SON giải pháp tối ưu hóa mạng di động

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN TUẤN NAM SON - GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2018 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - NGUYỄN TUẤN NAM SON - GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông Mã số: 08.52.02.08 ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN CHIẾN TRINH HÀ NỘI 11 - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt luận văn sản phẩm cá nhân nghiên cứu, tổng hợp Các số liệu kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố tác giả hay cơng trình khác Hà Nội, tháng 11 năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Tuấn Nam ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Chiến Trinh, người thầy định hướng hướng dẫn thực thành công đề tài nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc, Khoa Quốc tế Đào tạo sau đại học Học viên Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS Nguyễn Chiến Trinh quan tâm giúp đỡ, bảo tận tình để em khắc phục thiếu sót, tìm kiếm thêm ý tưởng hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo ngồi trường trang bị cho em kiến thức q trình hồn thành học phần cao học Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo hội đồng chấm luận văn thạc sĩ cho ý kiến xét duyệt Hà Nội, tháng 11 năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Tuấn Nam iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii DANH MỤC CÁC BẢNG ix MỞ ĐẦU Chương LTE-A VÀ GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA 1.1 Tổng quan LTE-A 1.1.1 Các đặc tính LTE-A 1.1.2 Kiến trúc mạng 4G/LTE-A 1.1.3 Các phần tử mạng 4G/LTE-A 1.1.4 Các giao diện mạng 4G/LTE-A 1.2 Giải pháp tối ưu hóa cho mạng 4G/LTE-A 11 1.2.1 Triển khai LTE-A giải pháp tối ưu 11 1.2.2 Giải pháp tối ưu hóa mạng SON 12 1.3 Lợi ích nhà mạng dùng SON 14 1.4 Kết luận chương 15 Chương GIẢI PHÁP MẠNG TỰ TỔ CHỨC – SON 16 2.1 Cấu hình thành phần SON 16 2.1.1 Tự cấu hình 17 2.1.2 Tự tối ưu 18 2.1.3 Tự phục hồi 24 2.2 Kiến trúc SON 25 2.2.1 Kiến trúc SON tập trung 25 2.2.2 Kiến trúc SON phân tán 27 2.2.3 Kiến trúc SON hỗn hợp 28 2.2.4 Giải pháp lựa chọn 28 iv 2.3Những thách thức việc thực SON 2.4Kết luận chương Chương ỨNG DỤNG SON TRÊN MẠNG VNPT-NET 3.1Tổng quan SON Nokia Eden-Net 3.1.1Các tính SON 3.1.2Các chức SO 3.2Các Mô-đun SON Eden-Net 3.2.1Các Mô-đun tự tối ưu 3.2.2Mô-đun thích ứng mạn 3.2.3Mơ-đun tự động cải th 3.2.4Mơ-đun chiến lược điề 3.2.5Mơ-đun tự động hóa qu 3.3Các Mơ-đun Eden-Net thử nghiệm Hà Nội kế 3.3.1Mơ-đun dị chéo ăng-t 3.3.2Mô-đun tối ưu tái sử d 3.3.3Mô-đun tối ưu hóa chấ 3.3.4Mơ-đun Báo cáo hiệu 3.3.5Xử lý cell ngủ (SCR) 3.3.6Mô-đun cân tải d 3.4Đánh giá kết chạy thử nghiệm SON EdenN 3.5 Kết luận chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO v THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt 3GPP 3rd Gene ANR Automat API Applicat CA Carrier A Capacity CCO module) CM Configu CPICH Common C-SON Centraliz Enhance EDGE Evolutio EMS Element FM Fault Ma HO Handove iRAT inter-Rad IT Informat LTE Long Te