相應(yīng)的算法，給出的具體執(zhí)行步驟，將參數(shù)設(shè)置命令通過該接口下發(fā)到下屬網(wǎng)元，由下屬網(wǎng)元進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整。優(yōu)點：缺點： 圖1 集中式管理架構(gòu),分布式 SON 管理架構(gòu)：SON 實體部署在不同的網(wǎng)元內(nèi)，具體功能在中心節(jié)點

4、的下屬網(wǎng)元內(nèi)實現(xiàn)。在這種架構(gòu)下，依然有管理中心節(jié)點，且管理中心節(jié)點與網(wǎng)元之間仍有自主管理接口，通過該接口，網(wǎng)元可以將高層信息上報到中心節(jié)點，管理中心節(jié)點也可以將高層 SON 策略下發(fā)到相應(yīng)的網(wǎng)元，但與集中式 SON 架構(gòu)的主要不同在于 SON 實體功能均是在網(wǎng)元中執(zhí)行的。優(yōu)點：更高的效率和速度缺點：實體之間的交互信息較少，不同的網(wǎng)絡(luò)實體之間也很難協(xié)調(diào)。

5、 圖2 分布式管理架構(gòu),混合式 SON 管理架構(gòu),該架構(gòu)是集中式與分布式管理架構(gòu)的結(jié)合，部分 SON功能實體部署在管理中心節(jié)點上，部分 SON 功能實體部署在不同的網(wǎng)元內(nèi)，共同完成 SON 實體功能，具體的部署方式根據(jù)不同的 SON 功能而有所不同。優(yōu)點：SON 功能實體主要集中在管理中心節(jié)點上，控制范圍較大、互相沖突的概率較小。缺點：運(yùn)算量大，速度慢，算法比較

6、復(fù)雜。 圖3 混合式管理架構(gòu),1.3 SON功能概述,相比于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，SON 將多種人工操作進(jìn)行自動化處理，如下圖所示。新基站的部署，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，需要專業(yè)人員到實地進(jìn)行勘察部署，根據(jù)周圍基站部署情況計算出所需的配置參數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)的配置，而在 SON 中，僅需要施工人

7、員對進(jìn)行部署，參數(shù)配置、軟件下載等操作都通過 SON 中的自配置功能自動完成，而不需要專業(yè)人員的參與。SON與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對比圖,自配置,自配置功能主要是針對網(wǎng)絡(luò)中新增加節(jié)點時的自啟動過程，使得該節(jié)點能正常運(yùn)行。該過程處于預(yù)運(yùn)行(Pre-operational)狀態(tài)，通過自配置中的基本配置操作能完成 eNodeB 加電、IP 地址配置及 OAM 檢測、鑒權(quán)、網(wǎng)絡(luò)連接、軟件下載等操作；完成基本配置后，對節(jié)點進(jìn)行初始參數(shù)配置，

8、例如自動建立鄰居列表、覆蓋與容量等參數(shù)配置等等。完成自配置后，新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)入運(yùn)行階段，再運(yùn)行自優(yōu)化功能。,自優(yōu)化,在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，為了適應(yīng)用戶的移動或無線環(huán)境的變化造成的網(wǎng)絡(luò)狀況改變，自優(yōu)化功能實時的或周期的通過終端與基站的測量結(jié)果、性能狀況對網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行分析，通過自動調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，使網(wǎng)絡(luò)狀況達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。該過程中，eNodeB 處于運(yùn)行(Operational)狀態(tài)，通過空中接口發(fā)送/接收數(shù)據(jù)，收集用戶信息，反應(yīng)到網(wǎng)絡(luò)狀況，并進(jìn)行

9、優(yōu)化。在 SON 的自優(yōu)化過程中，沒有專業(yè)人員的參與，通過 SON 功能實體自動進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，自動優(yōu)化；常用的用戶場景包括：容量和覆蓋自優(yōu)化、RRM(Radio Resource Management,無線資源管理)參數(shù)自優(yōu)化、干擾協(xié)調(diào)、負(fù)載均衡、移動健壯性優(yōu)化等等。自優(yōu)化功能可以自動的有效的檢測到網(wǎng)絡(luò)狀況，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，有效的提高服務(wù)質(zhì)量，減小失敗和掉話率，盡可能的滿足用戶的服務(wù)質(zhì)量，同時，通過人工智能算法的引入，能減少人為的參與

