LTE SON

MERA следует последним тенденциям развития коммуникационных технологий, уделяя особое внимание приобретению новых знаний в области новых поколений стандартов беспроводной связи, включающих LTE и LTE Advanced.

Летом 2010 года MERA и расположенный в Берлине исследовательский Институт открытых коммуникационных систем Fraunhofer FOKUSобъявили о запуске совместного проекта в сфере Evolved Packet Core (EPC). В рамках данного сотрудничества, MERA приступила к разработке дополнительного функционала  программной платформы немецкого института Open Evolved Packet Core (OpenEPC), а именно  ключевого компонента EPC – Mobility Management Entity (MME), - а также других компонентов и интерфейсов данной подсистемы, необходимых для взаимодействия с MME.

MERA вносит значительный вклад в расширение платформы OpenEPC, обеспечив взаимодействие узлов LTE-сети с платформой OpenEPC, благодаря чему становится возможным создание более гибких и быстрых коммуникационных сетей.  Одним из наиболее важных направлений деятельности MERA в области LTE является исследование самоорганизации сетевого функционирования (SON).

Каждый поставщик телекоммуникационных услуг нуждается в самонастраивающейся и самооптимизирующейся автономной инфраструктуре, которую можно легко развернуть, не имея при этом специфических технических знаний, которая автоматически отслеживает соседствующие сети, перенастраивается с учетом сбоев сети и автоматически оптимизирует радиопараметры, обладает автоматически настраиваемым транспортом и интерконнектом и автономно устанавливаемым и оптимизируемым QoS. Все это и многое другое становится возможным с SON.

SON может быть определен как набор сценариев использования, охватывающий весь жизненный цикл продукта: планирование, развертывание, операции и оптимизацию. В целом, SON является решением разных производителей со стандартными интерфейсами, используемым по необходимости для обеспечения совместимости между их продуктами. Ключевые задачи SON:

Сетевое планирование

Подробнее

Цель SON на стадии планирования заключается в том, чтобы исключить как можно больше предварительной работы по конфигурации.  Это не исключает применение предварительно принятых настроек сети, но максимально способствует применению автоматически сгенерированных/разработанных настроек. SON позволяет определить список соседних сетевых элементов, автоматически установить физические идентификаторы сот и радиочастотных параметров и скорректировать остальные предварительно принятые настройки.

Развертывание сети

Подробнее

Цель SON на стадии развертывания сети – радикальное уменьшение времени развертывания, особенно при развертывании базовых станций (eNodeB). Это подразумевает следующую модель развертывания eNodeB:

  • полная поддержка автоматически настраиваемых возможностей, исключающая необходимость в аппаратных ресурсах. Инвентарная информация автоматически записывается, после чего создаются отчеты;
  • алгоритмическое вычисление физического идентификатора сот посредством коммуникации с соседними eNodeB;
  • обнаружение соседей при помощи оборудования пользователя, оптимизация и уточнение в режиме реального времени с нахождением новых соседей и удалением отключившихся;
  • автоматическое определение и непрерывная оптимизация радиочастотных параметров, включая угол наклона антенны, выходную мощность и контроль помех;
  • автоматическая установка транспорта, обеспечивающего соединение с EMS, MME и т.д;
  • полностью самодиагностируемая поддержка, обеспечивающая легкую проверку после установки;
  • автоматическая аутентификация после соединения с EMS в сети и обновление ПО до нужной версии.

Оптимизация сети

Подробнее

Цель SON на стадии оптимизации сети - поддержание желаемого уровня характеристик в процессе работы сети при развертывании нового оборудования, изменении характера использования и т.д. Элементы оптимизации SON:

  • автоматическая оптимизация соседей, включая обнаружение новых соседей и удаление отключившихся;
  • автоматическое снижение помех, включая выравнивание полутонов и уровней мощности на eNodeB;
  • автоматическая оптимизация хендовера, включая мониторинг ключевых индикаторов (key performance indicators, KPI); оптимизация хендовера за счет пошаговой корректировки отношения уровня несущей к уровню помехи (carrier-to-interference, C/I) и уровня полезного сигнала (received-signal strength indication, RSSI);
  • автоматическая оптимизация транспорта QoS, включая мониторинг ключевых показателей качества с целью пошаговой корректировки настройки QoS;
  • автоматический процесс управления неисправностями сот, включая мониторинг ключевых показателей производительности с целью снижения человеческого фактора и операционных затрат на тестирование во время эксплуатации за счет корректировки азимута и угла наклона антенны, а также мощности передатчика базовой станции;
  • автоматическое сохранение энергии за счет мониторинга изменения эксплуатационной нагрузки и возможное снижение мощности оборудования при сохранении текущей производительности.