MIMO Multiple MLB Mobility MRO Mobility NGMN Next Ge OPEX Operatio OSS Operatio PCI Physical PM Perform PRACH Physical vi QoS Quality o RAN Radio A RET Remote RLF Radio Li SC Scrambl SON Self-Org Universa UMTS Telecom Wideban WCDMA Access vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ưu điểm hệ thống 4G/LTE Hình 1.2 Throughput độ trễ Hình 1.3 Băng thông linh hoạt 1.4 MHz – 20 MHz Hình 1.4 lực phục vụ tính di động cao Hình 1.5 Kiến trúc mạng LTE Hình 1.6 Các phần tử mạng 4G/LTE Hình 1.7 Các phần tử EPC Hình 1.8 Các giao diện mạng 4G/LTE Hình 1.9 Giao diện LTE-Uu X2 Hình 1.10 Giao diện S1-MME S1-U 10 Hình 1.11 Giao diện S10 S6a 11 Hình 1.12 Dự báo lưu lượng di động 11 Hình 1.13 OPEX trải nghiệm khách hàng 12 Hình 1.14 Khái niệm mạng tự tổ chức (SON) 13 Hình 1.15 SON thay công việc thủ công 14 Hình 1.16 Lợi ích SON luồng công việc O&M nhà Mạng 14 Hình 2.1 Cấu trúc SON 16 Hình 2.2 Tự cấu hình PCI 17 Hình 2.3 Tối ưu lỗ trống vùng phủ IRAT trước sau 19 Hình 2.4 Tối ưu vùng phủ cell bị cô lập 19 Hình 2.5 Trường hợp sử dụng tính tiết kiệm lượng 20 Hình 2.6 HO trễ 21 Hình 2.7 HO sớm 21 Hình 2.8 HO đến cell sai 22 Hình 2.9 Cấu trúc hoạt động SON Load Balancing 23 Hình 2.10 Kiến trúc SON tập trung 26 Hình 2.11 Kiến trúc SON phân tán 27 viii Hình 3.1 Tổng quan Eden-Net 31 Hình 3.2 Các thành phần SON Eden-Net 34 Hình 3.3 Cài đặt mô-đun EdenNet 37 Hình 3.4 Cấu hình EdenNet Framework 37 Hình 3.5 Thuật toán CAD 42 Hình 3.6 Mơ-đun bù trừ vùng phủ cell 43 Hình 3.7 Các tính mơ-đun CAD 48 Hình 3.8 Xếp hạng điểm kịch chéo feeder 48 Hình 3.9 Xác định chéo hướng phân bố neighbor 49 Hình 3.10 Phát chéo vịng hướng 49 Hình 3.11 Mơ-đun tối ưu tái sử dụng mã 51 Hình 3.12 Các dạng trùng mã SC 51 Hình 3.13 SC cấp phát [0: 511] thuộc RNC_1202N_HNI 52 Hình 3.14 Bảng liệu Conflict Score 52 Hình 3.15 Conflict Score giảm sau lần chạy mô-đun 53 Hình 3.16 Kết chạy mơ-đun 19 lần 53 Hình 3.17 Xử lý xung đột PCI 54 Hình 3.18 Các dạng lỗi handover 54 Hình 3.19 Khu vực chọn tối ưu MRO 55 Hình 3.20 Kết tối ưu module MRO 55 Hình 3.21 Xem KPI cell tồi đồ 57 Hình 3.22 Quá trình thực mơ-đun SCR 57 Hình 3.23 Kết sau chạy mô-đun SCR 58 Hình 3.24 Khu vực chạy thử nghiệm mơ-đun MLB 58 Hình 3.25 Giảm lỗi kết nối RRC 59 Hình 3.26 Tăng CSSR 59 50 Kết đánh giá cuối Tệp đầu mơ-đun chứa danh sách tình cross-feeder đáng ngờ Độ tin cậy mô-đun nên thực qua hai bước riêng biệt: • Sử dụng hình ảnh neighbor Trình duyệt Topology để đánh giá sơ • Xác minh trạm(onsite) tiến hành với thử drive test trạm Mô-đun hoạt động xác nhiều áp dụng cho mạng LTE Mơ-đun nhìn vào cấu trúc neighbor liên quan đến vùng phục vụ ăng-ten Mạng LTE có tính tích hợp neighbor Khi neighbor tạo tự động mẫu không phù hợp với vùng phục vụ ăng-ten, tình trạng cross-feeder dễ dàng phát Trong trường hợp mạng VNPT, công nghệ Single RAN sử dụng Điều có nghĩa phát cố mạng 4G, sửa lỗi ảnh hưởng đến công nghệ khác(2G,3G) 3.3.2 Mô-đun tối ưu tái sử dụng mã(Mô-đun RCO) 3.3.2.1 Mô-đun tối ưu tái sử dụng mã - 3G (Mô-đun 3G_RCO) Tính mơ-đun 1) Bao gồm tối ưu hóa Scrambling Code