家庭基站應(yīng)用控制管理技術(shù)的探討

王佳儀

【摘 要】家庭基站（Femto基站），作為通信運(yùn)營(yíng)商室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的延伸覆蓋技術(shù)之一，有著即插即用、快速擴(kuò)充、無(wú)需額外傳輸投資等優(yōu)點(diǎn)，能有效降低運(yùn)營(yíng)商的投資成本。本文列舉了Femto基站在具體應(yīng)用中的一些控制管理技術(shù)，并詳細(xì)分析了該些技術(shù)對(duì)Femto基站在實(shí)際應(yīng)用中的意義。

【關(guān)鍵詞】家庭基站；TR069；家庭區(qū)域標(biāo)志；自配置；自優(yōu)化

0 前言

家庭基站又稱Femto基站（以下簡(jiǎn)稱Femto），是一種可擴(kuò)展、多信道、雙向通信的毫微微蜂窩基站，通過(guò)集成電信有線網(wǎng)絡(luò)作為室內(nèi)覆蓋的一種擴(kuò)展技術(shù)。Femto（家庭基站）使用IP協(xié)議，通過(guò)用戶已有的ADSL、LAN等寬帶電路連接，遠(yuǎn)端由專用網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)從IP網(wǎng)到移動(dòng)核心網(wǎng)的連通。Femto系統(tǒng)主要包含有：Femto基站、Femto網(wǎng)關(guān)、AAA服務(wù)器、Femto管理系統(tǒng)等。

Femto的特點(diǎn)如下：

1）利用現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)接入運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)，節(jié)省了相關(guān)傳輸設(shè)備的投資。

2）Femto相當(dāng)于一個(gè)小型基站，能夠增加網(wǎng)絡(luò)容量，快速擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)。

3）即插即用，自動(dòng)配置頻率、自動(dòng)選擇擾碼、自動(dòng)檢測(cè)鄰區(qū)、導(dǎo)頻功率調(diào)整。

本文闡述的Femto應(yīng)用管理技術(shù)探討的內(nèi)容基于以下三點(diǎn)出發(fā)：

首先，由于Femto基站物理位置處于終端用戶家中，由于家庭網(wǎng)絡(luò)承載眾多的電信業(yè)務(wù)，為了保證電信業(yè)務(wù)端到端的服務(wù)質(zhì)量，電信運(yùn)營(yíng)商有必要對(duì)端到端通信中涉及到的眾多設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一管理，這其中包括對(duì)Femto基站做到可控制和可管理。

其次，定義了家庭區(qū)域標(biāo)志，即家庭基站用戶處于家庭區(qū)域內(nèi)，終端會(huì)出現(xiàn)標(biāo)志提示，顯示用戶處于家庭區(qū)域，此標(biāo)志為家庭區(qū)域標(biāo)志。由于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和市場(chǎng)策略原因，一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)營(yíng)商會(huì)給予家庭區(qū)域內(nèi)使用業(yè)務(wù)的用戶一定的優(yōu)惠措施，家庭區(qū)域標(biāo)志功能可以辨認(rèn)用戶是否處于家庭區(qū)域，這極大地增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)。

最后，為了滿足即插即用的要求，F(xiàn)emto基站需要具備下行檢測(cè)的功能以支持自動(dòng)網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)功能，包括Femto基站頻點(diǎn)及擾碼自動(dòng)配置、鄰區(qū)配置，及周期性的自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

1 TR-069管理平臺(tái)

相對(duì)于已有的公用電信網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)emto系統(tǒng)有著明顯的特殊性：首先，公用電信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元數(shù)量一般比較少，而Femto系統(tǒng)的網(wǎng)元數(shù)量則非常龐大，所以，如果沒(méi)有良好的運(yùn)行和管理工具，將無(wú)法維護(hù)和管理家庭網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的人工操作和排除故障的方式很難滿足Femto系統(tǒng)的維護(hù)和管理要求；其次，F(xiàn)emto系統(tǒng)的使用者是普通用戶，普通用戶不可能像機(jī)房里的專業(yè)人員那樣嚴(yán)格遵守安全規(guī)范，不做有害于網(wǎng)絡(luò)安全的操作，因此，F(xiàn)emto系統(tǒng)的維護(hù)和管理更要注重運(yùn)營(yíng)商對(duì)設(shè)備本身的控制能力以及安全性能；最后，F(xiàn)emto系統(tǒng)遍布各個(gè)地區(qū)，考慮成本因素，遠(yuǎn)程管理是必不可少的，上門服務(wù)只有在極特別的情形下才進(jìn)行。

基于上述Femto系統(tǒng)特點(diǎn)，F(xiàn)emto系統(tǒng)設(shè)備的管理方式需要采用遠(yuǎn)程集中自動(dòng)管理的方式。