Поддержка сети

Подробнее

Цель SON на стадии поддержки сети - снижение операционных издержек в течение всего срока эксплуатации сети за счет минимизации объема наблюдения и дополнительной настройки, проводимых операторами оборудования. В операции SON входят:

  • полные стандартизированные инвентарные отчеты по всем компонентам;
  • надежный механизм выявления скрытых неисправностей;
  • механизм компенсации потерь, автоматически меняющий настройки окружающих сот для компенсации последствий выхода соты из строя;
  • анализ причин неисправностей первого и второго порядка и устранение неисправностей;
  • предоставление данных в режиме реального времени о функционировании сервиса после восстановления или перенастройки;
  • отслеживание решений и оборудования разных производителей для улучшения системы выявления и устранения неисправностей.

Принципы работы SON описаны в стандартах LTE (E-UTRAN), начиная с 3GPP Rel 8. Основной целью 3GPP стандартизации является поддержка функционала SON в сетевых средах разных производителей. Стандарт 3GPP определил набор функций LTE SON и связанных с SON возможностей. Благодаря стандартизированным возможностям SON стадии развития сети LTE можно представить в качестве функции времени. С первым запуском коммерческих сетей в 2010 году 3GPP Rel 8, в первую очередь, был функционально связан с установкой и внедрением основного оборудования (стадия развертывания сети). В 3GPP Rel 9 предлагался функционал для обслуживания более зрелых сетей (стадии оптимизации и поддержки сети).

Больше информации о принципах работы SON

Подробнее

Функционал SON привлек к себе очень большое внимание в процессе стандартизации LTE и LTE Advanced. В целях детальной проработки нового стандарта было запущено несколько проектов LTE SON, среди которых можно выделить проект SOCRATES.

Традиционные 2G/3G сети обладают некоторыми элементами функционала SON. Считается, что различные стадии проектирования и конструирования должно выполняться строго последовательно. Многие операторы рассматривают их как более или менее изолированные задачи, в которых обязанности распределяются между различными организациями. Согласно принципам LTE SON, эти задачи тесно взаимосвязаны и включают в себя три основных элемента - самонастройка, самооптимизация и самообслуживание.

LTE сети спроектированы таким образом, что человеческое участие в процессе планирования и оптимизации сети минимально. Новые базовые станции настраиваются в режиме «plug-and-play», в то время как существующие базовые станции продолжают автономно оптимизировать свои операционные алгоритмы и параметры в ответ на изменения в сети, трафике и условиях среды. Адаптация производится таким образом, чтобы доступность и качество предлагаемого сервиса были самого высокого уровня. В случае выхода из строя соты или системы, запускаются механизмы самообслуживания для компенсации потерь покрытия/мощности.

Для оценки производительности функционала SON необходимо ввести некоторые специальные наборы функций. Как следует из проекта SOCRATES, следующие наборы функций SON являются наиболее важными:

  • Самооптимизация:
    • оптимизация параметров контроля допуска,
    • оптимизация параметров планирования обработки пакетов,
    • оптимизация параметров хендовера,
    • выравнивание нагрузки,
    • координация помех,
    • самооптимизация домашнего eNodeB.
  • Самообслуживание:
    • управление неисправностями сот,
    • оценка X-map (обработка значений параметров и представление показателей производительности на карте).
  • Самонастройка:
    • автоматическая генерация основных параметров для введения eNodeB.

Деятельность MERA в области SON

Подробнее

Автоматическая оптимизация беспроводных сетей является одной из главных задач исследовательской группы компании MERA. MERA разработала симулятор системного уровня для сети LTE на базе МатЛаб, позволяющий оценивать производительность системы в контексте заданных метрических значений в условиях изменения различных аспектов: специфических физических параметров LTE, моделей распространения каналов, моделей перемещения пользователей и т.д.  На следующем рисунке показан пример схемы eNodeB и соответствующего распределения отношений «сигнал-шум» и «сигнал-помехи» (SNIR):

Одним из наиболее важных наборов функций SON является оптимизация параметров хендовера (HO). Хендовер – процесс, обеспечивающий беспрепятственное перемещение пользователей в сети. Основные стадии оптимизации хендовера представлены на следующем рисунке:

На выполнение хендовера влияют различные факторы:

  • набор контрольных параметров хендовера:
    • гистерезис хендовера,
    • время до начала выполнения хендовера (TTT).
  • точность измерения хендовера:
    • ограниченное количество доступных показателей,
    • могут применяться различные подходы к L1/L3 фильтрации.
  • ошибки передачи контрольной информации на контрольных каналах L1:
    • восходящий канал: отчет об оценке или подтверждение хендовера,
    • нисходящий канал: команда хендовера.
  • задержки при обработке:
    • задержка при обработке RRC абонентского устройства,
    • задержка X2-процедуры.

Выбор соответствующих значений контрольных параметров хендовера значительно влияет на качество его выполнения. В то же время необходима адаптация контрольных параметров хендовера к скорости движения пользователя, распределения условий, размеров сот и т.д. Следующий рисунок показывает связь между контрольными параметрами и процессом хендовера:

Основной задачей SON относительно хендовера является снижение операционных издержек за счет минимизации ручной настройки параметров хендовера и полной автоматизации данного процесса.

