基于S1—MME接口信令的LTE覆蓋評估方法及應用

王希++李昌新

【摘 要】基于路測和CQT的覆蓋評估方法時間和人力成本高，且無法實現區域性的全面覆蓋評估；而基于MR的覆蓋評估也存在缺乏用戶級數據和無法評估覆蓋盲區的缺點，為解決上述問題，提出了一種全新的基于S1-MME接口信令的LTE覆蓋評估方法，并將該方法部署到福建移動網絡優化平臺，實現了對LTE網絡用戶級數據的深入分析和覆蓋盲區的評估，對現網LTE網絡優化調整和規劃建設具有一定的指導意義。

【關鍵詞】LTE 信令 覆蓋評估

1 引言

隨著LTE網絡建設的推進，當前各大運營商關注的重點已經從建網初期的廣度覆蓋轉向深度覆蓋。且從用戶投訴數據來看，網絡信號弱覆蓋或無覆蓋是用戶投訴最主要的問題[1]。因此，如何有效地評估發現網絡覆蓋問題區域，對于運營商精確開展基站規劃和建設工作、提升用戶使用感知尤為重要。目前網絡覆蓋評估通常通過道路測試（DT）和呼叫質量測試（CQT）、用戶投訴數據分析、基于仿真的覆蓋評估以及基于測量報告（MR）等方式開展[2-4]。

DT和CQT需要投入大量人力、時間及測試設備到達現場測試，且很多場所因業主方原因也難以協調進入測試，因此無法全面評估區域性的覆蓋情況。通過對用戶投訴數據分析可以直接獲取弱覆蓋或無覆蓋問題點，但投訴數據是用戶使用遇到問題后才反饋，存在時效性不足和不夠客觀的缺點。基于仿真的覆蓋評估受限于傳播模型準確性和地圖等相關數據的精確性，且無法區分用戶級的信息，也較難準確定位覆蓋問題點。目前MR被越來越多地應用于LTE網絡的覆蓋評估中[5-7]。文獻[6]對基于MR的覆蓋評估方法進行了較全面的介紹。文獻[8]也應用MR數據分別針對萬州宏站和室分的弱覆蓋情況進行了評估分析。MR數據可實現自動采集、分析，且具有信息較全面、效率高的優點，可彌補前面幾種覆蓋評估方法的缺點。但由于覆蓋盲區終端無法上報MR數據，因此基于MR數據僅能評估LTE弱覆蓋問題，依然無法對LTE無覆蓋區域進行評估。文獻[9]提出了一種將CQI作為覆蓋評估的方法，但仍然無法對LTE覆蓋盲區進行評估。針對上述問題，文獻[2]提出了一種基于信令軟采和信令硬采兩種數據相結合的LTE覆蓋盲區識別算法。該算法在LTE終端處于連接態時通過軟采的A2盲重定向信令，而在LTE終端處于空閑態時通過硬采的TAU信令，以此綜合識別覆蓋盲區。

基于上述背景，本文基于3GPP LTE相關協議，結合LTE終端系統間互操作信令表現，提出了基于S1-MME接口軟采信令數據同時評估空閑態和連接態下LTE覆蓋盲區的評估方法。該方法在現有覆蓋評估方法的基礎上完善了覆蓋盲區的問題發現，并實際應用于福建省各地市移動LTE網絡的覆蓋評估中，有利于網優人員更為準確地發現網絡覆蓋盲區。

2 基于信令的LTE覆蓋評估方法

2.1 LTE連接態脫網統計

根據福建移動當前LTE系統間互操作參數策略，當終端處于LTE連接態時，若終端測得的RSRP低于一定的門限（現網典型配置值為-122 dBm）時，則會觸發A2盲重定向事件并向eNodeB上報。eNodeB收到該測量報告后，會觸發UE上下文釋放信令流程，在S1-MME接口向MME發送UE Context Release Request消息，該消息攜帶的原因值（cause）為28，即Inter-RAT redirection。MME進而通過S11接口向SGW發送Delete session Request消息，具體流程如圖1所示[10]：

因此，對LTE連接態的脫網可按照如下條件進行統計：當S1-MME接口存在Ue context release request（cause=28）消息，則認為該LTE用戶將發生連接態脫網行為。