cho 3G, Có thể định cấu hình cho phạm vi hạn chế tái sử dụng mã 2) Mô-đun phát va chạm mã tái sử dụng lên đến bốn bước nhảy neighbor 3) Module tối ưu gán mã cho cell để loại bỏ tất xung đột phát 4) Lợi nhuận hiệu suất lớn thấy thị trường lớn nhiều vấn đề hiệu suất quy hoạch mã tái sử dụng mức tối ưu 5) Các mô-đun cấu hình để trì mã tái sử dụng trạm(co- sector) thực lần thử lại 51 Hình 3.11 Mô-đun tối ưu tái sử dụng mã Các dạng dùng chung mã  Tất ba tầng trùng SC gây vấn đề hiệu suất đáng kể (đặc biệt Cấp Cấp 3) Ví dụ chung SC cấp Ví dụ chung SC tầng Ví dụ chung SC tầng Hình 3.12 Các dạng trùng mã SC 52  Mục đích: RNC_1202N_HNI Mơ-đun lên lịch để chạy RNC_1202N_HNI RNC dày đặc với chồng chéo tế bào thích hợp Tồn SC cấp phát [0: 511] Hình 3.13 SC cấp phát [0: 511] thuộc RNC_1202N_HNI  Điểm xung đột(Conflict Score) “Điểm Xung đột” số thực nghiệm số lượng cell bị phân bổ SC Nó tính toán lấy số lượng xung đột thứ thứ thứ xung đột Hình 3.14 Bảng liệu Conflict Score 53  Kết Kết mơ-đun thực cách so sánh 25 cell tồi lần lặp lặp lại 19 kịch Iteration_19 tóm tắt mơ tả điểm điểm xung đột “khuyến nghị cuối thực Hình 3.15 Conflict Score giảm sau lần chạy mô-đun Hình 3.16 Kết chạy mô-đun 19 lần 3.3.2.2 Tối ưu tái sử dụng mã (Mô-đun RCO_4G) RCO_4G (được gọi PCI Reuse danh sách mơ-đun EdenNet) Tối ưu hóa mã PCI mạngLTE 54 Ví dụ hình 3.17 đề cập đến cụm nhỏ cell Cách phù hợp để vận hành với mục tiêu thực tồn mạng 4G Theo cách này, khơng có “các cell bên phạm vi” Hình 3.17 Xử lý xung đột PCI 3.3.3 Mơ-đun tối ưu hóa chất lượng di động (MRO Module) Các dạng lỗi chuyển giao(Handover) : Hình 3.18 Các dạng lỗi handover  Chuyển giao xảy muộn: lỗi liên kết vô tuyến xảy ô nguồn trước bàn giao khởi tạo UE cố gắng thiết lập lại liên kết vô tuyến khác 55  Chuyển giao xảy sớm: lỗi liên kết vô tuyến xảy đích sau bàn giao hoàn thành UE cố gắng thiết lập lại liên kết vơ tuyến nguồn  Chuyển giao cho tế bào sai: lỗi liên kết vô tuyến xảy đích sau bàn giao hoàn tất UE cố gắng thiết lập lại liên kết vơ tuyến khơng phải nguồn hay đích Khu vực chọn tối ưu : TAC 1147(157 lncels) Hình 3.19 Khu vực chọn tối ưu MRO Hình 3.20 Kết tối ưu module MRO Kết tối ưu : HOPP% cải thiện (giảm) 34% 56 3.3.4 Mô-đun Báo cáo hiệu suất tự động (APR) Các tính mơ-đun :  cho phép đánh giá KPI cụ thể cho tập hợp ô mục tiêu  Xếp hạng cell hoạt động dựa giá trị KPI  Cung cấp phép đo hiệu suất mạng dựa số xác định trước  Nó cho phép kỹ sư nhận báo cáo KPI người dùng chọn, tiết kiệm thời gian  Một báo cáo tạo cho ô mục tiêu, xếp hạng từ mức tồi tệ đến giá trị tốt cho KPI chọn Kết chạy mô-đun : Bảng 3.6 Kết chạy mô-đun APR Cell Name 4G-HDG111F11-HNI 4G-HKM053M11-HNI 4G-HDG039M11-HNI 4G-CMY041M13-HNI 4G-THO107F11-HNI 4G-STY033M13-HNI 4G-STY032M12-HNI 4G-DAH028M13-HNI 4G-LBN110F11-HNI 4G-TTI005M11-HNI 4G-CMY015M12-HNI 4G-UHA040M13-HNI 4G-LBN089M12-HNI 4G-TTN056M13-HNI 4G-HMI055M11-HNI Xem KPI : Từ tập tin đầu ra, thấy 15 cell tệ cho thấy giá trị từ 0% đến 61,28% Bằng cách đặt 62% làm ngưỡng chế độ xem KPI, thấy vị trí 15 cell tệ 57 Hình 3.21 Xem