1.1 TR-069定義

Femto系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程管理需要解決的技術(shù)問(wèn)題主要是管理通道和管理協(xié)議。遠(yuǎn)程管理的信息承載在IP包上，管理通道問(wèn)題主要是解決如何傳送承載管理信息的IP包，這主要與具體的接入技術(shù)相關(guān)。如何保證管理通道的可用性和管理通道的帶寬是目前相關(guān)接入技術(shù)需要解決的問(wèn)題。管理協(xié)議主要是指IP層之上的管理內(nèi)容傳送協(xié)議，目前主要有IETE制定的SNMP 和DSL論壇制定的TR-069。而IETE制定的SNMP主要用于公用電信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元管理、維護(hù)，DSL論壇制定的TR-069主要用于家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理與維護(hù)。Femto系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程管理可以基于TR-069協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的定制化。

TR-069 是由DSL論壇開(kāi)發(fā)的技術(shù)規(guī)范之一，其全稱為“CPE廣域網(wǎng)管理協(xié)議”。它規(guī)定了家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理配置時(shí)的通用框架和協(xié)議，用于從網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程集中管理。TR-069可以認(rèn)為是DSL論壇關(guān)于家庭網(wǎng)絡(luò)一系列設(shè)備遠(yuǎn)程管理的基礎(chǔ)。依據(jù)TR-069的管理思路，DSL論壇制定了一系列關(guān)于家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的規(guī)范，包括針對(duì)機(jī)頂盒、IP電話適配器等相關(guān)規(guī)范。

1.2 TR-069網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

TR-069 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。遠(yuǎn)程集中管理主要由Femto基站服務(wù)器（FAP Manager）來(lái)完成，被管理的設(shè)備為Femto基站，兩者之間通過(guò)TR-069協(xié)議完成管理和維護(hù)功能。

1.3 TR-069協(xié)議棧

TR-069協(xié)議棧如圖2所示。

TR-069的各協(xié)議層功能如表 1所示。

2 家庭區(qū)域標(biāo)志

家庭區(qū)域標(biāo)志功能實(shí)現(xiàn)有很多種方法，比如手動(dòng)選網(wǎng)，短信提醒等，這些方案要么需要更換終端、SIM卡，要么用戶體驗(yàn)較差，都不太適合。希望有一種方案，即用戶處于家庭區(qū)域內(nèi)，終端的屏幕上出現(xiàn)家庭區(qū)域標(biāo)志，如終端在EDGE網(wǎng)絡(luò)下會(huì)顯示“E”一樣，并且不需要終端或SIM卡有任何改動(dòng)。

該方案需要為宏基站和家庭基站配置對(duì)等的EPLMN網(wǎng)絡(luò)，并在Femto側(cè)增加非標(biāo)消息即MM information。

EPLMN（Equivalent Public Land Mobile Network），即對(duì)等公用陸地移動(dòng)網(wǎng)。它主要解決共享網(wǎng)絡(luò)與原網(wǎng)絡(luò)的用戶駐留和漫游策略。運(yùn)營(yíng)商可以配置對(duì)等的PLMN網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)之間可以實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)資源共享。在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)為一個(gè)用戶服務(wù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)就可以通過(guò)對(duì)等PLMN列表告訴UE，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)與歸屬PLMN是等同的。用戶根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度來(lái)選擇PLMN網(wǎng)絡(luò)，一般選擇信號(hào)較好的PLMN網(wǎng)絡(luò)作為其注冊(cè)的PLMN網(wǎng)絡(luò)。

該方案分為兩部分，第一部分為當(dāng)用戶在Femto小區(qū)開(kāi)機(jī)或由非Femto小區(qū)進(jìn)入Femto小區(qū)，實(shí)現(xiàn)終端顯示家庭區(qū)域標(biāo)志的功能。第二部分當(dāng)用戶由Femto小區(qū)進(jìn)入非Femto小區(qū)時(shí)，終端的網(wǎng)絡(luò)名稱由家庭區(qū)域標(biāo)識(shí)改成宏小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)名稱。

方案具體流程如下：

當(dāng)用戶在Femto小區(qū)開(kāi)機(jī)或由非Femto小區(qū)進(jìn)入Femto小區(qū)，如圖3所示；

（1）用戶在Femto小區(qū)開(kāi)機(jī)或由非Femto小區(qū)進(jìn)入Femto小區(qū)，終端立即會(huì)發(fā)起位置更新（Location Update Request）。

（2）若該用戶為合法用戶，核心網(wǎng)會(huì)向終端發(fā)送位置更新接受消息（Location Update Accept）。在該消息下終端會(huì)收到其對(duì)等PLMN的信息。

