移动通信系统手机接入网络阶段异常事件处理方法

黄恒绥李阳德蔡丽金

(1.广西深睿科技有限公司，广西 南宁 5300004；2.中国移动通信集团广西有限公司，广西 南宁 5300004)

移动通信系统手机接入网络阶段异常事件处理方法

黄恒绥1李阳德2蔡丽金2

(1.广西深睿科技有限公司，广西 南宁 5300004；2.中国移动通信集团广西有限公司，广西 南宁 5300004)

随着移动通信技术的快速发展，移动通信网络已成为信息通信的重要系统，而作为UMTS的长期演进的LTE，它改进并增强了3G的空中接入技术。其中，OFDMA、SC-FDMA、MIMO是LTE中的核心技术。LTE系统的目标包括改善小区边缘用户的性能，降低系统时延，增强网络开放性。实现该目标的同时，系统承载的服务和内容急剧增多，用户对移动通信服务质量的感知也越来越敏感，为了提高服务质量，提取各种相关的性能指标，文章提出并设计一种LTE系统手机接入网络阶段异常事件的处理方法，并给出实现框架，为移动网络优化与测试提供一种更为便捷的辅助手段。

移动通信系统；手机接入网络；LTE

3G移动通信的发展推动了移动数据业务和移动互联网应用的发展，而移动数据与移动互联网应用业务的发展又对移动带宽性能提出了更高的要求，这直接驱动了 LTE 技术与产业的发展。

TD-LTE 作为 LTE 的时分模式技术，具有“GAS”优势：“G”（Global，全球化），“A”（Asymmetric，非对称）和“S”（Synergetic，共融性），更适合未来移动业务的应用。

LTE以其高速、宽带、低时延等特性，有效提升了用户的移动业务体验， 能够更好地满足用户的业务需求。作为新一代宽带无线移动通信的领军技术，LTE已经在全球快速展开商用。刚刚过去的2014年，更是LTE快速发展和突破的一年，LTE 在商用市场和网络与终端产品成熟度方面取得了显著进展[1-2]。

而近两年在LTE运行工作过程中，由于各厂家设备的网络性能存在显著性差异，导致了大部分设备的网络异常，影响了用户的网络接入，出现接入异常告警事件，但由于异常记录的手段复杂繁琐，缺乏有效的异常事件监控机制，导致了网络异常定位慢，用户体验满意度低的结果。本文基于LTE移动通信系统，提出手机接入网络阶段异常事件处理方法，通过手机或终端设备记录错误信息，快速定位LTE移动通讯网络运行质量问题，为话务统计提供有效的测量报告，解决无法记录手机在接入网络的阶段出现的异常错误，提升用户的满意度[3]。

1 系统概述

LTE网络在实施部署及测试中对测试设备的能力以及测试方式与之前的移动网络有所不同，网络测试是LTE发展产业链上关键的一环，在移动互联网时代复杂的网络环境下，LTE测试主要面临以下困难：

（1）兼容性。日益增长的LTE部署为测试设备提供商提出了重大挑战，移动终端除了需要适应最新的LTE标准，还能兼容2G、3G业务，为用户提供完整的用户体验。

（2）测试成本及时间。与3G测试不同的是，LTE测试项目多，异常种类繁杂，如何设计一种快速有效的测试方法降低测试时间和成本，已经成为一种LTE测试的重点。

（3）无法有效获取无线数据进行分析，增加了网络管理和优化的复杂性，传统的协议分析表已经难以满足当前 LTE的测试需求。

移动通信系统可以通过话务统计提取各种性能的测量报告，从话务统计中可以清楚的了解设备的好坏、网络的运行状况。话务统计由很多计数器构成，而话务统计则是不同的计数器在不同的时段的组合（如话务统计计算公式）。网络管理人员就是从运行参数中得到网络运行质量的信息的[4-6]。

