关于LTE信令监测系统建设的探讨

孟肖京

【摘要】 随着通信技术的快速发展，网络逐渐改变着人类的生产、生活方式，对网络的依赖程度也越来越高，尤其是电信市场的数据业务需求更是非常庞大，无线网络逐步形成了2G、3G、WLAN以及LTE的多网络共存的格局，而且LTE长期的演化还在不断进行，4G时代已经来临。网络复杂程度的增加使得网络服务质量成为电信运营商抢占市场和用户的关键力量，而信令网作为电信网的重要支撑在保证网间互通的可靠性、安全性、稳定性发挥着不可替代的作用，但是信令的复杂程度和业务量的不断增加使得被动维护的方式已经不能满足需求。在这样的背景下，通过LTE信令监测系统实现对信令的集中管理和实时监测对于未来LTE新系统应用网络架构的部署和应用，提高运行维护效率是非常具有价值的。本文主要概述了LTE网络现状及其信令监测的发展，分析了LTE信令监测系统的信令采集方法，在此基础上提出了建设LTE信令监测系统的体系架构，最后归纳了LTE信令监测系统的优势，并对全文进行总结，希望能够对后续的建设工作有一定的理论意义。

【关键字】 LTE 信令监测系统

一、 引言

LTE （Long Term Evolution，长期演进）是一种新型网络技术，是在3GPP项目上改进增加了空中接入技术，以OFDM/ MIMO为核心标准，代表着未来全数据时代通信技术的发展趋势和平滑演进的需求。据全球移动供应商协会（GSA）的最新统计数据，在今年第一季度，全球LTE用户数增长了1.24亿，相比之下，3G/WCDMA/HSPA用户增长为7790万，2G用户则下降了1亿。截至今年3月底，全球LTE用户总数达到6.35亿，年增长率达到151.4%。

但是随着LTE网络业务的井喷式增长，网络承受着海量数据的挑战，也逐步暴露出很多问题，如LTE终端上无任何信号，包括2G、3G信号，引起大量投诉，平均丢包率还处于较高水平。

因此在当今越来越以客户感知为目标的营销理念下，网络运维管理也是逐步面向客户和面向业务，LTE网络精细化集中管理将是未来网络质量保证的重心。网络信令的任务就是将核心网上的各个网元间通信数据流量完全的镜像到您的信令监测分析系统，对信令数据进行还原与分析，从而大大提高对网络性能分析的准确性和及时性，并且可以对用户行为进行感知，为运营商的提供重要的业务支撑，信令监测系统的建设将会在运维成本、客户挖掘、业务挖掘、平滑扩容、灵活配置方面带来明显的优势。

二、LTE信令监测系统体系

2.1 需求分析

信令是通信网络中的一个标准协议，由于网络端到端存在大量的种类的设备，因此，国际组织制定了针对设备对接和开展业务的统一规范。信令中存储着大量的控制信息、网络性能信息以及管理信息，通过采集信令并合理分析就可以对网络质量作出正确评估，并且可以像“神经网”一样提前感知客户业务运行状态。目前通信网络的运行主要依靠信令的控制来实现。

随着网络结构进一步扁平化的发展和演进，LTE所代表的4G网络市场规模越来越大。但是LTE引入后的各个阶段过程中也发现了很多问题，比如LTE网络质量的稳定性，切换成功率、业务掉线率、平均丢包率较高，影响用户体验。LTE初期维护手段不足，采用网元北向信令接口实时性差，设备处理性能需要较多冗余，测试仪表监测范围过小，不能长期在线，不支持端到端的业务质量分析。一方面网络运维压力使得建设集成、多功能、多层次的LTE信令监测系统成为迫切需求，另一方面信令监测系统对于网络优化和增值业务拓展，实现对业务分布及性能的分析和统计，挖掘维护、规划及客户信息有着重要的作用。

2.2 LTE信令采集

LTE 4G网络的架构趋于扁平化，采用二层网络架构，即由基站eNodeB和核心网MME两层网络直接相连组成，取消了3G网络中的RNC，原有2G/3G无线接入网的采集接口（Abits/Iub）也随之不复存在，这样做的好处就是通过减少节点来满足LTE低延时的要求，但是新的问题是RNC中的大部分功能必须集成在MME中，信令采集技术和监测方式需要进行重新设计。LTE信令监测系统采集技术的转变应该以网元设备的转变为切入点，核心网络EPC的拥有较多的网络实体，包括ENodeB、MME、HSS、SGW和PGW以及PDN，网元接口类型较多，LTE网络的信令接口（如图1）主要包括四种，分别为核心网内部信令、空口信令、eNodeB间X2接口、S1接口，从现有信令系统和基于业务感知和提升的运维目标角度出发，LTE信令监测系统监测的范围关键在于Uu接口、S1接口以及S6a接口。