10、，減小網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本。,自治愈,自治愈功能主要是指網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行過程中，通過對用戶數(shù)據(jù)的監(jiān)測、設(shè)備持續(xù)監(jiān)測告警時檢測出網(wǎng)絡(luò)中可能存在的問題，并自動檢測修復(fù)。通過收集故障相關(guān)信息(用戶數(shù)據(jù)信息、性能參數(shù)、測量結(jié)果等)進(jìn)行故障分析，根據(jù)結(jié)果定位相應(yīng)的故障，并進(jìn)行恢復(fù)。在對故障的處理過程中，向管理站上報結(jié)果并記錄，同時，為了對故障部分進(jìn)行補(bǔ)償，需要相鄰小區(qū)協(xié)調(diào)處理。自治愈功能可以有效的發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在的問題，并進(jìn)行恢復(fù)，即使在不能通過恢復(fù)就能解決問題

11、的時候，及時有效的發(fā)現(xiàn)問題，盡可能的保證網(wǎng)絡(luò)性能不受影響，保證用戶的性能。,2自治愈技術(shù),2.1自治愈的功能2.2自治愈的特點2.3自治愈的過程2.4自治愈的應(yīng)用場景,2.1自治愈的功能,自治愈是 SON 中的一個重要的功能，它的主要目的是通過自動觸發(fā)相應(yīng)的恢復(fù)操作來減輕/消除故障。從故障管理的角度來說，對于每一個檢測到的故障，不管是 ADAC(Automatically Detected and Automatically

12、 Cleared, 自動檢測自動清除)還是 ADMC(Automatically Detected and Manually Cleared, 自動檢測手動清除)故障，出錯的網(wǎng)絡(luò)實體都會產(chǎn)生適當(dāng)?shù)木瘓蟆Ｗ灾斡挠|發(fā)可以是一個警報，在這種情況下，自治愈功能實體監(jiān)控警報，收集必要的信息(例如：測量、測試結(jié)果)做深入的分析，根據(jù)分析結(jié)果，如果需要，它將觸發(fā)自動解決故障的恢復(fù)動作。對于一些位于網(wǎng)絡(luò)單元上需要快速響應(yīng)的自治愈功能來說，要求故障檢

13、測能自動的觸發(fā)自治愈，因此，當(dāng)檢測到故障時，自動的嘗試修復(fù)故障會觸發(fā)適當(dāng)?shù)淖灾斡^程。,2.2自治愈技術(shù)的特點,多源性：具有自動收集各方面的信息進(jìn)行分析的能力，例如，來自 OSS 的性能計數(shù)器、配置管理信息、警報、調(diào)用跟蹤C(jī)DR(Charging Data Records,計費數(shù)據(jù)記錄)等。多運(yùn)營商：有能力訪問和解釋各個不同的供應(yīng)商所提供的不同的信息來源。多技術(shù)性：能分別地或組合方式有效地處理所有相關(guān)技術(shù)。靈活性：雖然預(yù)計商業(yè)解決

14、方案是提供一套全面的嵌入算法，但它必須結(jié)合具體的部署情況?？膳渲眯裕罕仨殲檫\(yùn)營商提供配置管理問題檢測過程的高層次目標(biāo)的機(jī)制；具備能觸發(fā)其他 SON 功能模塊的能力：作為進(jìn)行分析的結(jié)果，例如，為了暫時覆蓋某些網(wǎng)絡(luò)元素進(jìn)行緊急調(diào)整 RF 參數(shù)。,2.3自治愈過程,一般地，自治愈過程包括以下步驟：檢測：對正在發(fā)生的或即將發(fā)生的問題進(jìn)行檢測；診斷：發(fā)現(xiàn)檢測到的問題的根本原因；治愈：應(yīng)用適當(dāng)?shù)募m正措施(全部或部分，絕對或暫時地)恢復(fù)服務(wù)。

