導入自動化參數調整功能　異質行動網路換手更順暢

所幸在2007年，第三代合作夥伴計畫(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)組織就已經注意到這個問題，在長程演進計畫(LTE)Release 8開始提及自組織網路(Self-Organizing Network, SON)的概念，到2012年底為止，已經發展到Release 11，透過自組織網路所提供的三大功能，電信營運商可以節省初期布建基地台的一次性成本，以及後續維護基地台訊號品質的多次性費用支出。

自組織網路提升運作維護效率

圖1　Self-Organizing Network 自組織網路三大主要功能

自組織網路主要是藉由自動化機制來將營運任務簡化，減少無線網路設計、安裝、優化及管理成本，進而提升運作維護效率與網路品質的新解決方案，該技術核心乃是利用所收集的網路資訊，經過分析後，自動做出現有網路的操作管理和維護判斷，降低人為設定錯誤的發生機率，並將無線訊號品質維持在可接受的範圍，保持網路的可用性。

自組織網路三大功能包含：自我配置(Self-configuration)、自我優化(Self-optimization)、自我修復(Self-healing)(圖1)。自我配置功能係透過隨插即用(Plug and Play)概念來協助網路布建規畫，降低初次架設基地台的一次性成本，例如自動連接和配置、動態訊號功率配置、鄰近基地台設定配置等；自我優化功能則是以自動調整(Auto Tune)的概念來維護無線環境的訊號品質以及節省電力成本，例如行動強固性最佳化(Mobility Robustness Optimization, MRO)、移動性負載平衡和流量轉向(Mobility Load Balancing and Traffic Steering)、節能(Energy Saving)、覆蓋範圍和網路容量最佳化(Coverage and Capacity Optimization)、隨機接入通道最佳化(RACH Optimization)、調整降低干擾(Interference Coordination)等；而自我修復(Auto Repair)功能，則可達到異質行動網路自我偵測和自行修復的目標。

行動強固性最佳化優化換手參數

行動強固性最佳化的目的是希望能以自動化的方式，優化基地台(evolved Node B, eNB)的換手(Handover)參數，以確保行動用戶得到良好的服務品質和效能；並同時考量行動強固性最佳化對ANR(Automatic Neighbor Relation)和負載平衡(Load Balancing)等自組織網路功能的影響。也可能需要和COC(Cell Outage Compensation)、功率節省(Energy Saving)進行互動，了解當換手邊界(Handover Boundary)調整時對行動強固性最佳化所造成的影響。行動強固性最佳化的目標是不會隨著所使用的無線技術而有所改變，但行動用戶的效能、系統容量、演算法和參數的優化會隨著所使用的技術而有所調整。

行動強固性最佳化技術是為克服基地台換手參數設定不當所產生的乒乓效應(Ping-Pong Effect)、換手失敗、無線連結失敗(Radio Link Failure, RLF)等問題的解決方案，對換手參數設定問題進行自動檢測，透過對大量連線失敗現象進行分析和統計，確定問題原因，以便進行相應的參數調整，避免不必要的換手，降低換手時的封包遺失率和斷線率，進而減少網路資源的浪費和用戶不好的使用經驗。其主要機制是透過用戶裝置(User Equipment, UE)發送的RLF Report和基地台間換手資訊交換，eNB可藉此瞭解換手失敗的次數統計和偵測換手失敗的原因。

行動強固性最佳化首要解決的問題是，由於換手參數設置不合理而導致的用戶裝置連接失敗，並將問題原因歸納為三類：過晚切換、過早切換和切換到錯誤基地台。

過晚切換定義為已經在提供服務的基地台(Serving eNB)駐留了一段時間的用戶裝置，在未收到換手命令的情況下，就切斷與Serving eNB的連線，隨後選擇目標基地台(Target eNB)重新建立連線；過早切換係指用戶裝置在換手至Target eNB的過程中，發生換手失敗或在換手到Target eNB後短時間內發生連線中斷，隨後用戶裝置再與Serving eNB重新建立連線；切換到錯誤基地台則是指用戶裝置在換手至Target eNB的過程中發生換手失敗，或在換手到Target eNB後短時間內發生連線中斷，隨後用戶裝置與Serving eNB和Target eNB外的其他基地台重新建立連線。

行動強固性最佳化功能詳細的檢測過程可參見3GPP TS 36.300和TS 36.423技術規範，其大致說明如圖2。

圖2　行動強固性最佳化功能的檢測過程情境

過晚換手的檢測過程說明如下：當換手條件成立時，Serving eNB會向Target eNB送出換手請求，Target eNB允諾換手請求並向Serving eNB要求釋放UE Context。然而，用戶裝置在未收到換手命令的情況下，就中斷了與Serving eNB的連線，於是用戶裝置便向Target eNB送出重新建立連線的請求，Target eNB因而得知用戶裝置換手失敗，於是通知Serving eNB，Serving eNB根據從Target eNB所獲得的資訊和本機存放區的UE Context確定連接中斷的原因，Target eNB再將檢測結果發送給Serving eNB，以便Serving eNB參數的調整。