2.2 LTE空閑態脫網統計

當LTE eNodeB檢測到LTE終端DRB上下行都沒有數據接收或發送之后，將啟動RRC不活動定時器，當該定時器達到所配置的值后（福建移動該參數一般設置為10 s），則eNodeB會在S1-MME接口向MME發送Ue context release request，此時該消息攜帶的原因值為20（case=20），即User inactivity。隨后，MME將在S1-MME接口向eNodeB回復UE Context Release Command（cause=20）。接著eNodeB會在Uu接口向UE發送RRC Connection Release消息。終端收到該消息后，將從RRC連接態進入空閑態。若終端在LTE空閑態時發生脫網，則會搜索2G/3G網絡，當終端成功駐留2G/3G網絡后，完成位置區或路由區更新，之后2G/3G核心側與LTE核心網完成信令交互，LTE核心側將獲悉LTE終端已駐留在2G/3G網絡，由此MME在S11接口向SGW發送delete session Request消息刪除會話?；谏鲜隽鞒?，對LTE終端在空閑態下的脫網采用如下條件進行統計：1）S1-MME接口存在Ue context release request（cause=20，User inactivity）消息且之后S11接口存在delete session Request消息；2）同時在這兩條信令消息之間的時間段內沒有除Paging以外的其他S1-MME接口消息交互。

2.3 基于信令的覆蓋率定義

LTE終端在LTE網絡的駐留能力可以有效地評估LTE網絡的覆蓋水平，在LTE網絡建設和優化中，我們希望LTE用戶盡可能地駐留在LTE網絡，即盡可能地減少脫網至2G/3G網絡的時長?；谶@種考慮，結合前面所述的LTE連接態和空閑態的脫網統計方法，通過對每個用戶在LTE網絡的占網時長進行匯總統計，提出了一種全新的基于信令的覆蓋率指標，用于輔助和完善覆蓋問題點的發現，彌補基于MR覆蓋率無法將脫網和空閑態用戶納入統計的缺點。endprint

在一個給定的LTE小區中，假設觀測時間內所有用戶都全程駐留在LTE網絡，即統計周期內都沒有發生LTE脫網現象，則該小區中所有用戶的LTE在網時長占比為100%，相應的我們將該小區基于信令的覆蓋率定義為100%。若在某個設定的取數時間段中，該小區中部分用戶發生了脫網，將該小區取數時段內所有用戶在LTE網絡的實際駐留時長之和，與所有用戶開始使用LTE網絡至取數終止時間點之間的時長總和的比值，定義為該小區基于信令的覆蓋率。即若某小區用戶脫網時長越短，則表明其基于信令的覆蓋率越高。由此，將基于信令的覆蓋率指標用公式（1）表示如下：

基于信令的覆蓋率=1-脫網用戶占比×脫網用戶平均脫網時長占比=1-脫網用戶占比×（1-脫網用戶平均在網時長占比） （1）

該定義中，各計算項的說明如下：

（1）脫網用戶占比=在觀測時段內發生過連接態脫網或空閑態脫網的用戶數占所有S1-MME接口上統計有效的用戶總數的比重。也就是說，不論某個用戶在給定的小區發生過連接態或空閑態任意一種情形下的脫網行為，都將該用戶計為脫網用戶。此外，為提高計算的合理性和準確性，在觀測時段內只要某個用戶在S1-MME接口有信令交互，即認為該用戶為S1-MME接口上的有效用戶。

（2）脫網用戶的LTE在網時長占比=[觀察時間點-（用戶返回4G網絡時間點-用戶連接態脫網時間點）-（用戶返回4G網絡時間點-用戶空閑態脫網時間點）-t0時間]/（觀察時間點-t0時間），各分項解釋如下：

1）t0時間表示用戶在取數觀測時段內，在S1-MME接口進行第一次信令交互的時間點，需排除下線的S1-MME接口信令流程類型，即detach和Ue context release request。在脫網用戶的LTE在網時長占比計算中，引入t0時間點主要是考慮到在同一個LTE小區中不同的用戶開始發起LTE業務的時間點是不一樣的。因此，針對不同的用戶無法用統一的取數開始時間點納入在網時長的計算。

2）用戶返回4G網絡時間點為用戶發送Attach Request或TAU Request（帶LAC信息）的時間點。這是因為LTE用戶從覆蓋盲區返回LTE覆蓋區時將發起Attach流程，若脫網至2G/3G網絡后再返回LTE網絡，則將觸發TAU流程接入LTE網絡。

3）用戶連接態脫網時間點為S1-MME接口存在Ue context release request（cause=28，Inter-RAT redirection）的時間點。