KPI cell tồi đồ 3.3.5 Xử lý cell ngủ (SCR) Tính mơ-đun : 1) Chạy liên tục tất cell 2) Phát tình trạng cell ngủ khơng sử dụng (Chỉ thoại, liệu, Thoại Dữ liệu) 3) Khởi động lại cell/trạm 4) Màn hình reset thực cho vấn đề lặp lặp lại Hình 3.22 Quá trình thực mô-đun SCR 5) Bổ sung vùng phủ cell thiết lập lại không hiệu 6) Xác định cell phù hợp để bù trừ, xác định cell phù hợp cho tải, sửa đổi góc ngẩng 58 Kết : Khởi động lại cell thành cơng xác minh cố nhỏ Cell Availability từ đếm thô Hình 3.23 Kết sau chạy mô-đun SCR 3.3.6 Mô-đun cân tải di động (MLB) Chọn khu vực thử nghiệm : Khu vực có nghẽn để thấy hiệu MLB : 242 cell Hình 3.24 Khu vực chạy thử nghiệm mô-đun MLB 59 Hình 3.25 Giảm lỗi kết nối RRC Hình 3.26 Tăng CSSR Giảm công suất CPICH có tác dụng gấp đơi khả truy cập • Giảm diện tích dịch vụ dẫn đến người dùng Một số người dùng chuyển giao cho cell lân cận • Giảm cơng suất kênh chung chuyên dụng dẫn đến tải công suất cao cho lưu lượng truy cập • Đặc biệt, quan sát thấy suy giảm đáng kể thất bại kiểm sốt nhập học Kết chạy mơ-đun : Giảm thất bại truy cập 57%, CS_CSSR cải thiện 35,28% 60 3.4 Đánh giá kết chạy thử nghiệm SON EdenNet Hà Nội Bảng đánh giá kết sau chạy thử nghiệm mô-đun Hà Nội Bảng 3.7 Đánh giá kết mô-đun chạy thử nghiệm Hà Nội Modules Automatic Neighbor Relations (ANR) Reuse Code Optimization (RCO) Mobility Robustness Optimization (MRO) Cross Antenna Feeder Detection (CAD) Automatic Performance Reports (APR) Sleeping Cell Resolution (SCR) Mobility Load Balancing Đánh giá hiệu module : Các module chạy thử nghiệm đưa kết tốt, cải thiện nhiều hiệu KPI hệ thống, giảm bớt nhiều thao tác thủ công vận hành hệ thống 61 3.5 Kết luận chương Chương trình bày cụ thể ứng dụng SON-EdenNet nhà cung cấp Nokia Các tính module cụ thể dùng tổ chức tối ưu mạng(cụ thể so với lý thuyết chung SON chương 2) Eden-NET thực kiến trúc SON tập trung(C-SON), hỗ trợ nhiều nhà cung cấp đa cơng nghệ Eden-NET mang đến cách nhìn khu chức SON Tiêu chuẩn 3GPP phá vỡ khu vực chức SON thành Tự cấu hình, Tự tối ưu Tự phục hồi, Eden-NET, khu chức nhóm lại để phù hợp vận hành Cuối ứng dụng cụ thể SON tối ưu mạng Hà Nội Sau thực các, số module có hiệu rõ rệt cải thiện mạng lưới, số module khác khơng cần thiết khơng có hiệu tối ưu mạng Việc thử nghiệm giúp nhà mạng có định việc dùng tính tính cần thiết dùng để tối ưu mạng giảm chi phí Nhìn chung sau thử nghiệm, SON cho kết tốt, thực SON thực tế giúp giảm bớt thao tác thủ công vận hành tối ưu mạng 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Với phát triển mạng LTE-A mà đặc thù lưu lượng liệu tăng mạnh, việc tối ưu vùng phủ dung lượng mạng trở nên phức tạp Do giải pháp SON yêu cầu bắt buộc để tối ưu mạng nâng cao trải nghiệm người dùng Luận văn giúp hiểu sâu giải pháp tự tối ưu hóa SON việc tối ưu mạng LTEA, cụ thể kết đạt triển khai thử nghiệm Từ có đánh giá hiệu giải pháp so với phương pháp tối ưu khác Tự cấu hình 3GPP trở thành Tự động hóa quy trình làm việc bao gồm tính góp phần nâng cao hiệu hoạt động, tính quán hoạt động cải thiện chức quảng bá