（3）家庭基站向終端發(fā)送MM information，如圖4所示，此條消息包含PLMN號(hào)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)文字標(biāo)識(shí)，并且可在網(wǎng)管服務(wù)器上修改網(wǎng)絡(luò)文字標(biāo)識(shí)。終端收到MM information后，會(huì)將當(dāng)前的PLMN號(hào)翻譯成文字標(biāo)識(shí)顯示在屏幕上。此消息是非標(biāo)準(zhǔn)信令流程，需要在家庭基站側(cè)增加該信令消息，觸發(fā)該信令消息在家庭基站收到位置更新接受消息（Location Update Accept）后。

當(dāng)用戶在Femto小區(qū)進(jìn)入非Femto小區(qū)，如圖5所示；

（1）用戶由Femto小區(qū)進(jìn)入非Femto小區(qū)，終端立即會(huì)發(fā)起位置更新（Location Update Request）。

（2）若該用戶為合法用戶，核心網(wǎng)會(huì)向終端發(fā)送位置更新接受消息（Location Update Accept），如圖6所示。終端會(huì)將非Femto小區(qū)的PLMN號(hào)翻譯成網(wǎng)絡(luò)文字標(biāo)識(shí)。

3 自配置、自優(yōu)化

家庭基站自配置即家庭基站在啟動(dòng)后，不需要借助手工配置，根據(jù)家庭基站搜索結(jié)果和與網(wǎng)絡(luò)協(xié)商的結(jié)果，自動(dòng)配置家庭基站參數(shù)（如頻點(diǎn)、擾碼、鄰區(qū)列表等），以達(dá)到即插即用的目的。具體流程如圖7：

（1）IKEV2EAP協(xié)商過(guò)程。主要完成IPSec密鑰授權(quán)和設(shè)備鑒權(quán)認(rèn)證工作。

（2）IPSec建立過(guò)程。在Femto基站和安全網(wǎng)關(guān)之間建立IPSec隧道通道，以加強(qiáng)安全性。

（3）Femto基站向Femto Manager獲取版本信息，若Femto基站的版本不是最新版本，則獲取最新版本并安裝。通過(guò)與Femto Manager交互，獲取相關(guān)信息，如服務(wù)網(wǎng)關(guān)IP地址、無(wú)線參數(shù)、掃描的頻段等。

（4）Femto基站進(jìn)入終端模式，偵聽(tīng)周圍基站的相關(guān)信息，如信號(hào)強(qiáng)度、小區(qū)號(hào)、頻點(diǎn)、擾碼等）。

（5）Femto基站將偵聽(tīng)得到的相關(guān)信息與Femto Manager進(jìn)行協(xié)商，確定Femto基站配置的參數(shù)，如頻點(diǎn)、擾碼、鄰區(qū)列表。

（6）Femto基站接入所分配的Femto網(wǎng)關(guān)，完成注冊(cè)過(guò)程，正常進(jìn)行工作。

家庭基站自優(yōu)化即當(dāng)周圍無(wú)線環(huán)境發(fā)生變化，為減小其他小區(qū)對(duì)Femto基站的干擾，保證Femto基站的性能，F(xiàn)emto基站具有支持周期性自優(yōu)化功能。具體自優(yōu)化流程如下：

（1）運(yùn)營(yíng)商可在Femto Manager上自由設(shè)置周期性自優(yōu)化的周期及時(shí)間。

（2）當(dāng)設(shè)定的觸發(fā)時(shí)間到達(dá)時(shí)，F(xiàn)emto基站檢測(cè)此時(shí)是否有業(yè)務(wù)。如果有業(yè)務(wù)發(fā)生，則在下個(gè)周期到達(dá)時(shí)再進(jìn)行觸發(fā)。如果沒(méi)有業(yè)務(wù)發(fā)生，則Femto基站發(fā)起自優(yōu)化流程。

4 結(jié)束語(yǔ)

Femto基站作為室內(nèi)覆蓋延伸技術(shù)中的一種有效的補(bǔ)充技術(shù)，在運(yùn)營(yíng)商實(shí)際商用中可以作為家庭、企業(yè)手機(jī)信號(hào)補(bǔ)盲的有效手段。而隨著家庭基站的商用數(shù)量增多，本文所介紹的TR069管理、家庭區(qū)域標(biāo)志、自配置、自優(yōu)化等相關(guān)技術(shù)，為Femto提供了良好的管理手段，將會(huì)使得家庭基站有效地與運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)相融合，并能夠使用戶得到很好的實(shí)際體驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張凌峰，高波，蔣鑫.家庭基站資源管理和優(yōu)化技術(shù)研究.電信科學(xué)，2010（12）：31-33.

[責(zé)任編輯：湯靜]