基站自啟動技術的原理與設計

朱亞威，馬賽，郝建鋼

（北京北方烽火科技有限公司北京100085）

基站自啟動技術的原理與設計

朱亞威，馬賽，郝建鋼

（北京北方烽火科技有限公司北京100085）

為了實現SON中提出的基站自啟動的要求，采用了VLAN和DHCP技術，完成了軟件功能的設計，軟件可以實現檢測基站是否能與網絡管理中心連接，并在不能連接的情況下啟動自開站流程，通過學習VLAN ID和DHCP分配地址，從而打到與網絡管理中心連接的目的，然后由網絡管理中心進行進一步自動管理實現基站自啟動。實驗表明，該功能模塊在仿真情況下可以正常運行。

自優化網絡；基站自啟動；VLAN；DHCP

為了幫助LTE運營商更好的管理網絡中數量龐大的并有可能來自于不同廠商的基站，自組織網絡（SON）應運而生。現代通信網絡因為其特性，對網絡管理提出了更高的需求，電信運營商希望網絡是能夠實現自配置、自運作以及自優化的。而另一方面，對于無線通信運營商來說，基站能夠在沒有專業人員的操作下實現基站的快速配置運行所需要的參數，并可以正常工作。以及要求基站在網絡出現故障之后能夠自動進行修復重啟，再次正常運作。除此之外，運營商還希望網絡節點之間可以實現自動配置并打到互聯互通，可以自動選擇業務的QoS并自動優化。所有上述功能都屬于自由化網絡（SON）的范疇，因此SON會支持整個通信網絡的前期規劃、中期運營和后期網絡優化，完全貫穿一個通信網絡的全部生命周期［1-2］。

本文將專注于SON技術中的基站自啟動部分進行研究和設計

1　基站自啟動設計要求

基站自啟動，傳統的基站開站是需要在基站部署后，由專門的運維技術人員在基站中配置一些參數（比如基站IP，網管信息等等），目的是能讓網絡管理中心連接到基站并對其進行管理，及打通OM維護通道，從而實現遠程控制與維護。而網絡管理中心遠程對基站進行控制與維護是非常重要的，當站點分散或者偏遠的情況下，人工去進行維護的成本是很高的。但是在基站上電啟動的時候仍然需要技術人員對基站進行配置，而配置表的復雜程度也決定了配置人員還需要進行較長時間的培訓并且很容易出現配置錯誤。再加上如果基站位處偏遠地區，分部分散，人工成本也很高，于是對基站上電自啟動的需求就被提上了議程。

基站自啟動——自開站，目的在于工程人員將基站安裝完畢后不需要技術人員進行配置使其能連接上網絡管理中心，而是通過配置DHCP和VLAN，讓基站自己在無法連接到網絡管理中心的情況下，自動使能自開站流程，嘗試用DHCP服務器分下的地址與網絡管理中心建立OM鏈路，從而連接上網絡管理中心進行遠程開站。

自開站功能的引入可以有效的提高基站開通和基站交割的效率以及降低人工成本，一方面，基站在傳輸連通條件下，上電即能自動進行相關配置并完成啟動，無需人工干預，即插即用，減輕了基站開通維護所需的時間、成本與工作量。另一方面，通過基站自啟動時的自測試，及時發現問題，可提高一次安裝成功率。

2　基站自啟動運用技術簡介

2.1VLAN

1999年，IEEE頒布了802.1Q協議標準草案，用于標準化VLAN的實現方案。VLAN技術使得網絡管理員可以根據不同實際情況，將同一物理LAN網內的不同用戶按照特定邏輯分成各個分開的廣播域，每一個VLAN中都是一組相同需求的計算機，與屋里上形成的LAN有著相同的屬性。但是因為VLAN是從邏輯上劃分的，而并非物理劃分，所以在同一個VLAN中的各個計算機并沒有必須在同一物理范圍內（比如必須連接到同一個交換機）的限制，甚至并不需要在同一個網段內。而VLAN的特點告訴我們，一個VLAN內部的廣播或者單播流量是無法傳播到其他VLAN中的，從而流量的控制、網絡的管理、設備的維護、網絡安全的保證都得到了有效的優化［3］。

