陳偉棟 陳鄭斌

【摘 要】LTE網絡駐留指標直觀表征LTE用戶接入并駐留在LTE網絡內使用業(yè)務的情況。通過深入分析基于LTE系統(tǒng)的信令流程，針對網絡互操作的各個場景在EPC網絡各接口信令流程的特征，梳理出分場景的指標算法規(guī)則，提出一種簡單有效的基于LTE網絡信令的駐留時長指標算法。利用該指標可開展2G/3G/4G網絡互操作問題分析定位，指導LTE網絡優(yōu)化工作。

【關鍵詞】駐留時長；網絡互操作；網絡優(yōu)化

Research on Signaling based Resident Time Algorithm for LTE Network

CHEN Weidong， CHEN Zhengbin

[Abstract] The LTE network resident indicators （ICTs） directly characterize the situations of LTE users access and reside in LTE networks. The signaling process of LTE systems was analyzed in depth firstly. Secondly， the characteristics of each network interoperability scenarios in each interface signaling process in EPC network were given. Then， the rules of sub-scenario index algorithm were summarized. A simple and effective signaling based resident time index algorithm for LTE network was proposed. The indicator can be used to analyze and locate 2G/3G/4G interoperability as well as guide the LTE network optimization.

[Key words]resident time； network interoperability； network optimization

1 引言

LTE網絡建設初期存在較多的覆蓋不連續(xù)、弱覆蓋、設備參數配置不合理的現象，這極大地影響了用戶的使用感知。根據運營商相關的投訴數據顯示，4G用戶的投訴原因中，2G/3G/4G網絡互操作是用戶投訴的主因之一。

本文主要針對用戶能穩(wěn)定駐留4G網絡的感知情況，研究建立LTE網絡駐留時長指標，反映LTE用戶網絡互操作的性能質量，支撐2G/3G/4G網絡互操作分析優(yōu)化工作。

2 基于LTE網絡信令的駐留時長算法

目前運營商一般采用用戶計費話單統(tǒng)計LTE用戶的流量駐留率和駐留時長。其中，流量駐留率是統(tǒng)計用戶在LTE網絡產生話單流量對于用戶總的數據業(yè)務話單流量的占比；駐留時長則是統(tǒng)計用戶使用LTE業(yè)務話單中的總時長。該統(tǒng)計方法較為簡單，但無法全面記錄用戶的LTE網絡駐留情況。這種統(tǒng)計方法只能反映用戶處于業(yè)務態(tài)下的LTE網絡駐留時長情況，無法對大量空閑態(tài)的移動性質量進行分析和有效的指導優(yōu)化。

2.1 基于信令的駐留時長算法介紹

隨著信令監(jiān)測系統(tǒng)的廣泛建設和應用，通過對用戶的信令和業(yè)務交互過程的監(jiān)測，可詳細還原用戶移動性管理和業(yè)務過程，準確統(tǒng)計出用戶駐留在LTE網絡和網絡互操作的指標，包括業(yè)務態(tài)和空閑態(tài)駐留時長。為此，通過研究基于LTE系統(tǒng)的信令流程及EPC網絡各接口信令流程的特征，結合網絡實際組網情況，提出利用4G EPC網絡接口的信令來計算出用戶LTE網絡駐留時長的算法。該方案無需采集2G/3G網絡信令，通過分析各個業(yè)務場景的信令特征，僅利用LTE網絡S1/S11接口的CDR關聯來統(tǒng)計出LTE網絡駐留時長指標。這種實現方案部署簡單，易于大規(guī)模推廣，并大幅降低了2G/3G/4G網絡互操作分析的難度，提高了分析效率、節(jié)省了投入。

2.2 基于LTE網絡信令的駐留時長算法

LTE用戶駐留時長計算的關鍵是梳理及關聯用戶接入和退出LTE網絡時的關鍵信令消息，分析特征信令消息之間的時間間隔，從而計算用戶駐留4G網絡的時長占比。通過對各種應用場景的用戶行為進行分析，確定接入退出LTE網絡相關的信令判斷點和時間戳，通過S1接口的Attach、Detach、TAU、UE Context Release和S11接口的Delete Session等信令共同判定。用戶接入退出LTE網絡的主要場景如圖1所示：

LTE用戶駐留時長指標算法：

4G駐留時長=網絡總時長-2G/3G駐留時長-用戶關機時長 （1）

4G時長駐留比=4G駐留時長/網絡總時長 （2）

其中，2G/3G駐留時長包括用戶CSFB回落時長，重選/重定向至2G/3G后駐留時長；用戶關機時長為用戶在4G網絡發(fā)起Detach流程，直至重新在4G Attach附著流程間隔時長。

2.3 分場景的判定規(guī)則和信令特征

以下通過對信令流程的分析，清晰地展示從用戶Attach進入4G，4G回落2G/3G，用戶重選/重定向進入4G，4G Detach關機四種場景的判定規(guī)則以及信令特征，為算法的實現提供理論依據。

（1）用戶Attach進入4G場景

用戶開機發(fā)起Attach流程是用戶在4G網絡駐留的開始，當出現信令Attach流程可判斷該用戶開始使用4G網絡。具體信令流程如圖2所示，用戶附著LTE網絡的信令特征如表1所示：

（2）用戶重選（空閑態(tài)）/重定向（業(yè)務態(tài)）進入4G場景

用戶從2G/3G重選或重定向進入4G，均會發(fā)起TAU信令流程，當信令出現TAU流程時，可判斷該用戶從2G/3G回到4G，信令流程如圖3所示，用戶重選或重定向接入LTE網絡的信令特征如表2所示：

