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摘要
核心網(wǎng)的信令量將隨LTE的增長而增長，特別是在演進分組核心（EPC）中的移動管理實體（MME）上
通過實施智能信令管理技術，MME可以減少信令流量
改進的網(wǎng)絡分析，有助于確定產(chǎn)生信令問題的原因
必須管理的LTE信令
在早期大規(guī)模LTE網(wǎng)絡部署階段，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IP架構，也就是宏站和微站直接連接到EPC中一個專用的控制面單元MME所致。從幾個大的LTE網(wǎng)絡部署現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析來看，MME可以承受一個持續(xù)的信令負荷，在正常情況下，繁忙時每個用戶設備（UE）有500-800個消息，而極端情況下，每個用戶每小時要高達1500個消息。
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核心網(wǎng)信令的上升也可以歸因于LTE用戶對網(wǎng)絡使用的總體增長。在美國一些使用LTE的大城市中，網(wǎng)絡使用高峰是每個UE在忙時每小時達到45個業(yè)務請求。因為LTE使用將越來越普遍，EPC信令將繼續(xù)上升，如果對信令的上升沒有正確的管理，將會可能產(chǎn)生控制平面擁塞和信令風暴的問題。
因此當移動網(wǎng)絡運營商（MNO）部署發(fā)展LTE時，為確保其核心控制平面網(wǎng)絡可以支持預期信令量的增加，他們必須要采取一些措施。具體而言，移動網(wǎng)絡運營商需要部署一個電信級的、新一代的MME /服務GPRS的支持節(jié)點（SGSN）平臺，它不僅具有大容量，可擴展性和具有CPU處理性能，同時能擁有智能管理業(yè)務能力，來全面降低核心網(wǎng)信令。在MME中能夠獲得信令改進效率的兩個方面，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)時在網(wǎng)絡中的位置，而UE的空閑狀態(tài)使得它能夠在網(wǎng)絡中確定更確切的位置。網(wǎng)絡使用的尋呼管理方法是:
要求在MME和UE之間，建立一個非接入層（NAS）信令連接，用來支持網(wǎng)絡業(yè)務請求。
網(wǎng)絡發(fā)生故障后，提示UE將它自己重新附著到網(wǎng)絡上。
啟動一個移動電路交換回落（CSFB）機制。
在LTE中，MME尋呼UE而產(chǎn)生的信令流量是值得關注的。圖1顯示了一個來自美國大城市中LTE業(yè)務提供商的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，結果表明尋呼占到MME總信令負荷的28%以上，這樣，尋找一個方法來減少MME尋呼，將有助于MNOS（移動網(wǎng)絡運營商）降低整體網(wǎng)絡的信令負荷和管理MME的成本。
圖1 一個美國LTE網(wǎng)絡中的MME信令組成分布圖
在演進的陸地無線接入網(wǎng)絡（E-UTRAN）中，一個TA代表一組連續(xù)的蜂窩單元。它通常是UE在空閑模式時在網(wǎng)絡中移動，由MME來跟蹤和定位。 一個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)，而這個小區(qū)被包括在任一TA或注冊UE的TA列表中。一個跟蹤區(qū)域更新（TAU）方法的使用，只在UE越過TA邊界進入另一個TA時才發(fā)生，而這個TA是不在它的TA列表中的，或者當周期的TAU計時器失效時，跟蹤區(qū)域更新（TAU）方法也會被使用。
如果UE在一個不全部屬于它的TA列表中的TAs邊界上移動時，TAU方法可以產(chǎn)生大量的信令，特別是當TA尺寸較大（如一個TA中有50-100 eNodeBs），這就被稱為“切換”效應，因為多個MME注冊，而它發(fā)生于UE在TA邊界移動時，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UE電池而言,是一個重要的電力消耗。因此，需要精心設計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無線移動管理器(WMM)，允許移動網(wǎng)絡運營商來定制各種類型業(yè)務的MME尋呼機制。這有助于移動網(wǎng)絡運營商降低尋呼量，同時仍然滿足最終用戶對于各種類型業(yè)務所期望的質(zhì)量體驗。
9471WMM尋呼機制支持下面的可配置參數(shù)：
業(yè)務類型的尋呼
尋呼申請的數(shù)量
尋呼申請之間的時間選擇