话务统计能提供进行移动网络的量度、规划设计、运行和管理的数据，以使网络性能达到最佳。 最佳的含义包含资源的合理配置、经济性两个方面。移动通信网的话务统计主要有以下任务：

（1）测量移动通信网的话务量，包括所有用户的话务量和信令的话务量；

（2）检验网络的服务质量，比如接通率、掉话率、拥塞率等；

（3）掌握系统的可用性，比如信道可用数目；

（4）检验网络的配置，使资源的利用最合理、最经济，比如疏忙、均衡话务等。

本文依据当前LTE测试存在的问题以及话务统计的任务内容，并结合实际的网络优化需求，除了完成基本的话务统计功能，还能记录手机等移动终端设备在接入LTE移动网络的过程中出现的异常，这些异常信息无法被传统的话务统计方法所记录，网络优化的维护人员也无从得知，但接入阶段的异常信息，往往又非常影响客户的感知，影响用户的感受度，因而本文提出的手机接入网络阶段异常事件处理方法具有重要意义，以下是本系统实现的功能：

（1）采集话统数据，并对数据采集过程进行管理；

（2）跟据采集的话统数据生成话务统计结果；

（3）把话务统计结果传送到操作维护系统；

（4）在操作维护系统中存储、分析话统结果，并向维护人员显示结果；

（5）记录处于手机接入阶段的异常信息。

（6）将测试结果导入日常数据报表，进行有效的数据规划，解决后台数据的局限。

2 LTE接入原理

UE选择合适的小区进行驻留以后，就可以发起初始的随机接入过程了。LTE中，随机接入是一个基本的功能，UE只有通过随机接入过程，与系统的上行同步以后，才能够被系统调度来进行上行的传输.LTE中的随机接入分为基于竞争的随机接入和无竞争的随机接入两种形式。初始的随机接入过程，是一种基于竞争的接入过程，可以分为前导序列传输、随机接入响应、MSG3 发送以及冲突解决消息四个步骤。

（1）用于竞争的随机前导序列，又被分为 GroupA和GroupB两组。其中GroupA的数目由参数preamblesGroupA来决定，如果GroupA的数目和用于竞争的随机前导序列的总数的数目相等，就意味着GroupB不存在。GroupA 和GroupB的主要区别在于将要在MSG3中传输的信息的大小，由参数messageSizeGroupA 表示。在GroupB存在的情况下，如果所要传输的信息的长度(加上MAC头部，MAC控制单元等)大于 messageSizeGroupA，并且 UE能够满足发射功率的条件下， UE就会选择GroupB中的前导序列。

（2）当eNB检测到UE发送的前导序列，就会在DL-SCH上发送一个响应，包含：检测到的前导序列的索引号、用于上行同步的时间调整信息、初始的上行资源分配(用于发送随后的MSG3)，以及一个临时C-RNTI，此临时的C-RNTI将在(冲突解决中决定是否转换为永久的C-RNTI。在RAR消息中，还可能存在一个backoff指示，指示了UE重传前导的等待时间范围。如果UE在规定的时间范围以内没有收到任何RAR消息，或者RAR消息中的前导序列索引与自己的不符，则认为此次的前导接入失败。UE 需要推迟一段时间才能进行下一次的前导接入。推迟的时间范围由 backoff indictor来指示，UE可以在0 到BackoffIndicator之间随机取值。这样的设计可以减少UE在相同时间再次发送前导序列的几率。

（3）UE接收到RAR消息，获得上行的时间同步和上行资源。但此时并不能确定RAR消息是发送给UE自己而不是发送给其他的UE的，由于UE的前导序列是从公共资源中随机选取的，因此存在着不同的UE在相同的时间—频率资源上发送相同的接入前导序列的可能性，这样他们就会通过相同的RA-RNTI接收到同样的RAR。而且UE也无从知道是否有其他的UE在使用相同的资源进行随机接入，为此UE需要通过随后的MSG3 和MSG4消息来解决这样的随机接入冲突。

