一種基于信令和MR數(shù)據(jù)的LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測方法研究

李勇+李果+衛(wèi)鈺

【摘 要】為了促進(jìn)LTE網(wǎng)絡(luò)的快速建設(shè)，研究了一種LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測的方法，通過采集智能手機用戶信令與關(guān)聯(lián)MR數(shù)據(jù)來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評估，提高了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題定位的工作效率。

【關(guān)鍵詞】GPS MRO S1-MME接口 S1-U接口 覆蓋評估

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.24.011 中圖分類號：TN915 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-1010（2016）24-0052-04

1 引言

目前眾多互聯(lián)網(wǎng)APP如百度/高德地圖、滴滴打車、淘寶、大眾點評等基于位置的應(yīng)用非常廣泛，其利用GPS/A-GPS/Wi-Fi等定位技術(shù)，記錄用戶的地理位置信息，精度最高可以達(dá)到10 m以內(nèi)。GPS解決方案以及它所生成的經(jīng)緯度標(biāo)簽是目前地理位置數(shù)據(jù)的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，也是大部分智能手機獲得用戶地理位置的基本方式。只要用戶打開GPS定位功能，手機即可獲得相關(guān)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。本文將探討如何利用信令和MR數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評估。

現(xiàn)有LTE網(wǎng)優(yōu)網(wǎng)規(guī)問題定位主要有以下2種方式：

（1）現(xiàn)場測試：通過DT、CQT測試的方法采集數(shù)據(jù)，需要測試人員攜帶測試儀表進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)縱深測試，測試過程中通過GPS對收集到的問題數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋精確定位。

（2）測量報告分析：根據(jù)采集的MR數(shù)據(jù)采樣點的TA（與所在小區(qū)的距離）、IOA（與所在小區(qū)的方位）進(jìn)行覆蓋精確定位。

在當(dāng)前網(wǎng)優(yōu)過程中，DT、CQT測試定位問題的方法經(jīng)常被使用，其優(yōu)點是定位精度較高，但是占用資源較多、測試只能選取部分點位與道路進(jìn)行測試，不能完全體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實際情況。通過MR數(shù)據(jù)進(jìn)行定位分析的方法也被大量使用，優(yōu)點是可以后臺分析，不占用太多資源，但目前精度僅為50 m左右，不能實現(xiàn)精確定位。

本文介紹的利用手機定位技術(shù)聯(lián)合MRO等數(shù)據(jù)的分析定位方式精度能達(dá)到10 m以內(nèi)，且不占用太多資源。

2 主要思路

眾所周知，后臺信令與MR數(shù)據(jù)是手機用戶的實時上報數(shù)據(jù)，涵蓋了包括信號質(zhì)量、業(yè)務(wù)速率等用戶實際感知體驗，客觀反映了網(wǎng)絡(luò)性能情況。而智能手機用戶獲得的經(jīng)緯度也會通過后臺信令發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)，可以通過這一部分用戶的信令和MR數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行精確的關(guān)聯(lián)定位分析，從而有效反映現(xiàn)網(wǎng)覆蓋情況和用戶感知情況，精確定位問題所在區(qū)域，進(jìn)一步分析優(yōu)化方案，提高網(wǎng)絡(luò)性能和用戶感知。

3 關(guān)聯(lián)定位過程

3.1 數(shù)據(jù)接口介紹

S1接口是LTE eNodeB（基站）與EPC（分組核心網(wǎng)）之間的通訊接口，根據(jù)承載和控制分離的思想，又分成兩個接口，一個用于控制平面（S1-MME），一個用于用戶平面（S1-U）。

S1-MME用于傳送會話管理（SM）和移動性管理（MM）信息，即信令面或控制面信息。S1-U在GW與eNodeB設(shè)備間建立隧道，傳送用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，即用戶面數(shù)據(jù)，MRO數(shù)據(jù)是按中國移動TD-LTE_OMC-R測量報告技術(shù)要求規(guī)范輸出的MR數(shù)據(jù)。

S1-MME接口采集信息包含上下文信息（IP地址、UE能力等）、用戶身份信息（IMSI或TMSI、GUTI等）、切換信息、位置信息（小區(qū)、TAC等）、E-RAB承載管理信息、NAS信息（用戶附著、鑒權(quán)、尋呼、TA更新等）、S1接口管理信息（MME標(biāo)識、負(fù)載均衡等）。S1-U接口采集信息包含用戶業(yè)務(wù)對應(yīng)的無線側(cè)信息，用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類型如HTTP、IM、Video等。采集的MRO數(shù)據(jù)包含了電平、鄰區(qū)等UE測量信息。

3.2 關(guān)聯(lián)算法流程

通過對采集的S1-U、S1-MME以及MRO數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這三部分?jǐn)?shù)據(jù)可以通過關(guān)鍵字段關(guān)聯(lián)得出用戶位置信息以及對應(yīng)的測量信息，具體工作流程如圖1所示。

（1）S1-U采集URI信息，解析出GGSNDATATEID

與SGSNDATATEID、BeginTime、經(jīng)緯度信息。

（2）S1-MME采集XDR信息，通過ERAB_DLTEID、ERAB_ULTEID、BeginTime關(guān)聯(lián)信息與S1-U采集URI信息中的GGSNDATATEID與SGSNDATATEID、BeginTime數(shù)據(jù)進(jìn)行一一對應(yīng)關(guān)聯(lián)得到經(jīng)緯度信息。

