鐘永新 趙 煜 趙 偉 史文祥 陳 樂(lè)

1.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司浙江省分公司；2.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司智網(wǎng)創(chuàng)新中心；3.中訊郵電咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)院有限公司

0 引言

現(xiàn)階段無(wú)線網(wǎng)絡(luò)存在多制式網(wǎng)絡(luò)并存、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、覆蓋容量需求平衡、用戶移動(dòng)潮汐效應(yīng)等問(wèn)題，容易引發(fā)MR（Measurement Report，測(cè)試報(bào)告）弱覆蓋、越區(qū)覆蓋、通話質(zhì)量差、語(yǔ)音回落、異頻切換等問(wèn)題，導(dǎo)致小區(qū)接入性指標(biāo)、保持性指標(biāo)、移動(dòng)性指標(biāo)性能下降，用戶側(cè)出現(xiàn)丟包、斷續(xù)、單通、掉話、上網(wǎng)慢等問(wèn)題。

根據(jù)精品網(wǎng)考核標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，5G 質(zhì)差小區(qū)分為三類(lèi)：低接入質(zhì)差小區(qū)、高掉線質(zhì)差小區(qū)和低速率質(zhì)差小區(qū)。各類(lèi)質(zhì)差小區(qū)判定標(biāo)準(zhǔn)如下：低接入質(zhì)差小區(qū)：SA&NSA 的接入成功率（復(fù)合算法）<98%；高掉線質(zhì)差小區(qū)：SA&NSA的掉線率（復(fù)合算法）>2%；低速率質(zhì)差小區(qū)：小區(qū)自忙時(shí)速率<50Mbps。這對(duì)質(zhì)差小區(qū)問(wèn)題處理的及時(shí)性提出了更高要求。

基于python 解碼并關(guān)聯(lián)原始5G TRACE 信令數(shù)據(jù)、MR數(shù)據(jù)及DPI（Deep Packet Inspection，深度包檢測(cè)）話單數(shù)據(jù)，以及優(yōu)化專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)流轉(zhuǎn)，探索中國(guó)聯(lián)通5G質(zhì)差小區(qū)數(shù)字化運(yùn)營(yíng)方法，持續(xù)推進(jìn)用戶感知建模，為網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化運(yùn)營(yíng)探索新的驅(qū)動(dòng)力和場(chǎng)景。

1 5G 信令應(yīng)用現(xiàn)狀

TRACE 信令是協(xié)調(diào)終端與終端或者終端與網(wǎng)絡(luò)之間交互和同步的一種消息，使用戶能夠正常接入、保持以及切換網(wǎng)絡(luò)或業(yè)務(wù)。圖1 是簡(jiǎn)化后的5G 信令關(guān)鍵接口。在實(shí)際分析中，通常關(guān)注gNodeB 與UE 之間的UU 接口、gNodeB 和NGC 之間的NG 接口、gNodeB 基站之間的Xn 接口以及eNodeB 與gNodeB 之間的的X2 接口。通過(guò)對(duì)上述四個(gè)接口的信令流程分析，可有效監(jiān)控用戶感知與問(wèn)題定位。

圖1 5G 信令簡(jiǎn)化流程

當(dāng)前采集主要有單用戶訂閱、設(shè)備網(wǎng)管單站/多站訂閱以及統(tǒng)一采集批量訂閱三種方式。不同采集方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。單用戶訂閱是針對(duì)某個(gè)用戶的信令數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)跟蹤。設(shè)備網(wǎng)管訂閱是指各廠家依據(jù)3GPP 相關(guān)協(xié)議對(duì)全量信令流程進(jìn)行采集存儲(chǔ)。受計(jì)算及存儲(chǔ)的開(kāi)銷(xiāo)限制，默認(rèn)不開(kāi)啟原始信令的全量訂閱。而統(tǒng)一采集訂閱則是根據(jù)集團(tuán)北向采集相關(guān)要求，各運(yùn)營(yíng)商針對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)建立信令統(tǒng)一接口系統(tǒng)，將不同廠商上報(bào)的特定信令數(shù)據(jù)歸一采集，供上層應(yīng)用平臺(tái)處理。三種采集方式異同如表1 所示。