（4）如果在mac-ContentionResolutionTimer时间内，UE接收到eNodeB返回的ContentionResolution消息，并且其中携带的UE ID与自己在Msg3中上报给eNodeB的相符，那么UE就认为自己赢得了此次的随机接入冲突，随机接入成功。并将在RAR消息中得到的临时C-RNTI置为自己的C-RNTI，否则的话UE认为此次接入失败，并按照上面所述的规则进行随机接入的重传过程[7-8]。

在接入过程中出现的失败是系统不能记录，维护人员不得而知的，而又是严重的网络问题，作为网络维护人员，很有必要了解什么时候，在什么基站下面手机和网络连接失败，因而本文的研究具有重要意义。

3 系统详细设计

本系统组成包括：手机或终端，数据库和应用服务系统，以及桌面应用软件等几个主要组成部分，系统的设计框架如图1所示[9,11]。

图1　系统设计框架

3.1手机和终端设备

通过软件升级和硬件改造的手机，为数据库服务器和应用服务器提供原始测试数据。主要功能包括：

（1）使用SD卡等存储介质，记录网络问题，特别是接入阶段系统无法获知的呼叫事件，发生时间，以及尝试接入或者连接的小区；

（2）使用SD卡等存储介质，保存通话过程中的空中接口信令数据；

（3）通过无线或连接线方式上传数据到指定数据存储服务器；

（4）具有GPS功能，能够记录发生时间的经纬度；

（5）测试数据包括网络通话信令数据和GPS数据，并自动匹配二者数据；

（6）如有必要接收系统配置文件，按照配置模式完成测试。

3.2数据库系统

数据库系统主要作用是集中和管理手机或终端设备上传的数据，并对海量数据进行初级分类和整理，为应用服务系统提供进一步分析处理的原始数据和资料，同时为了保证数据库系统的安全，需要进行备份管理，备份就是数据的副本。此副本包括数据库的重要部分，如控制文件和数据文件。备份是为避免意外的数据丢失和应用程序错误而采取的保护措施。万一丢失原始数据，可以使用备份重新获得这些数据。对一个数据库来讲，备份就显得更为重要了。

恢复即还原一个物理备份，就是重新构造此物理备份并使其可用于Oracle或SQL Server服务器。恢复一个还原的数据文件就是使用重做记录对其进行更新，如在进行备份之后对数据库所做的更改记录等。例程失败后，Oracle或 SQL Server会自动执行崩溃恢复和例程恢复。与例程恢复不同，介质恢复需要发布恢复命令。即当数据库因为各种物理原因发生错误时，需要数据库管理员在数据备份的基础上采取合适的恢复方法，经过人工操作使数据库的正常工作。

基本的备份与恢复原则十分简单，在此基础上数据库管理员根据具体情况制定切实可行的备份与恢复策略。一般来说，备份与恢复的基本思想是：在不同磁盘上维护联机重做日志的多个相同副本；将重做日志归档到多个位置，或经常备份归档的重做日志；维护控制文件的多个并发副本；经常备份数据文件和控制文件，并将它们存储在安全的地方。

3.3应用服务系统

应用服务系统主要是对采集的测试数据按照分析模型进行统计、分析和处理，并输出结果。

3.4桌面系统

桌面软件系统主要作为应用服务系统的客户端软件，并提供用户管理和权限管理的服务，该服务的组成如图2所示：

图2　用户与权限管理功能组成图

系统提供按用户角色对用户进行权限管理，每个用户角色可以分配相应的系统权限，用户若属于该用户组则用户拥有该角色的权限，对于单个用户还可以在其所拥有的角色权限基础上进行其特殊权限的设定。