（3）通過小區(qū)信息和開始時間與MRO數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)得到該點位的RSRP數(shù)據(jù)。

（4）通過校準(zhǔn)算法整理得到有效的覆蓋精確定位點。

3.3 算法示例

根據(jù)采集的S1-U、S1-MME接口的信令信息以及同時間段的MR數(shù)據(jù)，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，輸出關(guān)鍵信息。具體分析過程及相應(yīng)算法結(jié)果如下文所示。

（1）第一步：S1-U數(shù)據(jù)解析

采集S1-U的XDR數(shù)據(jù)，其中僅需要包含用戶經(jīng)緯度、GGSNDATATEID與SGSNDATATEID等字段。利用S1-U信令的每行URI信息解析出關(guān)聯(lián)信息與經(jīng)緯度信息即可，關(guān)聯(lián)信息直接匹配GGSNDATATEID與SGSNDATATEID字段，經(jīng)緯度則基于如下11種經(jīng)緯度字符串匹配規(guī)則進(jìn)行匹配查找。如果匹配成功則按照如下對應(yīng)的格式解析經(jīng)緯度并輸出，具體11種經(jīng)緯度格式如表1所示。

（2）第二步：S1-MME數(shù)據(jù)解析

同第一步類似，需要采集解析S1-MME的XDR信息，僅需要針對關(guān)聯(lián)用到的ERAB_DLTEID、RAB_DLTEID、BeginTime、Mmes1apUEId、Eci字段進(jìn)行解析和分析，其中ERAB_ULTEID對應(yīng)上一步的GGSNDATATEID，RAB_DLTEID對應(yīng)上一步的SGSNDATATEID。

舉一條S1-MME數(shù)據(jù)的例子（與前述S1-U對應(yīng)的數(shù)據(jù)），具體如表2所示。

（3）第三步：S1-U和S1-MME數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

關(guān)聯(lián)方法如下：

1）利用S1-U中的GGSNDATATEID、SGSNDATA-

TEID分別與S1-MME中ERAB_DLTEID、ERAB_ULTEID相對應(yīng)。

2）S-MME為控制面接口，S1-U為用戶面接口，根據(jù)呼叫業(yè)務(wù)流程，S1-U中BeginTime應(yīng)該晚于S1-MME中BeginTime。所以對滿足條件1的數(shù)據(jù)還應(yīng)該滿足S1-U中BeginTime晚于S1-MME中BeginTime。

滿足以上條件，則認(rèn)為S1-U與S1-MME的信息能夠匹配。

輸出S1-U和S1-MME匹配結(jié)果如表3所示：

（4）第四步：與MRO數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

利用前面得到的Mmes1apUEId、BeginTime、Eci信息，與MRO數(shù)據(jù)中的Mmes1apUEId、BeginTime、CELLID關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)方法為CELLID、MME UE S1AP ID對應(yīng)的且上述表中BeginTime與MRO中采樣點上報時間在前后3 s內(nèi)的數(shù)據(jù)字段。由于當(dāng)前小區(qū)MR上報設(shè)置的用戶更新時間是5120 ms，所以將關(guān)聯(lián)時間設(shè)置在前后3 s。

一條關(guān)聯(lián)結(jié)果如表4所示。

最終輸出某個經(jīng)緯度下對應(yīng)的電平，具體如表5所示：

（5）第五步：校準(zhǔn)輸出

因部分經(jīng)緯度信息的來源為基站定位，其精度取決于參與計算的基站密度以及到達(dá)主小區(qū)的距離，需對精度差的數(shù)據(jù)部分進(jìn)行剔除。具體原理及流程圖如圖2和圖3所示：

剔除的方法為通過主服小區(qū)TA來進(jìn)行核驗，由于地理環(huán)境對傳播路徑的影響，UE接收到的基站小區(qū)信號通常意義下并不是直線傳播（尤其在密集市區(qū)），而TA（MR上報的UE到基站距離）則表示真實曲線路徑。而UE經(jīng)緯度與基站經(jīng)緯度之間的距離差S_a（圖2虛直線）與S_ta（圖2曲線）距離相比，應(yīng)為S_a≤

S_ta，滿足這一條件的點才是有效采樣點。

4 無線網(wǎng)絡(luò)評估

通過定位算法采集的有效采樣點結(jié)合高精度地圖可以精確定位到樓宇級，以此進(jìn)行室內(nèi)外用戶區(qū)分。相關(guān)算法流程如圖4所示：

信號評估：采樣點結(jié)合高精度地圖進(jìn)行柵格化分析。如果定位點在商業(yè)樓宇、小區(qū)、廠礦等建筑上則確定為室內(nèi)用戶，對定位出的室內(nèi)覆蓋點進(jìn)行分析，可以進(jìn)行全網(wǎng)覆蓋深度的評估。如果定位點在建筑以外，則為室外用戶，同理可以進(jìn)行室外廣度覆蓋的評估。

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及驗證：通過上述信號評估的結(jié)果可以延伸進(jìn)行站點規(guī)劃指導(dǎo)、規(guī)劃建設(shè)效果驗證等工作。

5 結(jié)束語

本方法的優(yōu)點是不需要進(jìn)行大量的現(xiàn)場摸底測試，大量節(jié)省了相關(guān)資源，而且穩(wěn)定性強，具有長期穩(wěn)定跟蹤分析的延展性。在大數(shù)據(jù)與云計算興起的今天，網(wǎng)絡(luò)問題的定位和處理將變得更加容易和便捷。

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