无线空口侧信令监测的优势在于可以采集NAS协议数据源、RRC数据源、PDCP相关参数、MAC数据源、物理层参数，实现综合的网络分析，包括质量、覆盖率、MR指标、链路负荷、承载率、干扰情况、用户定位等。核心网侧接口较多，主要通过S1接口的用户平面和控制平面进行信令的采集，用户平面接口S1-UP将演进基站和服务网关连接，用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧。而控制平面接口S1-CP则将演进基站和移动性管理实体相连，主要完成S1接口的无线接入承载控制、接口专用的操作维护等功能，RRC 作为UE与MME之间的无线连接控制起着重要的作用，可以从连接请求/重配置， E-RAB 建立/释放、UE上下文、S1口HO信令、X2口HO信令、MR RSRP、SIB，I MSI、TMSI、吞吐量、QoS等监测的信息，真实反映出切换、业务承载能力、邻区优化情况、用户行为关联。S6a可以接口反映HSS相关信令及过程的运行情况。

LTE信令采集的手段主要是通过网元设备MME、SGW与CE设备之间的链路进行采集监测，实际监测点在CE侧，光口链路的监测在串接分光器实现。

目前采集的方式主要有两种，一种是基于信令数据镜像接口的软采集，另外一种是基于网管Trace功能，通过执行用户在无线侧的相关信令跟踪，对所跟踪用户的信令进行显示、过滤、分析和输出。

三、LTE信令监测系统架构设计

信令监测系统采用分布式三层体系架（如图2），分别为采集层、共享层和应用层。采集层主要是在底层工作，能够支持电口、光口等多种硬件设备接口，从信令网上复制各类原始信令和协议数据。共享层包括协议处理和数据处理两大模块，协议处理用于信令采集、过滤、复制，解码数据TDR事件合成，数据处理用于TDR数据入库，性能指标实时统计分析。应用层为最终用户展示实时管理、业务分析、用户分析、网络分析等各种业务功能。

3.1采集层

采集层主要通过信令接口Uu/X2、S1.MME、S11、S6a、S10、SGs等对原始信令数据进行实时采集，其中Uu、X2接口采用基于信令数据镜像接口的软采集，采集后的数据需要接入到监测系统信令处理卡板。其它控制面接口数据进行分布采集、集中处理，数据封装后传输到中心站进行存储和处理。用户侧配置汇聚分流器，信令数据采集先在远端保存，然后处理后将XDR传入中心站存储，并对应用层提供数据来源。

3.2共享层

共享层中的协议处理模块首先接受控制面和用户面的数据，并对信令过滤、复制，通过时间合成服务器传送给接口服务器，同时数据处理模块完成数据解码合成、数据关联回填、实时统计、数据存储及离线分析挖掘等内容。然后通过接口向应用层提供XDR数据，为信令监测系统提供可共享的数据池。

3.3应用层

应用层对共享层提供的XDR数据进行深度分析，提供性能监测、网络优化、网络质量评估、用户行为分析等业务应用。系统以信令树形展示端到端的全程监测，支持信令详细解码、参数详细解释等功能，用户可对业务接入指标、完整性指标、移动分析指标、网络关联指标等进行以自定义告警设置，并以图形的形式呈现，方便运维人员查看并及时维护。

四、结束语

本文详细概述LTE网络发展的趋势，从数据业务增长和网络运行和维护现状的大背景下引出了建设LTE信令监测系统的重要性和必要性。介绍了LTE信令采集的流程和方式，在此基础上提出了LTE信令监测系统的系统架构，并分别对每层结构做了研究和整理。可以看出LTE信令监测系统的优势是非常明显的，整合了网络信息的多维数据，通过数据解码和关联，具备了及时监控和预警分析，准确评估客户感知，为实现精细化网络管理以及以客户为中心的市场营销模式奠定了坚实的基础。

参 考 文 献

[1] 郑立，沈政，董志远.基于接入概率的LTE小区重选优化算法分析[J].电子技术应用. 2012（09）

[2] 李美艳.浅谈LTE网络优化技术[J].电子世界.2014（05）

[3] 杨涛.浅谈扫频仪在LTE网络优化工作中的应用[J].移动通信.2013（Z1）