上海貝爾：管理LTE核心網(wǎng)信令流量

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(jìn)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(shù)，MME可以減少信令流量

改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)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(luò)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I(xiàn)P架構(gòu)，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(luò)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(fù)荷，在正常情況下，繁忙時每個用戶設(shè)備（UE）有500-800個消息，而極端情況下，每個用戶每小時要高達(dá)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(luò)使用的總體增長。在美國一些使用LTE的大城市中，網(wǎng)絡(luò)使用高峰是每個UE在忙時每小時達(dá)到45個業(yè)務(wù)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(fēng)暴的問題。

因此當(dāng)移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商（MNO）部署發(fā)展LTE時，為確保其核心控制平面網(wǎng)絡(luò)可以支持預(yù)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(luò)運(yùn)營商需要部署一個電信級的、新一代的MME /服務(wù)GPRS的支持節(jié)點（SGSN）平臺，它不僅具有大容量，可擴(kuò)展性和具有CPU處理性能，同時能擁有智能管理業(yè)務(wù)能力，來全面降低核心網(wǎng)信令。在MME中能夠獲得信令改進(jìn)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(luò)中的位置，而UE的空閑狀態(tài)使得它能夠在網(wǎng)絡(luò)中確定更確切的位置。網(wǎng)絡(luò)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(luò)業(yè)務(wù)請求。

網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障后，提示UE將它自己重新附著到網(wǎng)絡(luò)上。

啟動一個移動電路交換回落（CSFB）機(jī)制。

在LTE中，MME尋呼UE而產(chǎn)生的信令流量是值得關(guān)注的。圖1顯示了一個來自美國大城市中LTE業(yè)務(wù)提供商的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，結(jié)果表明尋呼占到MME總信令負(fù)荷的28%以上，這樣，尋找一個方法來減少M(fèi)ME尋呼，將有助于MNOS（移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商）降低整體網(wǎng)絡(luò)的信令負(fù)荷和管理MME的成本。

圖1 一個美國LTE網(wǎng)絡(luò)中的MME信令組成分布圖

在演進(jìn)的陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)（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(luò)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(jìn)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(dāng)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(dāng)TA尺寸較大（如一個TA中有50-100 eNodeBs），這就被稱為“切換”效應(yīng)，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(shè)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(luò)運(yùn)營商來定制各種類型業(yè)務(wù)的MME尋呼機(jī)制。這有助于移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(wù)所期望的質(zhì)量體驗。

9471WMM尋呼機(jī)制支持下面的可配置參數(shù)：

業(yè)務(wù)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(jī)制是完全符合第三代合作伙伴計劃（3GPP）的標(biāo)準(zhǔn)且能夠部署在網(wǎng)絡(luò)上任何供應(yīng)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(dá)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(shù)可以進(jìn)一步減少M(fèi)ME信令負(fù)荷。當(dāng)UE在移動網(wǎng)絡(luò)中移動時，這些技術(shù)優(yōu)化了在UE的TA 列表中TAs的數(shù)量。當(dāng)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(jìn)一步減少M(fèi)ME信令負(fù)荷

TAU方法還會縮短UE的電池壽命–在目前的智能手機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)電池的消耗

表1顯示，動態(tài)的TA列表管理技術(shù)消耗更少的UE電池，和能夠延長智能手機(jī)的電池壽命相比，最多可達(dá)好幾個小時，這取決于TA大小和用戶的智能手機(jī)使用情況。

分析優(yōu)化LTE射頻和核心網(wǎng)絡(luò)

對LTE和它的全I(xiàn)P架構(gòu)，需要一套新的分析方法來維護(hù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。使用傳統(tǒng)的無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）管理工具是耗時和浪費(fèi)資源的，它存在一些缺點：

驅(qū)動測試僅僅提供一個網(wǎng)絡(luò)覆蓋的樣本，它還受到時間的控制和約束。

業(yè)務(wù)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(dāng)測試故障發(fā)生時，可以要求用戶進(jìn)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(fù)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(luò)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(shè)備，來收集一套豐富的有關(guān)終端和網(wǎng)絡(luò)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(luò)最終用戶體驗更準(zhǔn)確的看法。此外，由于最終用戶移動設(shè)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(luò)帶來有價值的分析

改善的網(wǎng)絡(luò)分析給MSP帶來的好處：

客戶服務(wù)：可以快速識別網(wǎng)絡(luò)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(yīng)。

操作：擁有持續(xù)改進(jìn)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(shè)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(jìn)目的關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）也能夠被建立起來。

工程和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：可以使用業(yè)務(wù)模式分析方法和準(zhǔn)確的射頻（RF）測量來預(yù)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(shù)需要新的網(wǎng)絡(luò)能力

隨著智能手機(jī)和平板電腦“永遠(yuǎn)在線”的應(yīng)用和業(yè)務(wù)范圍的擴(kuò)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(kuò)展的SGSN和MME支持預(yù)期的信令量，提供智能尋呼和TA的管理技術(shù)，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(luò)。MSPs能更快地解決客戶問題，提高網(wǎng)絡(luò)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(yùn)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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