（3）4G回落2G/3G網絡場景

根據網絡配置情況，UE從4G向2G/3G進行跨系統(tǒng)RAU，SGSN和MME間使用Gn接口。在該跨系統(tǒng)RAU流程中，S-GW改變會觸發(fā)原MME向S-GW發(fā)出Delete Session的消息。用戶回落到2G/3G網絡的信令流程如圖4所示。

具體針對該信令流程的算法如下：4G回落2G/3G駐留時長的計算，需要挖掘S1/S11接口信令聯合分析得到。通過信令分析，共提取以下4種信令消息組合情況，用來判定4G回落2G/3G。

4G回落2G/3G駐留時長T=T1+T2+T3+T4

1）情況1：在4G空閑狀態(tài)下進入2G/3G，直至重新在4G Attach附著場景

表3為用戶空閑態(tài)回落2G/3G后附著接入LTE網絡的信令特征。

在時間軸上對用戶的S1/S11接口信令進行分析，當依次出現表3中的3條信令時，判定用戶符合情況1。監(jiān)測S1接口UE Release消息（cause：Normal Release（0）），之后S11消息中出現Delete Session即開始計時t1，此時認為4G正常釋放進入2G/3G，直到S1接口監(jiān)測到Attach消息結束計時t2，因用戶從2G/3G Detach，4G信令無任何消息可獲取。在這種情況下近似判斷用戶是駐留在2G/3G。則本次回落2G/3G時長T1=t2-t1。

2）情況2：在4G空閑狀態(tài)下進入2G/3G后通過TAU重選/重定向回至4G場景

表4為用戶空閑態(tài)回落2G/3G后通過TAU接入LTE網絡的信令特征。

在時間軸上對用戶的S1/S11接口信令進行分析，當依次出現表4中的3條信令時，判定用戶符合情況2。監(jiān)測S1接口UE Release消息（cause：Normal Release（0）或User Inactivity（20）），之后S11消息中出現Delete Session即開始計時t1，此時認為4G正常釋放進入2G/3G，直到S1接口監(jiān)測到TAU消息結束計時t2，則本次回落2G/3G時長T2=t2-t1。

3）情況3：在4G業(yè)務態(tài)進入2G/3G后通過TAU重選/重定向回至4G場景

表5為用戶業(yè)務態(tài)回落2G/3G后重選接入LTE網絡的信令特征。

在時間軸上對用戶的S1/S11接口信令進行分析，當依次出現表5中的2條信令時，判定用戶符合情況3。監(jiān)測S1接口UE Release消息（cause：Inter-RAT Redirection（28）），即可明確網絡要求重定向至2G/3G，開始計時t1，直到S1接口監(jiān)測到TAU消息結束計時t2，此次TAU請求類型為IMSI附著組合TAU，本次回落2G/3G時長T3=t2-t1。

4）情況4：4G因語音業(yè)務回落至2G/3G，發(fā)起CSFB后通過TAU重選/重定向回至4G場景

表6為用戶CSFB回落2G/3G后重選接入LTE網絡的信令特征。

在時間軸上對用戶的S1/S11接口信令進行分析，當依次出現表6中的2條信令時，判定用戶符合情況4。監(jiān)測S1接口UE Release消息（cause：CS Fallback Triggered（23或24）），即發(fā)起CSFB流程，開始計時t1，直到S1接口監(jiān)測到TAU消息結束計時t2，則本次回落2G/3G時長T4=t2-t1。

（4）4G關機Detach場景

用戶關機發(fā)起Detach流程是用戶在4G網絡結束服務，當出現信令Detach流程可判斷該用戶離開4G網絡。圖5為用戶關機Detach的信令流程，表7為用戶關機Detach的信令特征：

在計算LTE網絡駐留時長指標的實際部署中還應考慮異常場景或異常信令的處理，如異常脫網、信令不完整等問題，部分情況下需要結合前后的信令進行模糊處理，才能較好地反映用戶真實的駐留情況。

3 LTE網絡駐留時長指標的應用

根據以上算法，采集LTE網絡S1/S11接口信令，可統(tǒng)計出用戶維度的LTE網絡駐留時長指標。通過信令所攜帶的位置信息，判斷用戶進入和離開小區(qū)的信息，進一步匯聚小區(qū)級指標。針對4G駐留指標質差的小區(qū)，結合網管統(tǒng)計、參數、MR等數據，可挖掘定位出網絡覆蓋、參數調整、網絡性能等問題。表8針對某地市區(qū)域統(tǒng)計出4G時長駐留占比低于85%的質差小區(qū)及其問題定位。

圖6為LTE駐留時長指標質差小區(qū)問題定位。

利用以上算法也可擴展計算頻繁重定向（業(yè)務態(tài)）、頻繁回落、跨系統(tǒng)TAU成功率等一系列小區(qū)維度的互操作指標來指導優(yōu)化。同時從用戶維度的指標出發(fā)也可進行客戶投訴預警、溯源分析等客戶保障工作。LTE駐留時長指標的應用如圖7所示。

4 結束語

LTE網絡駐留時長指標直觀反映出LTE網絡覆蓋、互操作性能和網絡穩(wěn)定性等質量情況。本文詳細介紹了利用LTE網絡信令計算LTE網絡駐留時長的算法，為后續(xù)利用該指標開展分場景、多維度的分析奠定了基礎。通過對LTE網絡駐留時長指標的分析挖掘，可有效發(fā)現2G/3G/4G網絡互操作問題，指導網絡優(yōu)化工作，從而有效提升用戶LTE網絡使用感知。

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