表1 5G 信令采集方式異同

由于采集方式的局限性，目前尚未在生產(chǎn)中對(duì)5G 信令進(jìn)行規(guī)模化應(yīng)用。受限于成本，實(shí)際使用中通常只針對(duì)特定用戶開(kāi)啟單用戶訂閱。目前，聯(lián)通集團(tuán)針對(duì)5G TRACE 的信令解析規(guī)范逐步開(kāi)展研究，為大規(guī)模集中采集、解析與運(yùn)營(yíng)逐步提供條件。

2 5G 信令解析應(yīng)用研討

2.1 5G TRACE 信令解析

不同方式訂閱的信令文件格式不盡相同，但基本結(jié)構(gòu)如圖2 所示，均由文件包頭和數(shù)據(jù)包兩部分構(gòu)成，并以二進(jìn)制格式存儲(chǔ)。單個(gè)信令文件提供單個(gè)站點(diǎn)在特定時(shí)間粒度內(nèi)的特定接口上的原始信令數(shù)據(jù)。其中，文件包頭提供文件的基礎(chǔ)信息，包括采集起止時(shí)間、基站ID、系統(tǒng)版本等。數(shù)據(jù)包頭則由通用包頭、專(zhuān)用包頭和原始信令數(shù)據(jù)構(gòu)成。通用包頭對(duì)所有信令采集接口均相同；而專(zhuān)用包頭包含了針對(duì)每種接口承載的單獨(dú)鏈路標(biāo)識(shí)以及特定的字符值，原始信令數(shù)據(jù)中則存儲(chǔ)了詳細(xì)的消息內(nèi)容。

圖2 信令文件基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及樣例

針對(duì)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可通過(guò)以下兩步完成對(duì)應(yīng)文件的解析：（1）數(shù)據(jù)校驗(yàn)。提取文件名稱(chēng)及文件頭信息，校驗(yàn)數(shù)據(jù)采集起止時(shí)間及對(duì)應(yīng)版本信息，確認(rèn)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度完整性。（2）移位解析。提取信令文件中每條數(shù)據(jù)包的起始字符，如圖2（b）中所標(biāo)識(shí)的二進(jìn)制字符，結(jié)合規(guī)范或樣例文件進(jìn)行移位解析，可將原始二進(jìn)制文件還原成可讀的信令流程文件。

2.2 5G 用戶級(jí)號(hào)碼回填和MR 回填

如圖3 所示，信令數(shù)據(jù)、MR 數(shù)據(jù)及話單數(shù)據(jù)依據(jù)時(shí)間戳、基站ID 以及AMF UE NGAP ID 三個(gè)關(guān)鍵字段按照下述步驟進(jìn)行關(guān)聯(lián)：

圖3 5G 信令回填回填示意圖

（1）對(duì)采集解析后的文件進(jìn)行清洗和預(yù)處理。校驗(yàn)相同站點(diǎn)信令數(shù)據(jù)、XDR 話單數(shù)據(jù)以及MR 數(shù)據(jù)的時(shí)間同步性以及數(shù)據(jù)完整性，避免因設(shè)備時(shí)間不一致帶來(lái)的匹配誤差。

（2）核查AMF UE NGAP ID 的缺失率。AMF UE NGAP ID 在NG 接口進(jìn)行分配，是用戶在特定AMF 下一段時(shí)間內(nèi)的唯一身份標(biāo)識(shí)。其余接口信令則通過(guò)callid 進(jìn)行唯一性區(qū)分。因?yàn)閏allid 和AMF UE NGAP ID 存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果AMF UE NGAP ID 字段缺失，則可通過(guò)callid 進(jìn)行重關(guān)聯(lián)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)全，便于后續(xù)回填操作。