網絡交換技術的發展，也進一步加快了VLAN應用的普及速度。企業將自己的網絡分成虛擬網絡VLAN網段，來強化自身網絡的管理和安全，控制不必要或者失控的數據廣播。在傳統網絡之中，一個物理網段就是一個廣播域。而在VLAN中，廣播域是可以人工控制的，比如一組MAC地址或者交換機上的某一組網口等等來組成虛擬網段。這樣，網絡中工作組的分配將可以不再受網絡中的地理位置限制，而可以完全按照功能需求的來劃分與管理。這種功能性的分組模式，大大提高了網絡規劃、管理、重組的功能和效率。在同一個VALN中的計算機，無論實際中他們與哪個交換機連接，他們之間的通信就跟在獨立的交換機上通信沒有區別。廣播只能在同一VLAN中傳播，不會到其他VLAN中去，很好的控制了不必要的廣播風暴的產生。而不同VLAN成員之間若想要通信，只能依靠路由，所以也增加了企業網絡中不同部門之間的安全性，正因為如此，網絡管理員也可以通過配置VLAN來實現不同管理單元之間的信息互訪［4］。

2.2DHCP

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機配置協議）是一個應用于局域網的網絡協議，基于UDP協議工作，用途是給內部網絡或者網絡服務供應商自動分配IP地址，并對其IP進行管理，從而向網絡管理員提供了中央管理其他計算機的手段。通常被應用在大型的局域網絡環境中，可以顯著的提升IP地址的使用率。

DHCP協議采用客戶端/服務器模型，主機地址的動態分配任務由網絡主機驅動。當DHCP服務器接收到來自網絡主機申請地址的信息時，才會向網絡主機發送相關的地址配置等信息，以實現網絡主機地址信息的動態配置［5］。

3　基站自啟動設計方案

3.1基站自啟動組網圖介紹

基站自啟動組網如圖1所示。

基站通過路由器和交換機與網絡管理中心相連接，其中交換機可能會連接有其他廠商的各種設備，所以交換機上會配置好VLAN，路由器要配置DHCP Relay，以保證DHCP包可以正常通過路由器轉發而不是被丟棄。

圖1　基站自啟動組網圖

3.2基站自啟動步驟說明

1）上電啟動，嘗試用內部配置表連接網管

基站出廠時，內部會帶有一個缺省的配置表，這個配置表只能保證基站上電后可以正常啟動，并不能滿足用戶的使用需求，所以需要連接到網絡管理中心進行在線配置、升級和管理。基站啟動后，會不斷嘗試連接網管，因為需要網管的管理，有一個函數專門用于查詢與網管的連接狀態，并有一個變量表示目前與網管連接的嘗試次數。當嘗試次數超過5次的時候，判斷為無法正常鏈接網管，進行自開站流程。

2）學習VLAN ID

因為在外場實際環境中，不僅僅只有一家的基站，可能有多個廠商的基站，運營商會給每個不同的廠商分配不同的VLAN，以便于管理和保密，而不用使用多個交換機，可以降低成本。所以在自開站之前，我們先要從端口的數據包中學習到分配給我們廠商的VLAN ID，再用這個VLAN ID設上基站虛擬出的VLAN端口，進行接下來的流程。

3）向全網廣播DHCP Discover包，并在數據包中帶入基站標識

因為基站需要正確的IP才能與網絡管理中心鏈接，所以從VLAN口上進行DHCP流程，發出DHCP Discover包。因為基站的配置表并不都一樣，所以網管需要根據一個基站的ID信息來進行分別不同的基站。于是我選擇了在DHCP中帶上基站標識傳給網管，網管對每個基站上發的DHCP包進行解析，可以得到基站標識，從而分別不同的基站。

4）網絡管理中心收到DHCP Discover后與基站進行DHCP流程，分發地址

網絡管理中心作為DHCP Server，收到DHCP Discover之后進行DHCP流程，給基站分發IP地址。網管方面會提前配置DHCP Server，并配好一個供分配臨時地址的地址池

