黃恒綏李陽(yáng)德蔡麗金

(1.廣西深睿科技有限公司，廣西 南寧 5300004；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，廣西 南寧 5300004)

移動(dòng)通信系統(tǒng)手機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)階段異常事件處理方法

黃恒綏1李陽(yáng)德2蔡麗金2

(1.廣西深?？萍加邢薰?，廣西 南寧 5300004；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，廣西 南寧 5300004)

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已成為信息通信的重要系統(tǒng)，而作為UMTS的長(zhǎng)期演進(jìn)的LTE，它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)。其中，OFDMA、SC-FDMA、MIMO是LTE中的核心技術(shù)。LTE系統(tǒng)的目標(biāo)包括改善小區(qū)邊緣用戶的性能，降低系統(tǒng)時(shí)延，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)開放性。實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的同時(shí)，系統(tǒng)承載的服務(wù)和內(nèi)容急劇增多，用戶對(duì)移動(dòng)通信服務(wù)質(zhì)量的感知也越來越敏感，為了提高服務(wù)質(zhì)量，提取各種相關(guān)的性能指標(biāo)，文章提出并設(shè)計(jì)一種LTE系統(tǒng)手機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)階段異常事件的處理方法，并給出實(shí)現(xiàn)框架，為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與測(cè)試提供一種更為便捷的輔助手段。

移動(dòng)通信系統(tǒng)；手機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)；LTE

3G移動(dòng)通信的發(fā)展推動(dòng)了移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，而移動(dòng)數(shù)據(jù)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用業(yè)務(wù)的發(fā)展又對(duì)移動(dòng)帶寬性能提出了更高的要求，這直接驅(qū)動(dòng)了 LTE 技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

TD-LTE 作為 LTE 的時(shí)分模式技術(shù)，具有“GAS”優(yōu)勢(shì)：“G”（Global，全球化），“A”（Asymmetric，非對(duì)稱）和“S”（Synergetic，共融性），更適合未來移動(dòng)業(yè)務(wù)的應(yīng)用。

LTE以其高速、寬帶、低時(shí)延等特性，有效提升了用戶的移動(dòng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)， 能夠更好地滿足用戶的業(yè)務(wù)需求。作為新一代寬帶無線移動(dòng)通信的領(lǐng)軍技術(shù)，LTE已經(jīng)在全球快速展開商用。剛剛過去的2014年，更是LTE快速發(fā)展和突破的一年，LTE 在商用市場(chǎng)和網(wǎng)絡(luò)與終端產(chǎn)品成熟度方面取得了顯著進(jìn)展[1-2]。

而近兩年在LTE運(yùn)行工作過程中，由于各廠家設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)性能存在顯著性差異，導(dǎo)致了大部分設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)異常，影響了用戶的網(wǎng)絡(luò)接入，出現(xiàn)接入異常告警事件，但由于異常記錄的手段復(fù)雜繁瑣，缺乏有效的異常事件監(jiān)控機(jī)制，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)異常定位慢，用戶體驗(yàn)滿意度低的結(jié)果。本文基于LTE移動(dòng)通信系統(tǒng)，提出手機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)階段異常事件處理方法，通過手機(jī)或終端設(shè)備記錄錯(cuò)誤信息，快速定位LTE移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量問題，為話務(wù)統(tǒng)計(jì)提供有效的測(cè)量報(bào)告，解決無法記錄手機(jī)在接入網(wǎng)絡(luò)的階段出現(xiàn)的異常錯(cuò)誤，提升用戶的滿意度[3]。

1 系統(tǒng)概述

LTE網(wǎng)絡(luò)在實(shí)施部署及測(cè)試中對(duì)測(cè)試設(shè)備的能力以及測(cè)試方式與之前的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)有所不同，網(wǎng)絡(luò)測(cè)試是LTE發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈上關(guān)鍵的一環(huán)，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，LTE測(cè)試主要面臨以下困難：

（1）兼容性。日益增長(zhǎng)的LTE部署為測(cè)試設(shè)備提供商提出了重大挑戰(zhàn)，移動(dòng)終端除了需要適應(yīng)最新的LTE標(biāo)準(zhǔn)，還能兼容2G、3G業(yè)務(wù)，為用戶提供完整的用戶體驗(yàn)。

（2）測(cè)試成本及時(shí)間。與3G測(cè)試不同的是，LTE測(cè)試項(xiàng)目多，異常種類繁雜，如何設(shè)計(jì)一種快速有效的測(cè)試方法降低測(cè)試時(shí)間和成本，已經(jīng)成為一種LTE測(cè)試的重點(diǎn)。

（3）無法有效獲取無線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，增加了網(wǎng)絡(luò)管理和優(yōu)化的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的協(xié)議分析表已經(jīng)難以滿足當(dāng)前 LTE的測(cè)試需求。

