一种LTE系统内休眠小区的检测与恢复方案

林群雄 ，马 赛 ，郝建刚

（1.武汉邮电科学研究院湖北武汉430074；2.北京北方烽火科技有限公司北京100085）

随着LTE的发展，不断增加的用户需求，以无线通信服务和移动蜂窝网络的复杂性的必然增长。平板电脑和智能手机的高人气，导致无线网络供应商之间的激烈竞争，为了吸引客户，运营商被迫以更低的成本提供高品质的服务和更多的网络流量。配置和网络设备的维护是相当昂贵的过程，这在许多情况下，需要合格的专家手动工作。其中的一个原因是无线网络的异质性，在为了应对网络的复杂性，并避免在资本支出的增加，3GPP一直在开发自释放SON（Self-Organizing Network，自组织网络）的概念[1-3]。

自治愈机制[4-5]是SON中的一大部分内容，目的是自动检测通信设备中的问题并解决问题，使通信设备能正常工作，避免对用户体验的造成影响，降低运营成本。休眠小区[6]的基本情况是一个故障基站没有触发告警无法被工作人员发现，误认为小区处于正常工作状态[7]。主要危险是，故障依旧为网络维护者无形的，只有收到用户的多宗投诉后，才会显露出来。本文根据3GPP的SON中自愈流程建议提出一种休眠小区的检测及其恢复方案。

1 参数分析

1.1 RRC（Radio Resource Control）连接

RRC为 UE（User Equipment，用 户 设 备）与eNodB（演进基站）间的无线资源管理部分。当有用户设备通过无线链路接入基站时，UE会发起RRCConnectionRequest请求连接，小区资源可用的情况下，UE会接收到RRCConnectionSetup行连接，UE成功接入小区会发送RRCConnection Setup Complete表示RRC连接成功建立完成[8]。经过以上3个步骤将会在基站内建立相应的UE连接节点，在基站的CC（Calling Control，呼叫控制）处进行相应UE信息统计，有UE成功连接进基站内，节点内UE数就发生变化，此时在CC处均能够统计到相应UE信息，也就是可以用RRC连接变化数表示基站上下行能否正常传输信令。

1.2 GTP（GPRS Tunnelling Protocol）协议

GTP协议[9]可分为GTP-C（GTP控制面协议）和GTP-U（GTP用户面协议），GTP-C协议主要为隧道控制和管理协议，进行移动终端分组数据接入，可对隧道进行创建、修改、删除等操作。GTP-U协议使用创建的隧道机制传输用户数据包，含用户路径管理、差错指示等。用户业务数据通过GTP-U协议在基站与SGW（业务网关）之间的隧道进行传输，若用户与服务器进行交换，便能在基站处统计到用户数据报文数目的发生变化。通过对基站处GTP-U报文出入情况的统计，能够知道小区中的用户设备是否正常进行数据交互，RRC连接数和GTP-U报文统计图如图1所示。

图1 RRC连接数和GTP-U报文统计图

2 休眠小区的检测与恢复

2.1 休眠小区的检测

正常情况下，UE要接入小区需要发出，通过S1与服务器产生上下行报文交互，用户数据均通过GTP-U协议进行报文封装后发出基站[10]，而当小区发生休眠时，存在以下几种情况：1）UE能通过正常接收到RRC发送的广播消息，在UE尝试接入小区时，未能连接完成，2）UE无法正常搜到附近可用小区，而从 OMC（Operation and Maintenance Center，操作维护中心）处观测小区状态正常，3）UE处在小区覆盖范围内却无法从事任何操作，4）UE能够接入基站，但是无法正常传送GTP-U报文。

对于基站内的小区，基站初始化成功后，自动读取相应的基站配置表项获取基站进行睡眠小区检测的总时长，针对不同地区UE接入的频率配置所要检测小区的检测周期。对于业务量较大的基站，可以将检测周期设置的较业务量小的基站检测周期短，对于备用基站可以不设置进行休眠小区状况检测，根据基站上报的业务连接情况，根据基站业务连接情况区分早上，中午，晚上或者更细致的时间段，业务量特性制定基站无业连接的时间段阈值[11]。

