上海贝尔：管理LTE核心网信令流量

发布: 2013-08-07 20:34 | 作者: MSCBSC | 来源: 移动通信网 | 字体: 小中大

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摘要

核心网的信令量将随LTE的增长而增长，特别是在演进分组核心（EPC）中的移动管理实体（MME）上

通过实施智能信令管理技术，MME可以减少信令流量

改进的网络分析，有助于确定产生信令问题的原因

必须管理的LTE信令

在早期大规模LTE网络部署阶段，分组核心网的信令量明显高于现有的2G／3G。这部分原因是由于LTE的扁平化、全IP架构，也就是宏站和微站直接连接到EPC中一个专用的控制面单元MME所致。从几个大的LTE网络部署现场数据分析来看，MME可以承受一个持续的信令负荷，在正常情况下，繁忙时每个用户设备（UE）有500-800个消息，而极端情况下，每个用户每小时要高达1500个消息。

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核心网信令的上升也可以归因于LTE用户对网络使用的总体增长。在美国一些使用LTE的大城市中，网络使用高峰是每个UE在忙时每小时达到45个业务请求。因为LTE使用将越来越普遍，EPC信令将继续上升，如果对信令的上升没有正确的管理，将会可能产生控制平面拥塞和信令风暴的问题。

因此当移动网络运营商（MNO）部署发展LTE时，为确保其核心控制平面网络可以支持预期信令量的增加，他们必须要采取一些措施。具体而言，移动网络运营商需要部署一个电信级的、新一代的MME /服务GPRS的支持节点（SGSN）平台，它不仅具有大容量，可扩展性和具有CPU处理性能，同时能拥有智能管理业务能力，来全面降低核心网信令。在MME中能够获得信令改进效率的两个方面，是寻呼和跟踪区域（TA）的管理。

寻呼和TA管理的挑战

寻呼管理是在MME中向eNodeB以及UE发送信令消息。要求寻呼确定UE处在空闲状态时在网络中的位置，而UE的空闲状态使得它能够在网络中确定更确切的位置。网络使用的寻呼管理方法是:

要求在MME和UE之间，建立一个非接入层（NAS）信令连接，用来支持网络业务请求。

网络发生故障后，提示UE将它自己重新附着到网络上。

启动一个移动电路交换回落（CSFB）机制。

在LTE中，MME寻呼UE而产生的信令流量是值得关注的。图1显示了一个来自美国大城市中LTE业务提供商的现场数据，结果表明寻呼占到MME总信令负荷的28%以上，这样，寻找一个方法来减少MME寻呼，将有助于MNOS（移动网络运营商）降低整体网络的信令负荷和管理MME的成本。

图1 一个美国LTE网络中的MME信令组成分布图

在演进的陆地无线接入网络（E-UTRAN）中，一个TA代表一组连续的蜂窝单元。它通常是UE在空闲模式时在网络中移动，由MME来跟踪和定位。一个TA列表是由一组相邻的TA组成，由MME管理并定期发送到UE。MME发送寻呼消息到蜂窝小区，而这个小区被包括在任一TA或注册UE的TA列表中。一个跟踪区域更新（TAU）方法的使用，只在UE越过TA边界进入另一个TA时才发生，而这个TA是不在它的TA列表中的，或者当周期的TAU计时器失效时，跟踪区域更新（TAU）方法也会被使用。

如果UE在一个不全部属于它的TA列表中的TAs边界上移动时，TAU方法可以产生大量的信令，特别是当TA尺寸较大（如一个TA中有50-100 eNodeBs），这就被称为“切换”效应，因为多个MME注册，而它发生于UE在TA边界移动时，就产生额外的TAU信令。

除了产生高的信令量，寻呼和TAU信令的方法对UE电池而言,是一个重要的电力消耗。因此，需要精心设计TAs使得他们既不要太大而不能最大限度地减小寻呼量，也不能太小而不能够防止和避免在TA的边界频繁移动切换。

降低信令的智能寻呼和TA管理

下一代的MME / SGSN，如阿尔卡特朗讯9471无线移动管理器(WMM)，允许移动网络运营商来定制各种类型业务的MME寻呼机制。这有助于移动网络运营商降低寻呼量，同时仍然满足最终用户对于各种类型业务所期望的质量体验。

9471WMM寻呼机制支持下面的可配置参数：

业务类型的寻呼

寻呼申请的数量

寻呼申请之间的时间选择

用于每次申请的寻呼方法

寻呼机制是完全符合第三代合作伙伴计划（3GPP）的标准且能够部署在网络上任何供应商的无线节点eNodeB 上。

如图2所示，智能寻呼和TA功能能够在基本的TA和TA列表寻呼方法上减少信令，根据TA大小不同，可以达到80% 以上。

图2 智能寻呼显著地降低信令量

动态的TA列表管理技术可以进一步减少MME信令负荷。当UE在移动网络中移动时，这些技术优化了在UE的TA 列表中TAs的数量。当检测到UE移动是循环模式时，经过注册的2或3的TAs边界（图3），TAs能够从UE注册TA 列表中自动添加。通过不断更新和优化UE的TA列表，产生较小的TAU请求，降低了在TA边界上的切换。

图3 动态的TA列表管理进一步减少MME信令负荷

TAU方法还会缩短UE的电池寿命–在目前的智能手机中，每个TAU方法消耗大约10毫瓦的电力。表1显示了，使用动态TA管理功能和用基本的TA列表管理功能相比，智能手机的UE功率消耗和电池寿命的节省。这个TAU方法电力估计包括TAU 消息以及eNodeB的附着等方面。一个用于功率消耗比较的LTE智能手机是：

800 mW 用于发射

500 mW 用于接收

5.5 mW 用于空闲状态

表1：动态的TA列表管理降低智能手机电池的消耗

表1显示，动态的TA列表管理技术消耗更少的UE电池，和能够延长智能手机的电池寿命相比，最多可达好几个小时，这取决于TA大小和用户的智能手机使用情况。

分析优化LTE射频和核心网络

对LTE和它的全IP架构，需要一套新的分析方法来维护网络运行。使用传统的无线接入网络（RAN）管理工具是耗时和浪费资源的，它存在一些缺点：

驱动测试仅仅提供一个网络覆盖的样本，它还受到时间的控制和约束。

业务测量聚集了所有的用户数据。这种聚合对检测硬件故障是有用的，但它不能检测单个客户的性能问题。

使用呼叫跟踪来具体解决客户投诉，当测试故障发生时，可以要求用户进行测试通话。但是这并不总是可行的。它也需要大量的时间成本，有时为了复制用户的行为，可能需要一个高成本的现场测量和跟踪。

诊断工具，比如阿尔卡特朗讯针对LTE网络每次呼叫测量数据（PCMD）的软件包工具，提供了涉及UE、eNodeB和MME呼叫程序的一个综合记录，这些工具是不同于传统的RAN性能诊断工具，它们利用用户的移动设备，来收集一套丰富的有关终端和网络信令以及承载数据。不同于呼叫跟踪，所有的UE PCMD呼叫程序都会被捕获。这样提供给网络最终用户体验更准确的看法。此外，由于最终用户移动设备是用来收集数据的，这样驱动测试需求就显著减少了。