移動(dòng)通信系統(tǒng)可以通過話務(wù)統(tǒng)計(jì)提取各種性能的測(cè)量報(bào)告，從話務(wù)統(tǒng)計(jì)中可以清楚的了解設(shè)備的好壞、網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況。話務(wù)統(tǒng)計(jì)由很多計(jì)數(shù)器構(gòu)成，而話務(wù)統(tǒng)計(jì)則是不同的計(jì)數(shù)器在不同的時(shí)段的組合（如話務(wù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算公式）。網(wǎng)絡(luò)管理人員就是從運(yùn)行參數(shù)中得到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量的信息的[4-6]。

話務(wù)統(tǒng)計(jì)能提供進(jìn)行移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的量度、規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理的數(shù)據(jù)，以使網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到最佳。 最佳的含義包含資源的合理配置、經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面。移動(dòng)通信網(wǎng)的話務(wù)統(tǒng)計(jì)主要有以下任務(wù)：

（1）測(cè)量移動(dòng)通信網(wǎng)的話務(wù)量，包括所有用戶的話務(wù)量和信令的話務(wù)量；

（2）檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，比如接通率、掉話率、擁塞率等；

（3）掌握系統(tǒng)的可用性，比如信道可用數(shù)目；

（4）檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的配置，使資源的利用最合理、最經(jīng)濟(jì)，比如疏忙、均衡話務(wù)等。

本文依據(jù)當(dāng)前LTE測(cè)試存在的問題以及話務(wù)統(tǒng)計(jì)的任務(wù)內(nèi)容，并結(jié)合實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化需求，除了完成基本的話務(wù)統(tǒng)計(jì)功能，還能記錄手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備在接入LTE移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的過程中出現(xiàn)的異常，這些異常信息無法被傳統(tǒng)的話務(wù)統(tǒng)計(jì)方法所記錄，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的維護(hù)人員也無從得知，但接入階段的異常信息，往往又非常影響客戶的感知，影響用戶的感受度，因而本文提出的手機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)階段異常事件處理方法具有重要意義，以下是本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能：

（1）采集話統(tǒng)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)采集過程進(jìn)行管理；

（2）跟據(jù)采集的話統(tǒng)數(shù)據(jù)生成話務(wù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果；

（3）把話務(wù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果傳送到操作維護(hù)系統(tǒng)；

（4）在操作維護(hù)系統(tǒng)中存儲(chǔ)、分析話統(tǒng)結(jié)果，并向維護(hù)人員顯示結(jié)果；

（5）記錄處于手機(jī)接入階段的異常信息。

（6）將測(cè)試結(jié)果導(dǎo)入日常數(shù)據(jù)報(bào)表，進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)規(guī)劃，解決后臺(tái)數(shù)據(jù)的局限。

2 LTE接入原理

UE選擇合適的小區(qū)進(jìn)行駐留以后，就可以發(fā)起初始的隨機(jī)接入過程了。LTE中，隨機(jī)接入是一個(gè)基本的功能，UE只有通過隨機(jī)接入過程，與系統(tǒng)的上行同步以后，才能夠被系統(tǒng)調(diào)度來進(jìn)行上行的傳輸.LTE中的隨機(jī)接入分為基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入和無競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入兩種形式。初始的隨機(jī)接入過程，是一種基于競(jìng)爭(zhēng)的接入過程，可以分為前導(dǎo)序列傳輸、隨機(jī)接入響應(yīng)、MSG3 發(fā)送以及沖突解決消息四個(gè)步驟。

（1）用于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)前導(dǎo)序列，又被分為 GroupA和GroupB兩組。其中GroupA的數(shù)目由參數(shù)preamblesGroupA來決定，如果GroupA的數(shù)目和用于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)前導(dǎo)序列的總數(shù)的數(shù)目相等，就意味著GroupB不存在。GroupA 和GroupB的主要區(qū)別在于將要在MSG3中傳輸?shù)男畔⒌拇笮?，由參?shù)messageSizeGroupA 表示。在GroupB存在的情況下，如果所要傳輸?shù)男畔⒌拈L(zhǎng)度(加上MAC頭部，MAC控制單元等)大于 messageSizeGroupA，并且 UE能夠滿足發(fā)射功率的條件下， UE就會(huì)選擇GroupB中的前導(dǎo)序列。