基站定时根据当前时间的基站配置的休眠小区检测时长周期性检测基站业务状况，主要是检测UE成功连接小区的RRC连接数变化以及基站GTP-U报文的出入情况。当满足前时间段无业务阈值超过基站所配置的检测时长，认为本检测周期时长内小区为疑似休眠小区，在本休眠小区检测周期内有本基站向OMC上报相应KPI（关键性能指标）参数的情况下，基站会向OMC上报疑似休眠小区的自愈指示。若本休眠小区检测周期内未有本基站向OMC上报相应KPI参数，则直接进行下个休眠小区周期检测，以此类推并累加周期检测的时长，直至有本基站向OMC上报相应KPI参数，若此期间有UE成功接入小区并有GTP-U报文出入基站，之前累加的时长清零，重新开始周期检测。若是一直未有UE成功接入小区并有GTP-U报文出入基站，则向OMC上报累加时长内小区为疑似休眠小区的自愈指示。

OMC根据上报指示中的本地小区号，获取该小区所有的邻区信息[12]，并获取基站上报的检测时长内所有邻区向该小区切换指标情况，包括基站内和S1和X2的切换[13]请求或执行请求，以及系统内小区间切换完成次数等切换指标的分析。如果在指定时间内没有发生过切换，可以认为疑似休眠小区没有广播，别的小区探测不到，因此不会切换，如果切换失败率为100%，可以认为疑似休眠小区依然可以探测到，但上行不通，切换不成功[13-14]。当有以上任意一种情况存在，OMC则向该基站发送休眠小区确认指示，休眠小区检测流程图如图2所示。

2.2 休眠小区的恢复

图2 休眠小区检测图

检测出休眠小区时，优先考虑是小区资源处故障，启动自愈恢复部分定时器，删除原小区资源并重新建小区，重建小区后停止自愈恢复定时器，启动自愈评估定时器，在小区自愈评估的过程中也同时运行小区状态检测定时器，两个定时器独立进行工作，这样能够最快检测到小区状态恢复正常。自愈评估状态下，检测到有UE能正常接入或者从邻区切换至本小区且有上下行的GTP-U报文交互，则认为自愈成功，停止自愈评估定时器，向OMC处发送小区自愈成功报文。

若在评估时间内没有检测到有UE正常接入本小区，则重新进入小区自愈恢复流程进行处理，当进行多次小区删除与建立后，仍然没有UE正常接入，则考虑休眠小区原因为硬件资源故障。读取基站中配置表[15]，复位对应该小区的RRU（射频拉远单元），当显示状态正常的小区均被检测无法正常为客户提供服务时，则复位整块BPU（Branch Processing Unit，分支处理单元）。采用以上恢复流程能基站能恢复正常工作状态时，基站向OMC上报自愈成功消息，否则基站向OMC上报休眠小区自愈失败告警，小区故障恢复流程如图3所示。

3 实际验证分析

为了验证所设计流程的准确性和有效性，验证环境采用北方烽火公司的基站设备搭建实际环境，以组网的方式进行测试，具体组网图4所示。

多次采用多个UE分别在单个基站内的不通邻区接入和两台基站间的不同邻区接入，人为设置基站部分功能故障，在打开休眠小区功能检测的情况下，故障小区能通过休眠小区检测及恢复方案，检测出休眠小区，并得到快速恢复。测试结果可以表明，本文设计的一种休眠小区的检测与恢复的方案能够有效检测出发生休眠小区的基站且经过相应恢复处理能够有效恢复使基站恢复到正常工作状态。

图3 小区故障恢复图

图4 组网测试图

4 结束语

文中提出了一种解决基站在无特殊操作的情况下产生休眠小区的自愈方法，通过周期检测基站的小区中UE成功连接小区产生的RRC连接数的变化与UE连接小区后GTP-U上下行报文收发情况[16-17]预先判断可能存在的休眠小区，再通过OMC查询相关UE切换信息共同判断小区是否发生了休眠，进一步对诊断出的休眠小区进行恢复，最后通过实际组网和UE接入情况分析，验证方法的可行性和准确性。结果表明通过本方法能够有效的检测出发生休眠的小区，并得到及时恢复，提高整体资源利用率和用户体验。

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