（3）通過(guò)gNodeB ID、AMF UE NGAP ID 及時(shí)間戳三個(gè)關(guān)鍵字段，若基站ID 和AMF UE NGAP ID 相同，則判定信令數(shù)據(jù)中與MR 以及話單數(shù)據(jù)中的時(shí)間戳絕對(duì)差值最小的記錄為可信的關(guān)聯(lián)記錄，容忍閾值設(shè)置為10 分鐘。

（4）依照關(guān)聯(lián)部分獲得的關(guān)聯(lián)記錄，將信令數(shù)據(jù)、話單數(shù)據(jù)以及MR 數(shù)據(jù)拉齊回填。

2.3 5G TRACE 信令運(yùn)用方向

針對(duì)回填后的信令，可從以下兩個(gè)維度進(jìn)行分析建模。通過(guò)批量監(jiān)控信令異常，建立故障樹(shù)，來(lái)輔助質(zhì)差小區(qū)優(yōu)化。

（1）異常流程：判斷信令是否存在流程上缺失、錯(cuò)位的異常。例如gNodeB在收到eNodeB的SgNB Addition Request后，eNodeB 是否返回SgNB Addition Request Acknowledge 消息。

（2）異常信令：判定信令狀態(tài)是否存在超時(shí)或失敗，檢查信令所攜帶的異常cause 值。例如gNodeB 收到eNodeB 發(fā)送的SgNB Modification Confirm 消息時(shí)，若攜帶CAUSE 值為Radio Connection With UE Lost、bearer option not supported 等異常值時(shí)可認(rèn)為存在異常釋放現(xiàn)象。

3 基于5G 信令的質(zhì)差小區(qū)定位系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與業(yè)務(wù)處理流程

5G 質(zhì)差小區(qū)定位系統(tǒng)在平臺(tái)設(shè)計(jì)上，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)規(guī)則自動(dòng)化，并充分考慮用戶級(jí)時(shí)間戳、用戶級(jí)信令、小區(qū)級(jí)無(wú)線性能指標(biāo)和告警等，使數(shù)據(jù)有機(jī)融合。既可定位出無(wú)線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)差小區(qū)和故障原因，又可定位出潛在的質(zhì)差小區(qū)和質(zhì)差用戶。

在平臺(tái)設(shè)計(jì)上，如圖4 所示，系統(tǒng)整體軟件邏輯自下而上分別為數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、能力模型萃取、能力封裝、數(shù)據(jù)開(kāi)放四大部分。通過(guò)接入信令數(shù)據(jù)、工參數(shù)據(jù)、北向數(shù)據(jù)及地圖資源，基于專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和人工智能模型，萃取基礎(chǔ)模型能力，通過(guò)API及寬表對(duì)外能力開(kāi)放，實(shí)現(xiàn)了基于5G 信令的質(zhì)差小區(qū)識(shí)別以及質(zhì)差用戶的識(shí)別。

圖4 質(zhì)差小區(qū)定位系統(tǒng)

按照精品網(wǎng)質(zhì)差小區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)全網(wǎng)無(wú)線小區(qū)進(jìn)行分析，并可基于接入性、保持性、移動(dòng)性自定義TOP 質(zhì)差小區(qū)，同時(shí)根據(jù)對(duì)原因值的分析，給出質(zhì)差原因及處理建議。系統(tǒng)還可以通過(guò)自定義熱門(mén)網(wǎng)站、熱門(mén)應(yīng)用、熱門(mén)App 等對(duì)相關(guān)小區(qū)進(jìn)行質(zhì)差分析，利用軟采的N1N2、N11、N3、N4、N7、N11、N8、N12、N14、N15、N26 信令，結(jié)合用戶號(hào)碼回填和經(jīng)緯度回填，能夠從切換、鄰區(qū)漏配、覆蓋電平、上下行質(zhì)量、TA 分布等方面開(kāi)展無(wú)線質(zhì)差小區(qū)的智能分析。聚合后的相關(guān)數(shù)據(jù)可以通過(guò)詳單下鉆的方式匹配到所有的底層信令消息，確保分析準(zhǔn)確到位，為提升感知質(zhì)差問(wèn)題解決率提供支持和幫助。