用于每次申請的尋呼方法
尋呼機制是完全符合第三代合作伙伴計劃（3GPP）的標準且能夠部署在網(wǎng)絡上任何供應商的無線節(jié)點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，可以達到80% 以上。
圖2 智能尋呼顯著地降低信令量
動態(tài)的TA列表管理技術可以進一步減少MME信令負荷。當UE在移動網(wǎng)絡中移動時，這些技術優(yōu)化了在UE的TA 列表中TAs的數(shù)量。當檢測到UE移動是循環(huán)模式時，經(jīng)過注冊的2或3的TAs邊界（圖3），TAs能夠從UE注冊TA 列表中自動添加。通過不斷更新和優(yōu)化UE的TA列表，產(chǎn)生較小的TAU請求，降低了在TA邊界上的切換。
圖3 動態(tài)的TA列表管理進一步減少MME信令負荷
TAU方法還會縮短UE的電池壽命–在目前的智能手機中，每個TAU方法消耗大約10毫瓦的電力。表1顯示了，使用動態(tài)TA管理功能和用基本的TA列表管理功能相比，智能手機的UE功率消耗和電池壽命的節(jié)省。這個TAU方法電力估計包括TAU 消息以及eNodeB的附著等方面。一個用于功率消耗比較的LTE智能手機是：
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：動態(tài)的TA列表管理降低智能手機電池的消耗
表1顯示，動態(tài)的TA列表管理技術消耗更少的UE電池，和能夠延長智能手機的電池壽命相比，最多可達好幾個小時，這取決于TA大小和用戶的智能手機使用情況。
分析優(yōu)化LTE射頻和核心網(wǎng)絡
對LTE和它的全IP架構，需要一套新的分析方法來維護網(wǎng)絡運行。使用傳統(tǒng)的無線接入網(wǎng)絡（RAN）管理工具是耗時和浪費資源的，它存在一些缺點：
驅(qū)動測試僅僅提供一個網(wǎng)絡覆蓋的樣本，它還受到時間的控制和約束。
業(yè)務測量聚集了所有的用戶數(shù)據(jù)。這種聚合對檢測硬件故障是有用的，但它不能檢測單個客戶的性能問題。
使用呼叫跟蹤來具體解決客戶投訴，當測試故障發(fā)生時，可以要求用戶進行測試通話。但是這并不總是可行的。它也需要大量的時間成本，有時為了復制用戶的行為，可能需要一個高成本的現(xiàn)場測量和跟蹤。
診斷工具，比如阿爾卡特朗訊針對LTE網(wǎng)絡每次呼叫測量數(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設備，來收集一套豐富的有關終端和網(wǎng)絡信令以及承載數(shù)據(jù)。不同于呼叫跟蹤，所有的UE PCMD呼叫程序都會被捕獲。這樣提供給網(wǎng)絡最終用戶體驗更準確的看法。此外，由于最終用戶移動設備是用來收集數(shù)據(jù)的，這樣驅(qū)動測試需求就顯著減少了。
圖4 診斷工具，比如PCMD給LTE網(wǎng)絡帶來有價值的分析
改善的網(wǎng)絡分析給MSP帶來的好處：
客戶服務：可以快速識別網(wǎng)絡覆蓋和終端的問題，提供一個可以提高客戶的、滿意度和降低故障呼叫保持時間的快速反應。
操作：擁有持續(xù)改進和質(zhì)量管理所需的數(shù)據(jù)分析報告。例如，從終端用戶設備數(shù)據(jù)、覆蓋盲區(qū)、掉線到電池性能問題都能夠被識別，用于改進目的關鍵性能指標（KPI）也能夠被建立起來。
工程和網(wǎng)絡規(guī)劃：可以使用業(yè)務模式分析方法和準確的射頻（RF）測量來預測和驗證覆蓋需求。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性的RAN投資。
新的技術需要新的網(wǎng)絡能力
隨著智能手機和平板電腦“永遠在線”的應用和業(yè)務范圍的擴張和競爭，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)。
高性能和可擴展的SGSN和MME支持預期的信令量，提供智能尋呼和TA的管理技術，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。
動態(tài)TA 管理保證UE總是有一個優(yōu)化的TA列表，最大限度地減少TAUs和延長UE的電池壽命。
此外，高級的診斷和故障排除工具幫助MSPs管理和支持LTE網(wǎng)絡。MSPs能更快地解決客戶問題，提高網(wǎng)絡的性能和客戶滿意度，減少客戶流失。
發(fā)展LTE對MSPs來說是一個極大的投資。首先考慮解決信令挑戰(zhàn)的運營商，將會在日后收回投資中，取得一個較為有利的地位。
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