4）用戶空閑態脫網時間點為用戶S1-MME接口存在Ue context release request（cause=20，User inactivity）的時間點，且隨后S11接口存在delete session信令，同時滿足delete session與Ue context release request（cause=20，User inactivity）兩條信令點的時間間隔內，不能有除Paging消息以外的任何S1-MME接口消息交互。

3 實際應用與性能評估

3.1 數據來源及采集

LTE網絡架構及接口如圖2所示[10]，其中Uu接口和X2接口的信令數據可通過信令軟采集方式獲取，而EPC側各網元接口的信令數據可通過硬采集方式獲取。根據前面的闡述，本文提出的基于信令的覆蓋能力評估方法所需的數據源主要涉及S1和S11兩個接口。目前，通過在這兩個接口采用分光、鏡像的方式已可實現信令數據的全量采集。由此，可實現對海量用戶的大數據信令的關聯分析，評估結果可更全面地反映全量用戶的真實使用感知。

3.2 應用開發及部署

本文介紹的基于信令的覆蓋率評估方法，可以實現對用戶級的統計分析，適合于全網各種場景的覆蓋評估。目前，福建移動已基于該方法開發了大數據的LTE覆蓋能力評估模塊，并集成、部署到福建移動集中優化管理平臺，系統界面如圖3所示。

通過該平臺模塊，可實現對全省各地市分網格或規劃區域的脫網情況、用戶脫網時長占比等數據的統計分析，也可根據覆蓋場景屬性對各地市按主城區、縣城和農村等場景匯總分析。

3.3 應用效果與分析

目前，福建移動移動已將基于信令的覆蓋率納入日常網絡考核中，使用效果良好。以2月份為例，分別統計了福建移動各地市基于信令的覆蓋評估數據和MR覆蓋率數據，結果對比如表1所示，其中MR覆蓋率采用通常的定義，即MR RSRP采樣點大等于-110 dBm的占比。

從上述數據對比可知，以莆田、泉州、三明三個地市的數據為例，它們的MR覆蓋率分別為91.63%、91.79%和91.8%，但根據基于信令的覆蓋評估方法，它們的脫網用戶占比分別為7.41%、9.91%和9.24%，脫網用戶平均脫網時長占比分別為9.87%、7%和10.27%。這表明這三個地市雖然MR覆蓋率很接近，但是其LTE脫網用戶數和脫網用戶的脫網時長都是不一樣的，即它們的脫網問題嚴重程度不同。類似的，福州市2月份的MR覆蓋率位居全省第一，為92.7%，但其脫網用戶占比也是全省最高，為10.47%。可見，福州雖然MR覆蓋率較好但脫網問題也較為嚴重。

基于信令的覆蓋評估方法除可實現不同地市之間的橫向指標對比外，還可對特定地市的小區級指標進行評估。根據該評估方法，提取了2月16日廈門脫網用戶占比TOP 10的小區清單及指標，同時也統計了這些小區的MR弱覆蓋（MR RSRP小于-110 dBm）采樣點占比，相關數據對比如表2所示。可知，這TOP 10小區中，廈門思明華龍大廈室內NLX1-40、廈門思明大陸商廈FNLH1-145和廈門湖里神山FNLH1-145這三個小區MR弱覆蓋占比分別為4.55%、7.13%和5.77%，按照通常的MR覆蓋評估標準，均屬于覆蓋良好的小區。然而，這三個小區的脫網用戶占比分別為15.31%、13.87%和8.98%，這表明這三個小區均存在較嚴重的覆蓋空洞。endprint

綜上所述，通過引入基于信令的覆蓋評估方法，能在傳統的基于MR覆蓋率的覆蓋評估方法基礎上，進一步評估脫網問題的嚴重程度，更全面、客觀地對LTE網絡的覆蓋水平做出評估，也使得對網絡優化調整及規劃建設更有指導意義。

4 結束語

本文通過對LTE用戶在連接態和空閑態下發生脫網時的信令特征進行梳理、分析，提出了一種全新的基于S1-MME接口信令的LTE覆蓋評估方法，并將評估方法通過IT實現集成部署到福建移動網絡優化IT支撐平臺。目前，該評估方法已作為一項考核指標全面應用到福建移動LTE網絡覆蓋評估中，有效地彌補了傳統的基于MR的覆蓋評估方法缺乏用戶級數據和無法對覆蓋盲區的用戶進行評估的缺點，對LTE現網優化調整和規劃建設具有很好的指導意義。

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