以表2 為例，部分典型5G 質(zhì)差問(wèn)題可關(guān)聯(lián)至信令內(nèi)的信元counter 指標(biāo)或MR 內(nèi)指標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)行單用戶級(jí)別的質(zhì)差歸因定位。

表2 5G 質(zhì)差問(wèn)題的指標(biāo)映射

從工單處理時(shí)限看，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)差小區(qū)處理時(shí)限由使用前的254 小時(shí)縮減至135 小時(shí)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)差小區(qū)處理時(shí)限由243 小時(shí)縮減至174 小時(shí)。從質(zhì)差小區(qū)比例看，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)差小區(qū)比例由使用前的0.64%減至0.21%，語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)差小區(qū)比例由0.19%減至0.03%。

4 典型案例探討

以某站點(diǎn)為例，發(fā)現(xiàn)某gNodeB 站點(diǎn)PDU 會(huì)話修改過(guò)程建立異常。

如圖5 所示，該流程為正常PDU 會(huì)話修改流程。在收到AMF 發(fā)送的PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST消息后，gnodeb 應(yīng)向UE 發(fā)起RRC 建立流程來(lái)啟動(dòng)PDU 會(huì)話修改過(guò)程。如果本次流程發(fā)生異常，導(dǎo)致隨路攜帶的PDU 會(huì)話及Qos Flow 建立失敗。

圖5 正常PDU 會(huì)話建立過(guò)程

而在批量解析某站點(diǎn)信令后，發(fā)現(xiàn)該站點(diǎn)在某次會(huì)話流程中收到PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST 消息后直接返回了PDU SESSION RESOURCE MODIFY RESPONSE消息，與標(biāo)準(zhǔn)流程不符。解析后識(shí)別的信令建立流程如圖6所示。

圖6 解析后識(shí)別的信令建立流程

進(jìn)一步解析異常信令所攜帶消息內(nèi)容為：201a0032000004 000a400680052ec7020000554004801001eb0036400600000602011000 79400f4064f010552f20401064f010551e00。

其中PDU Session Resource Modify Unsuccessful Transfer 信元所攜帶的cause 值為0110，根據(jù)3GPP 議（見(jiàn)表3），定位到信令異常的原因?yàn)閞equested 5QI is not supported，檢查后發(fā)現(xiàn)EPS FB 開(kāi)關(guān)未正常開(kāi)啟，打開(kāi)開(kāi)關(guān)后不再上報(bào)該異常。針對(duì)EPS FB 開(kāi)關(guān)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)問(wèn)題，完成全網(wǎng)參數(shù)核查，識(shí)別出34 個(gè)新建L900 小區(qū)參數(shù)配置不當(dāng)并完成修改。

表3 3GPP 38.413 無(wú)線側(cè)異常原因部分摘錄

5 結(jié)束語(yǔ)

本研究探討了當(dāng)前5G 信令采集解析與應(yīng)用的局限，并提出了5G 信令在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中應(yīng)用的新思路。通過(guò)解析原始信令文件，利用關(guān)鍵字段回填話單數(shù)據(jù)攜帶的終端信息與MR 數(shù)據(jù)所攜帶的覆蓋信息，打通不同數(shù)據(jù)源來(lái)提供端到端定界能力。相較于傳統(tǒng)利用小區(qū)級(jí)或小時(shí)級(jí)粗粒度進(jìn)行質(zhì)差分析的方式，本研究提出將小區(qū)級(jí)指標(biāo)映射至單用戶粒度，提升用戶感知模型之間的區(qū)分度，對(duì)質(zhì)差小區(qū)的劃分更為精準(zhǔn)，可差異化保障用戶感知。所述方法可批量監(jiān)控信令異常，通過(guò)建立故障樹(shù)輔助質(zhì)差小區(qū)優(yōu)化，也可以進(jìn)行單用戶問(wèn)題洞察和分析，應(yīng)用于投訴用戶和VIP 用戶分析或5G 終端差異分析。