15、,,,2.4應(yīng)用場景,3GPP 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定 3 種 SON 自治愈應(yīng)用場景，包括：2.4.1硬件故障自治愈2.4.2軟件故障自治愈2.4.3小區(qū)中斷自治愈,2.4.1硬件故障自治愈,硬件故障自治愈主要用于以下場景： BBU 硬件板卡故障 RRU 硬件故障 時鐘故障 傳輸鏈路故障當(dāng)發(fā)生上述硬件故障時，基站會自動的嘗試對該類故障進(jìn)行處理和恢復(fù)。常用的方式是在該設(shè)備單元發(fā)生故障不能通過設(shè)備重啟恢復(fù)時，啟用備用單元，并對其他

16、正常單元進(jìn)行參數(shù)的重新配置和優(yōu)化。在對該故障進(jìn)行處理后，能充分保證了用戶性能，對網(wǎng)絡(luò)造成的影響降到最小。,2.4.2軟件故障自治愈,軟件故障自治愈主要場景如下：OAM 管理節(jié)點批量配置數(shù)據(jù)，如果在配置過程中某些配置數(shù)據(jù)的關(guān)系錯誤，則能自動發(fā)現(xiàn)錯誤并回退原有的配置數(shù)據(jù)。 針對某些 KPI 進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化，如果優(yōu)化后發(fā)現(xiàn) KPI 沒有達(dá)到預(yù)期的數(shù)值，則能自動回滾到原有的配置數(shù)據(jù)。,2.4.3小區(qū)中斷自治愈,小區(qū)故障自治愈應(yīng)用場景主要包

17、括：射頻資源故障導(dǎo)致小區(qū)退服；基帶資源故障導(dǎo)致小區(qū)退服； 時鐘故障導(dǎo)致小區(qū)退服； 鏈路故障導(dǎo)致小區(qū)退服；小區(qū)休眠導(dǎo)致的小區(qū)退服務(wù)； 當(dāng)小區(qū)故障發(fā)生時，自治愈的目標(biāo)是盡可能的不影響網(wǎng)絡(luò)性能。常用的小區(qū)故障自治愈的方法是通過對網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢測，檢測到故障小區(qū)，并試圖用重啟等方式進(jìn)行恢復(fù)，在確定小區(qū)故障不能恢復(fù)后，通過調(diào)整周圍小區(qū)參數(shù)，擴(kuò)大周圍小區(qū)的覆蓋，最大程度的滿足用戶的服務(wù)需求。同時，這種故障恢復(fù)具有一定的

18、上限，不可能補(bǔ)償全部區(qū)域，因此這種恢復(fù)屬于暫時緩解故障帶來的影響，完全的恢復(fù)還需要人工的介入。,,,3 基于自治愈技術(shù)理念的面向入侵網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,3.1 基本假設(shè)3.2 面向容忍入侵網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 3.2.1 基本架構(gòu) 3.2.2 基本思想 3.2.3 基本原理 3.2.4 設(shè)計原則 3.2.5 基本問題及其算法,3.1 基本假設(shè),a）假設(shè)涉及的技術(shù)在物理電路上均可實現(xiàn)。b）假設(shè)各技術(shù)間能友好互作的實現(xiàn)預(yù)

19、設(shè)功能。c）假設(shè)設(shè)置的各判決參數(shù)均易由實際檢測獲得。d）假設(shè)各網(wǎng)元間對故障足夠敏感，能快速響應(yīng)。e）假設(shè)隱性入侵可探測或在網(wǎng)絡(luò)最大容限內(nèi)。,3.2 面向容忍入侵網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,3.2.1 基本架構(gòu) 設(shè)計基本架構(gòu)基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，通過修改、增設(shè)網(wǎng)元結(jié)構(gòu)，輔助傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)盡可能少的人工干預(yù)下的通信恢復(fù)。主要包括中斷探測單元、中斷饋償網(wǎng)元、判決倒換節(jié)點、控制協(xié)調(diào)單元、備用線路等?；灸Ｐ腿缦聢D所示。

20、自治愈可靠網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)理論模型,,EU：交換單元；SCCP：信令鏈接控制部分；MTP：信息傳輸部分；UP：用戶部分；CCP：鏈接控制部分；ALP：備用線部分；ICU：中斷補(bǔ)償單元。注：模型中ALP、MP分別與每一個MTP單元相連，圖中只示意連接了一個。,3.2.2 基本思想,設(shè)計思想主要來源于自治愈技術(shù)，通過對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)分析補(bǔ)充，合理設(shè)置附加網(wǎng)元建立故障后備通信方案和一種信譽(yù)度模型（在每次通信中由相關(guān)設(shè)備參考信度值表動態(tài)建立）來隔離惡意節(jié)點