4 结语

本文在LTE移动通信系统环境下，针对异常事件，尤其是在OFDMA、SC-FDMA手机同步阶段（接入网络阶段）发生的异常事件提出处理方法，并报告给网络维护人员，根据报告，检查设备运行情况，及时排除故障，做好网络的维护和优化工作，提高网络质量，提升手机用户满意度。该方法扩展到手机的通话阶段的异常事件也记录下来，同理报告给网络维护人员，辅助网络维护和网络优化。本文设计的系统功耗低、体积小、部署简单，创新性强：

（1）海量路测数据需求与昂贵测试成本之间的矛盾

长期以来困扰无线网络优化行业的一个重要问题是：采用传统路测判断网络运行的必然问题需要海量测试数据支持，但是专业测试手机价格昂贵，测试过程也费时费力费钱，传统模式的路测方式发现网络运行质量规律性问题的性价比不高。

（2）测试者与使用者合一的数据采集模式

本系统采用手机软件＋硬件改造方案，大量普通用户使用，集普通手机与测试手机于一体，真实通话数据就是测试数据，完全改变了传统路测模式定位网络问题的模式。

（3）数据库方式集中管理海量历史数据

手机网优系统集中管理海量测试数据，无论服务器端还是客户端都采用数据库，有别于传统路测软件文件方式管理测试数据的方式，确保历史数据完整，查询和共享便利。

[1] 蒋宇.无线通信 4G关键技术浅析[J].电子技术与软件工程,2014,(12):61.

[2] 李文宇,宋丽娜,何秀淼.LTE产业发展分析和展望[J].电信科学,2014,(3):6-11.

[3] 徐晶,任刚.TD-LTE接入失败问题分析及解决[J].电信工程技术与标准化,2013,(12):70-73.

[4] 李美艳.浅谈 LTE网络优化技术[J].电子世界,2014,(5): 170-171.

[5] 龙青良,张磊.基于用户感知的 LTE网络优化关键问题研究[J].邮电设计技术,2014,(10):14-20.

[6] 李宝磊,周俊,任晓华.TD-LTE网络优化关键问题的研究[J].电信工程技术与标准化,2015,(1):57-61.

[7] 楚佩佳.基于LTE系统的UE随机接入过程研究[D].杭州:杭州电子科技大学,2011.

[8] 雷蕾.LTE系统中随机接入碰撞问题的研究[D].武汉:武汉理工大学,2013.

[9] 任文民.基于嵌入式的TD-SCDMA移动终端客户端软件的设计与实现[D].成都:电子科技大学,2008.

[10] 杨晨笛.基于无线通信系统干扰的仿真平台设计与实现[D].北京:北京邮电大学,2014.

[11] 李佳.基于GIS的TD-SCDMA综合网络优化平台[D].北京:北京交通大学,2008.

A method of mobile access networks abnormal events in mobile communication system

With the rapid development of mobile communication technology, mobile communication network has become an important system of information communication. And LTE as long term evolution of UMT, it improve and enhance the air access technology of 3G, and OFDMA, SC - FDMA, MIMO is a core technology in LTE. The goal of LTE system include improving the performance of cell edge user, to reduce the delay of the system and enhance the network openness. Achieve the goal at the same time, the system of services and content increase rapidly, the user perception of mobile communication service quality is becoming more and more sensitive, in order to improve the quality of service, to extract the relevant performance indicators, this paper puts forward and designs a system of LTE mobile access networks phase exception event processing method, and gives implementation framework, for the mobile network optimization and testing provides a means for more convenient.

Mobile communication system; mobile access networks; LTE

TN929.5

A

1008-1151(2015)07-0017-03

2015-06-10

黄恒绥 ，供职于广西深睿科技有限公司，研究方向为无线网络优化应用系统开发；李阳德，供职于中国移动通信集团广西有限公司，研究方向为 GSM、TD、LTE无线网络优化与通信管理； 蔡丽金，供职于中国移动通信集团广西有限公司，研究方向为GSM、TD、LTE无线网络优化与通信管理。