Для оптимизации выполнения хендовера должны быть приняты соответствующие метрические значения (целевая функция). Целевая функция (OF) может включать один или несколько ключевых показателей. Эти показатели, как следует из проекта SOCRATES, могут обозначаться как:

  • частота неудавшихся хендоверов – отношение числа неудавшихся НО к общему числу попыток НО;
  • частота повторяющихся назад хендоверов – отношение числа вызовов, завершившихся ранее критического времени, к общему числу попыток НО;
  • частота обрыва вызовов – отношение числа совершенных вызовов, оборванных до их завершения, к общему числу принятых сетью вызовов.

Если значения гистерезиса хендовера и времени до его выполнения равны для всех узлов eNodeB в сети, целевая функция принимает форму 2D функции и может быть изображена на графике. Соответствующий результат, полученный нашим симулятором, показан на следующем рисунке:

Более низкие значения целевой функции соответствуют лучшему выполнению хендовера. Как видно из рисунка выше, существует “канава” низких значений в форме круга (красная линия) вокруг точки с HYST=0 и TTT=0.  Следовательно, оптимальный набор параметров существует и оптимизационный алгоритм должен вести параметры в эту область.

Таким образом, решающее значение для функционирования SON имеет оптимизационный алгоритм.  Он должен находить оптимальный набор параметров при ограничениях, обусловленных ошибками измерений и конечным временем наблюдения при сохранении сложности вычислении на доступном уровне. MERA активно занимается исследовательской работой в данной области, результатом которой в ближайшем будущем должно стать появление эффективного решения.

Еще одним важным набором функций SON является управление неисправностями сот. Оно включает в себя механизмы выявления и компенсации неисправностей сот, обеспечивающие автоматическое смягчение сбоев eNB случаях, когда оборудование eNB не может распознать сбой и, следовательно, не может оповестить OAM о неисправности.

Основные задачи управления неисправностями сот:

  • оповещать оператора о сбое до того, как конечный пользователь будет отключен от сервиса, при минимальном человеческом вмешательстве (выявление неисправностей сот);
  • смягчать проблему, вызванную выходом соты из строя, посредством автоматической перенастройки соседних сот (компенсация неисправностей сот).

Задача компенсации неисправностей сот может быть выполнена за счет регулирования зоны покрытия соты. Это может достигнуто несколькими путями:

  • настройкой параметров хендовера,
  • корректировкой параметров антенны (азимут, угол наклона, форма луча) и/или мощности передачи.

Симулятор LTE компании MERA позволяет смоделировать и проследить за процессом компенсации неисправностей сот. Пользователь симулятора отключает eNB, и соответствующее состояние сети принимается за начальную точку симуляции. Состояние сети может быть охарактеризовано с помощью одного показателя – значения M-мерной целевой функции (OF). Функция задается пользователем, и, как правило, состоит из нескольких частных метрических показателей. Метрические показатели:

  • распределение отношений «сигнал-шум» и «сигнал-помехи» и соответствующих производных;
  • нагрузка на пучок (отношение числа пользователей, обслуживаемых наименее нагруженным eNB, к числу пользователей, обслуживаемых наиболее нагруженным eNB).

Для любого состояния сети симулятор пытается найти лучшее значение (экстремум) целевой функции, корректируя ее переменные (азимуты, углы наклона, формы пучка, мощность передачи) при определенных пользователем условиях. На сегодняшний день, разработанный компанией MERA симулятор позволяет оптимизировать 63-мерную целевую функцию.

На рисунках, приведенных ниже, показаны некоторые возможности симулятора MERA.

На первом рисунке, в качестве примера, показана 6-угольная схема сети. Симулятор MERA позволяет моделировать следующие ситуации:

  • сеть состоит из 19 трехсекторных базовых станций (BS): центральная BS, 6 BS первого слоя и 12 BS второго слоя;
  • три параметра (азимут, угол наклона пучка антенны и мощность передачи) центральной BS и 6 BS первого слоя могут изменяться в процессе потимизации;
  • 12 BS второго слоя включены в сеть для снижения краевого эффекта за счет симуляции мощности помех, получаемых центральной BS 6 BS первого слоя;
  • параметры BS второго слоя неизменны в течение процесса оптимизации.

На втором рисунке показаны сбои для однородной сети (слева), для сети на начальной стадии (по центру) и для сети после оптимизации (справа). На следующем рисунке показано распределение SNIR (слева), для сети на начальной стадии (по центру) и для сети после оптимизации (справа). Мы устанавливаем значение мощности передатчика в секторе 1SE, равное нулю (неисправная сота) и корректируем 15 параметров одновременно: направление азимута и угол наклона пучка антенны, а также мощность передатчика в пяти секторах 1SW, 2SW, 7SW, 6N, 7N. Нагрузка соты, по условию, максимальна.

Опыт исследования LTE SON

Хотите к нам присоединиться?

Меняй мир вместе с нами

Мобильные решения

Свяжитесь с нами