21、，保證網(wǎng)絡(luò)安全可靠并能夠提供更好質(zhì)量、更加有效的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。涉及技術(shù)有：授權(quán)認(rèn)證（訪問控制機(jī)制）、分層配置、存取控制策略、權(quán)限管理、事務(wù)日志、鏡像數(shù)據(jù)庫、通信協(xié)議等。 注：本文所論設(shè)計，均是基于本節(jié)假設(shè)的設(shè)計。,3.2.3 基本原理,對重整補(bǔ)充后的網(wǎng)絡(luò)利用重測信度法做信度分析，建立一張網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的信度值表。輔助網(wǎng)元在數(shù)據(jù)通信時做出最優(yōu)路由選擇，達(dá)到高質(zhì)可靠通信的目的。最大限度保障信息通信的質(zhì)量，降低通信網(wǎng)元的復(fù)雜度。假設(shè)傳統(tǒng)網(wǎng)

22、絡(luò)在無故障前提下能有效實現(xiàn)通信。在非故障狀態(tài)，以快速響應(yīng)的實時監(jiān)測機(jī)制，實時反饋網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)加以評估，對各網(wǎng)絡(luò)單元做出合理必須的干預(yù)，從人的主觀能動性上減少事故發(fā)生的概率，保障通信的暢通?，F(xiàn)有一突發(fā)性（不可預(yù)知的）故障刺激源作用于網(wǎng)絡(luò)，并對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響（效應(yīng)可監(jiān)測）。此時，附加網(wǎng)元被激活，并作出響應(yīng)產(chǎn)生可行性效應(yīng)作用于網(wǎng)絡(luò)，控制指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)快速重新選取通信網(wǎng)絡(luò)單元，建立故障后的后備通信方案。,3.2.4 設(shè)計原則,我國現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)施行的是分

23、級制，本文的設(shè)計基于現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)，因此設(shè)計需分級建設(shè)。同時我國網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積甚廣，這也要求相同而又有區(qū)別地加以對待（增加可控性、減少系統(tǒng)復(fù)雜度）。此外，不同用戶對通信安全可靠度要求不同，所以也需要有區(qū)別地加以設(shè)計。對于優(yōu)先重要通信，采用多級多技術(shù)雙重保證，如骨干網(wǎng)；對于次級通信，參照故障發(fā)生概率估計設(shè)計級別。 概括來講，就全國復(fù)雜的通信大系統(tǒng)，設(shè)計運(yùn)用分區(qū)分級思想，利用相同而又區(qū)別的原則對待，建立可行運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)及控制系統(tǒng)。,3.2.

24、5 基本問題及其算法,1）重測信度法 在網(wǎng)絡(luò)正式投入使用前，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試運(yùn)行測試，建立各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信度值表，并以此為基礎(chǔ)建立可信度模型（提供故障下的處理參考）。根據(jù)等級要求確定測定次數(shù)和各檢測指標(biāo)，對同一個網(wǎng)元做重復(fù)通信測試。首先，在鏈路建立完備前提下，在發(fā)端發(fā)送測試信息，收端監(jiān)測接收測試信息，然后與發(fā)端信息做置信容許下的比較，并把結(jié)果寫入比較寄存器中。按測試要求進(jìn)行多次測試，做相同信息處理。可信度評價：根據(jù)各次試驗的數(shù)

25、據(jù)，做統(tǒng)計處理剔除個別因測試失誤引起的失諧數(shù)據(jù)樣本。對每組數(shù)據(jù)做加權(quán)求和處理（權(quán)重根據(jù)參數(shù)重要性設(shè)定），得到一個概性估計值來表征該組數(shù)據(jù)的數(shù)字特征。對概性估計值做期望和方差處理，根據(jù)期望和方差對其做出可信度的評定。,,2）參數(shù)檢驗法此算法主要用于對故障的判定監(jiān)測，指導(dǎo)下一步工作，并把檢測結(jié)果反饋給CCP。首先，我們在給定小區(qū)域中設(shè)置若干監(jiān)測點，分別為A1、A2、A3……An。在做數(shù)據(jù)分析前需對數(shù)據(jù)做預(yù)處理，假定每個監(jiān)測點對同一節(jié)點樣