5）基站收到地址后，用新地址和VLAN再次與網絡管理中心嘗試連接

基站收方作為DHCP Client，將被分配的地址設上VLAN端口，加上存在基站配置中的VLAN信息，再次嘗試與網管連接，建立OAM通道。

6）基站在網絡管理中心方在線后，網管根據收到的基站標識下發對應的配置表

這次基站應該可以正常與網絡管理中心連接，并在其管理軟件中上線。這時候網管根據先前從DHCP Discover包中解析出的基站標識，在事先做好的映射表中查詢對應此基站標識的配置表，并進行下發，基站方接收到新配置表進行升級。

7）基站方升級配置表后自檢，通過后正常進行工作

基站接收到網絡管理中心下發的配置表后進行升級，升級后再次進行自檢，自檢內容包括硬件單元測試、配置檢查、射頻連通性和性能測試、GPS狀態和同步性能測試、Ir接口連通性和性能測試、Iub接口連通性和性能測試等等。

3.3基站自啟動程序流程設計

基站自啟動程序流程圖如圖2所示。

圖2　基站自啟動程序流程圖

4　結束語

此設計已經通過測試，能正常模擬啟動自開站流程，基站能正常在網絡管理中心上線并升級配置。

基站自啟動技術會給基站建網提供各種好處。其中最大的好處就是基站啟動的時候可以大大節約時間和人力，因為并不需要技術人員去現場進行配置。在基站建設過程中，時間就是成本，開站時間的節省也必然意味著成本花銷的降低。開站過程中主要是在以下幾個環節中可以節省時間：前期準備環節（開站團隊在去現場之前所需要做的準備，包括人員培訓，配置文件準備，配置文檔的閱讀等），路程花銷環節（包括開站人員去現場的路費開銷和路途時間，技術人員出差后公司工作的延后等），參數配置環節（開站人員在現場配置的時間，還不包括因為人工失誤造成的各種延誤），人員差異環節（開站人員業務是否熟練也將決定是否會引入額外的時間花銷），問題發生環節（意外問題出現、排查以及解決鎖造成的額外時間花銷）。

引入基站自啟動則會大大改善這些情況，對網絡建設可以帶來很多好處，包括以下方面：平均建站的時間和成本降低、開站人員素質或者人員數量可以降低、參數配置由人工轉為機器配置、問題率大大降低、支持多種組網類型、基站數據導入的方式更加高級智能和合理等［6］。

［1］郝思卓.TDD-LTE SON的設計與實現［D］.北京：北京郵電大學，2011.

［2］賀敬，常疆.自組織網絡（SON）技術及標準化演進［J］.郵電設計技術，2012（12）:4-7.

［3］朱紅明.VLAN技術淺談［J］.無錫南洋學院學報，2007（1）: 50-55.

［4］萬小強.VLAN技術的研究與實現［D］.北京：北京郵電大學，2006.

［5］何智勇，沈蘇彬，毛燕琴.DHCP協議優化方案研究［J］.計算機技術與發展，2010，20（9）:5-9.

［6］袁靜，梁雙春.TD-LTE自組織網絡功能需求及對網絡管理的影響［J］.互聯網天地，2013（11）:24-29.

The principle and design of base station self-booting

ZHU Ya-wei，MA Sai，HAO Jian-gang
（Beijing Northern Fiberhome Technology Co.，Ltd，Beijing 100085，China）

In order to satisfy the acquirement of base station self-booting function which is raised in SON，using VLAN and DHCP technology，I design the software function module.The software module can detect whether the base station can link to the network management center，and it can boot the process of self-booting.From learning VLAN ID and getting IP address from DHCP，the base station can link to the network management center.And the network management center can automatically control the flow of booting up of base station.The experiment shows that this function module can normally run in the simulated environment.

SON；base station self-booting；VLAN；DHCP

TN914.3

A

1674－6236（2016）12-0118-03

2015-07-02稿件編號：201507026

朱亞威（1990—），男，湖北武漢人，碩士。研究方向：通信與信息系統。