mạng Tự tối ưu hóa 3GPP chia thành loại khác : Tự tối ưu hóa mạng, Tự thích ứng mạng, Quản lý đạo lưu lượng Tự phục hồi : chức ánh xạ tới tự động hóa độ tin cậy mạng chủ yếu giao dịch với tính phát cell ngủ, bù trừ vùng cell mất, phát cell mất, v.v Qua chương luận văn, học viên khái quát vấn đề giải pháp tối ưu hóa mạng nay, mà cụ thể giải pháp SON mạng 4G LTE Đối với mạng 4G LTE, đặc thù truyền tải lưu lượng liệu lớn, số trạm nhiều, việc áp dụng công cụ tự tổ chức, tự tối ưu bắt buộc, nhiên giải pháp tối ưu đáp ứng cần phải đảm bảo yếu tố tương thích với hệ thống sẵn có, đáp ứng kỳ vọng chiến lược mở rộng nhà mạng Mạng tự tối ưu SON (Self Organizing Networks) đánh giá lựa chọn tối ưu giúp nhà khai thác có kế hoạch triển khai LTE giải vấn đề Với giải pháp SON, thao tác thủ công vận hành khai thác mạng lưới qui hoạch phát triển loại bỏ nhiều thay module tự động Việc áp dụng SON thử nghiệm Hà Nội đưa kết khả quan(nhà cung cấp Nokia SON Eden-Net), giúp cải thiện hiệu suất KPI mạng phạm vi lớn Đây tiền đề để nhà mạng(cụ thể VNPT-NET) tiếp tục áp dụng SON vận hành tối ưu mạng lưới 4G LTE 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh: [1] 3GPP TS 32.500, “Telecommunication management; Self-Organizing Networks (SON); Concepts and requirements (Rel 8)” [2] 3GPP TS 32.501, “Telecommunication management; Self-Configuration of Network Elements; Concepts and Integration Reference Point (IRP) Requirements (Rel 8)” [3] 3GPP TS 32.502, “Telecommunication management; Self-Configuration of Network Elements Integration Reference Point (IRP); Information Service (IS) (Rel 8)” [4] 3GPP TS 32.511, “Telecommunication management; Automatic Neighbour Relation (ANR) management; Concepts and requirements (Rel-8)” [5] IETF, RFC 4741, “NETCONF Configuration Protocol” [6] Nomor Research Self-Organizing Networks (SON) in 3GPP Long Term Evolution, May 2008 [7] FP7 SOCRATES project Vision on SON, 2008 Available from: http://www.fp7-socrates.org/?q=node/5 [8] NEC Corporation Self Organizing Network- NEC’s proposals for nextgeneration radio network management, 2009 Available from: http://www.nec.com/en/global/solutions/nsp/lte/pdf/son.pdf [9] Nokia Siemens Networks Worlds first self-operating 3G and 4G mobile network deployed in Japan, May 2012 [10] 3GPP Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Self-configuring and self-optimizing network (SON) use cases and solutions (Release 9) Technical Report TR 36.902 Available from: http://www.3gpp.org ... Giảm nhiễu d) Khả tối ưu hóa tính di động( MRO) e) Tối ưu hóa cân tải di động( MLB) f) Tối ưu hóa RACH 2.1.2.1 Tối ưu vùng phủ dung lượng Một nhiệm vụ hoạt động điển hình tối ưu hóa mạng theo vùng... 1.2 Giải pháp tối ưu hóa cho mạng 4G/LTE-A 11 1.2.1 Triển khai LTE-A giải pháp tối ưu 11 1.2.2 Giải pháp tối ưu hóa mạng SON 12 1.3 Lợi ích nhà mạng dùng SON ... sâu giải pháp tự tối ưu hóa SON việc tối ưu mạng LTEA, cụ thể kết đạt triển khai thử nghiệm Từ có đánh giá hiệu giải pháp so với phương pháp tối ưu khác 16 Chương GIẢI PHÁP MẠNG TỰ TỔ CHỨC – SON