（2）當(dāng)eNB檢測(cè)到UE發(fā)送的前導(dǎo)序列，就會(huì)在DL-SCH上發(fā)送一個(gè)響應(yīng)，包含：檢測(cè)到的前導(dǎo)序列的索引號(hào)、用于上行同步的時(shí)間調(diào)整信息、初始的上行資源分配(用于發(fā)送隨后的MSG3)，以及一個(gè)臨時(shí)C-RNTI，此臨時(shí)的C-RNTI將在(沖突解決中決定是否轉(zhuǎn)換為永久的C-RNTI。在RAR消息中，還可能存在一個(gè)backoff指示，指示了UE重傳前導(dǎo)的等待時(shí)間范圍。如果UE在規(guī)定的時(shí)間范圍以內(nèi)沒有收到任何RAR消息，或者RAR消息中的前導(dǎo)序列索引與自己的不符，則認(rèn)為此次的前導(dǎo)接入失敗。UE 需要推遲一段時(shí)間才能進(jìn)行下一次的前導(dǎo)接入。推遲的時(shí)間范圍由 backoff indictor來指示，UE可以在0 到BackoffIndicator之間隨機(jī)取值。這樣的設(shè)計(jì)可以減少UE在相同時(shí)間再次發(fā)送前導(dǎo)序列的幾率。

（3）UE接收到RAR消息，獲得上行的時(shí)間同步和上行資源。但此時(shí)并不能確定RAR消息是發(fā)送給UE自己而不是發(fā)送給其他的UE的，由于UE的前導(dǎo)序列是從公共資源中隨機(jī)選取的，因此存在著不同的UE在相同的時(shí)間—頻率資源上發(fā)送相同的接入前導(dǎo)序列的可能性，這樣他們就會(huì)通過相同的RA-RNTI接收到同樣的RAR。而且UE也無從知道是否有其他的UE在使用相同的資源進(jìn)行隨機(jī)接入，為此UE需要通過隨后的MSG3 和MSG4消息來解決這樣的隨機(jī)接入沖突。

（4）如果在mac-ContentionResolutionTimer時(shí)間內(nèi)，UE接收到eNodeB返回的ContentionResolution消息，并且其中攜帶的UE ID與自己在Msg3中上報(bào)給eNodeB的相符，那么UE就認(rèn)為自己贏得了此次的隨機(jī)接入沖突，隨機(jī)接入成功。并將在RAR消息中得到的臨時(shí)C-RNTI置為自己的C-RNTI，否則的話UE認(rèn)為此次接入失敗，并按照上面所述的規(guī)則進(jìn)行隨機(jī)接入的重傳過程[7-8]。

在接入過程中出現(xiàn)的失敗是系統(tǒng)不能記錄，維護(hù)人員不得而知的，而又是嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)問題，作為網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員，很有必要了解什么時(shí)候，在什么基站下面手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)連接失敗，因而本文的研究具有重要意義。

3 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)組成包括：手機(jī)或終端，數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，以及桌面應(yīng)用軟件等幾個(gè)主要組成部分，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架如圖1所示[9,11]。

圖1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

3.1手機(jī)和終端設(shè)備

通過軟件升級(jí)和硬件改造的手機(jī)，為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器提供原始測(cè)試數(shù)據(jù)。主要功能包括：

（1）使用SD卡等存儲(chǔ)介質(zhì)，記錄網(wǎng)絡(luò)問題，特別是接入階段系統(tǒng)無法獲知的呼叫事件，發(fā)生時(shí)間，以及嘗試接入或者連接的小區(qū)；

（2）使用SD卡等存儲(chǔ)介質(zhì)，保存通話過程中的空中接口信令數(shù)據(jù)；

（3）通過無線或連接線方式上傳數(shù)據(jù)到指定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器；

（4）具有GPS功能，能夠記錄發(fā)生時(shí)間的經(jīng)緯度；

（5）測(cè)試數(shù)據(jù)包括網(wǎng)絡(luò)通話信令數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)，并自動(dòng)匹配二者數(shù)據(jù)；

（6）如有必要接收系統(tǒng)配置文件，按照配置模式完成測(cè)試。

3.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要作用是集中和管理手機(jī)或終端設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)，并對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行初級(jí)分類和整理，為應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)提供進(jìn)一步分析處理的原始數(shù)據(jù)和資料，同時(shí)為了保證數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的安全，需要進(jìn)行備份管理，備份就是數(shù)據(jù)的副本。此副本包括數(shù)據(jù)庫(kù)的重要部分，如控制文件和數(shù)據(jù)文件。備份是為避免意外的數(shù)據(jù)丟失和應(yīng)用程序錯(cuò)誤而采取的保護(hù)措施。萬一丟失原始數(shù)據(jù)，可以使用備份重新獲得這些數(shù)據(jù)。對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)來講，備份就顯得更為重要了。