26、本采集3組數(shù)據(jù)，最后傳回的樣本數(shù)據(jù)通過如下方式得到：，其中p1+p2 + p3 =1（其參數(shù)可由系統(tǒng)或人工根據(jù)需要設(shè)定）。經(jīng)過上述處理我們得到一系列的點，則（A1、A2、A3……An）構(gòu)成一個估計點，并通過經(jīng)驗估計構(gòu)造該估計點的樣本函數(shù)。假設(shè)樣本估計點滿足密度分布函數(shù)，即與An之間滿足關(guān)系：。以此為檢驗函數(shù)，給定置信度（判決閾值），通過將傳回數(shù)據(jù)代入該樣本函數(shù)得到一組隨機(jī)估計點，并與標(biāo)準(zhǔn)下求得的估計點做偏差估計，如果滿足預(yù)設(shè)閾值，則觸

27、發(fā)判決并把結(jié)果傳回就近控制單元。,,3）最短行程算法首先，尋路算法基于上一算法作用域。在運(yùn)算前需對可用路徑做最大簡化處理，以期選擇路徑時減少計算用時，達(dá)到快速響應(yīng)目的。分析作用域及其鄰域（即一次通信中，信息流在某一節(jié)點路由中傳送時，所有可能的入路和出路路由的集合稱為域）預(yù)處理后的簡化拓?fù)鋱D，根據(jù)實際設(shè)置每相鄰節(jié)點間通路的權(quán)。為了進(jìn)一步減少數(shù)據(jù)計算所用時間，這里采用類似分組交換中的數(shù)據(jù)報通信方式，即搜索每對頂點間的最短路徑?；咀龇?/p>

28、：基于上一算法得出的故障點（設(shè)反饋中斷信息包括其地址），控制系統(tǒng)分析傳回地址，以故障點信息流入路路由作為傳送新起點（即記發(fā)路由起始點），利用Floyd法搜索選取路徑最短的路由作為傳輸方向（收索時舍棄故障路由），并以此為新起點搜索下一傳輸方向，重復(fù)此步驟。最終將會得到響應(yīng)故障后路由重選的最短路徑。,,4）匹配覆蓋 匹配覆蓋算法主要用于中斷探測單元、中斷饋償網(wǎng)元、判決倒換節(jié)點、控制協(xié)調(diào)單元配置的優(yōu)化，在一定程度上實現(xiàn)最佳配置，降低網(wǎng)

29、絡(luò)的復(fù)雜程度和成本，增強(qiáng)其可維護(hù)性。 對全國進(jìn)行片區(qū)和設(shè)置點粗略劃分，做出其帶權(quán)二元拓?fù)鋱D，并利用頂點標(biāo)記法將其轉(zhuǎn)化為非賦權(quán)圖，然后利用匈牙利算法求最大匹配，得出完美匹配方案，實現(xiàn)匹配下的最優(yōu)覆蓋。,,5）最大流問題 本節(jié)考察網(wǎng)絡(luò)流量問題，一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的吞吐量是有限的。若流向某節(jié)點的信息流在短時間內(nèi)過大，則會造成信息擁塞影響通信質(zhì)量，如果得不到妥善處理，將會對整個網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，減小使用年限。為此，有必要分析最大流問

30、題，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。 設(shè)f為網(wǎng)絡(luò)N的流。首先，求出網(wǎng)絡(luò)N的一條增廣鏈，然后判別網(wǎng)絡(luò)N中當(dāng)前給定流f（初始時，取f為0流）是否為增廣鏈，若沒有，則該流f為最大流；否則求出f的改進(jìn)f1，把f1看成f，在進(jìn)行前述判斷，直到求出最大流（網(wǎng)絡(luò)容量）。,4 網(wǎng)絡(luò)評估,設(shè)計分析均是是基于基本假設(shè)下進(jìn)行的，只給出了簡單的處理算法，缺少實驗驗證，沒有得出相關(guān)經(jīng)驗公式和結(jié)論。對于參數(shù)檢驗法缺少可行性檢驗。在其中網(wǎng)絡(luò)單元失效狀況下，缺乏可靠應(yīng)對策略。最短