恢復(fù)即還原一個(gè)物理備份，就是重新構(gòu)造此物理備份并使其可用于Oracle或SQL Server服務(wù)器?；謴?fù)一個(gè)還原的數(shù)據(jù)文件就是使用重做記錄對(duì)其進(jìn)行更新，如在進(jìn)行備份之后對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所做的更改記錄等。例程失敗后，Oracle或 SQL Server會(huì)自動(dòng)執(zhí)行崩潰恢復(fù)和例程恢復(fù)。與例程恢復(fù)不同，介質(zhì)恢復(fù)需要發(fā)布恢復(fù)命令。即當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)因?yàn)楦鞣N物理原因發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，需要數(shù)據(jù)庫(kù)管理員在數(shù)據(jù)備份的基礎(chǔ)上采取合適的恢復(fù)方法，經(jīng)過人工操作使數(shù)據(jù)庫(kù)的正常工作。

基本的備份與恢復(fù)原則十分簡(jiǎn)單，在此基礎(chǔ)上數(shù)據(jù)庫(kù)管理員根據(jù)具體情況制定切實(shí)可行的備份與恢復(fù)策略。一般來說，備份與恢復(fù)的基本思想是：在不同磁盤上維護(hù)聯(lián)機(jī)重做日志的多個(gè)相同副本；將重做日志歸檔到多個(gè)位置，或經(jīng)常備份歸檔的重做日志；維護(hù)控制文件的多個(gè)并發(fā)副本；經(jīng)常備份數(shù)據(jù)文件和控制文件，并將它們存儲(chǔ)在安全的地方。

3.3應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)

應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)主要是對(duì)采集的測(cè)試數(shù)據(jù)按照分析模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和處理，并輸出結(jié)果。

3.4桌面系統(tǒng)

桌面軟件系統(tǒng)主要作為應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的客戶端軟件，并提供用戶管理和權(quán)限管理的服務(wù)，該服務(wù)的組成如圖2所示：

圖2　用戶與權(quán)限管理功能組成圖

系統(tǒng)提供按用戶角色對(duì)用戶進(jìn)行權(quán)限管理，每個(gè)用戶角色可以分配相應(yīng)的系統(tǒng)權(quán)限，用戶若屬于該用戶組則用戶擁有該角色的權(quán)限，對(duì)于單個(gè)用戶還可以在其所擁有的角色權(quán)限基礎(chǔ)上進(jìn)行其特殊權(quán)限的設(shè)定。

4 結(jié)語

本文在LTE移動(dòng)通信系統(tǒng)環(huán)境下，針對(duì)異常事件，尤其是在OFDMA、SC-FDMA手機(jī)同步階段（接入網(wǎng)絡(luò)階段）發(fā)生的異常事件提出處理方法，并報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員，根據(jù)報(bào)告，檢查設(shè)備運(yùn)行情況，及時(shí)排除故障，做好網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和優(yōu)化工作，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提升手機(jī)用戶滿意度。該方法擴(kuò)展到手機(jī)的通話階段的異常事件也記錄下來，同理報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員，輔助網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功耗低、體積小、部署簡(jiǎn)單，創(chuàng)新性強(qiáng)：

（1）海量路測(cè)數(shù)據(jù)需求與昂貴測(cè)試成本之間的矛盾

長(zhǎng)期以來困擾無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化行業(yè)的一個(gè)重要問題是：采用傳統(tǒng)路測(cè)判斷網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的必然問題需要海量測(cè)試數(shù)據(jù)支持，但是專業(yè)測(cè)試手機(jī)價(jià)格昂貴，測(cè)試過程也費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢，傳統(tǒng)模式的路測(cè)方式發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量規(guī)律性問題的性價(jià)比不高。

（2）測(cè)試者與使用者合一的數(shù)據(jù)采集模式

本系統(tǒng)采用手機(jī)軟件＋硬件改造方案，大量普通用戶使用，集普通手機(jī)與測(cè)試手機(jī)于一體，真實(shí)通話數(shù)據(jù)就是測(cè)試數(shù)據(jù)，完全改變了傳統(tǒng)路測(cè)模式定位網(wǎng)絡(luò)問題的模式。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)方式集中管理海量歷史數(shù)據(jù)

手機(jī)網(wǎng)優(yōu)系統(tǒng)集中管理海量測(cè)試數(shù)據(jù)，無論服務(wù)器端還是客戶端都采用數(shù)據(jù)庫(kù)，有別于傳統(tǒng)路測(cè)軟件文件方式管理測(cè)試數(shù)據(jù)的方式，確保歷史數(shù)據(jù)完整，查詢和共享便利。

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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

黃恒綏 ，供職于廣西深睿科技有限公司，研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)；李陽(yáng)德，供職于中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，研究方向?yàn)?GSM、TD、LTE無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與通信管理； 蔡麗金，供職于中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，研究方向?yàn)镚SM、TD、LTE無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與通信管理。