過早換手的檢測是在用戶裝置換手至Target eNB的過程中發生換手失敗或換手完成後隨即連線中斷，因此用戶裝置再與Serving eNB重新建立連線。此時，Serving eNB收到用戶裝置重新建立連線的請求，因而得知用戶裝置換手失敗，於是通知Target eNB，Target eNB根據從Serving eNB所獲得的資訊和本機存放區的UE Context確定連接中斷的原因，Target eNB再將檢測結果發送給Serving eNB，以便Serving eNB參數的調整。

最後切換到錯誤基地台的檢測過程如下：在用戶裝置換手至Target eNB的過程中發生換手失敗或換手完成後隨即連線中斷，而用戶裝置與Serving eNB和Target eNB外的第三方基地台重新建立連線。在用戶裝置成功連線上第三方基地台後，便將RLF Report傳送給第三方基地台，於是第三方基地台通知Serving eNB或Target eNB，Serving eNB根據從第三方基地台或Target eNB所獲得的資訊和本機存放區的UE Context確定連接中斷的原因，再依據分析結果調整參數。

廠商可以決定換手參數更正的步驟，架構上大致可以分為集中式與分散式，但不論在哪種架構下，更正的動作不會是由單一事件引起，而是根據統計資料來進行。

在集中式架構中，基地台會將引發換手問題的關鍵效能指標(KPI)回報給DM (Domain Manager)，由DM決定要更正哪些參數，藉以提高整體網路品質；集中式優點在於DM是從整個網路的角度將每個基地台的關鍵效能指標納入判斷考量，這有利於管理和協調網路的資源，但也由於集中式管理，故在設計時必須考慮到分工管理、執行效率、複雜度、容錯性等問題。

相對地，在分散式架構中，各基地台是自主地從所建立的關鍵效能指標來決定換手參數是否調整，這個架構的優點是將行動強固性最佳化的複雜度局限在單一的網路節點上，每個基地台只關心它自身的問題，而不需要DM介入處理。此外，複雜度也不會隨著網路規模擴增而增加；雖然這個架構能即時地動態調整換手參數，但瓶頸是每個基地台只根據自身的關鍵效能指標來做判斷，單一的統計值是否可靠值得商榷。當然，基地台可以透過X2介面來向鄰近基地台提出更正換手參數的請求，然後在依鄰近基地台的回覆，決定該如何調整參數。

揪出網路覆蓋黑洞問題

行動強固性最佳化除能處理換手參數調整優化外，也能針對網路覆蓋黑洞導致用戶裝置連接失敗檢測，所以當行動強固性最佳化檢測時，還須要能判斷出是網路覆蓋黑洞問題還是換手參數設定問題。因此，在Rel-9和Rel-10中就針對此項問題分別加入及增強用戶裝置測量回報的機制，使得用戶裝置能將無線連結失敗發生前後的測量結果，傳至基地台給行動強固性最佳化做後續判斷連結失敗的主因。 為了解決不同系統之間換手參數的配置與設定，目前行動強固性最佳化在已有Intra-LTE過早和過晚換手檢測機制上發展出新的機制，針對non-LTE到LTE的過早換手和LTE到non-LTE的過晚換手的情境做出改善。在異質行動網路系統之間的非必要換手和乒乓效應雖然部會導致用戶裝置連線失敗，但還是會需要核心網路之間的資料交換，而這就造成不必要的資源浪費。因此，相關的檢測方式也先後在Rel-10和Rel-11做出定義。

異質行動網路系統之間非必要換手，是指用戶裝置在原系統可以保持良好服務品質的情況下，被切換至其他系統。為了檢測是非必要的換手，當用戶裝置從LTE服務範圍切換到異質行動網路系統服務範圍時，原服務的系統覆蓋範圍須配置能持續檢測LTE訊號品質的能力，而此檢測出的訊號品質是滿足用戶裝置的條件，就判定發生了不必要的切換換手。

而異質行動網路系統之間的乒乓效應，是指用戶裝置從原系統切換到不同系統後，在很短的時間又切回至原服務之系統的情況。要解決乒乓效應，就必須檢測建立在網路節點之間傳遞的歷史資料，因用戶裝置記錄的歷史資料中會顯示用戶裝置最近所接入的網路服務範圍的訊息，以及在每個網路服務系統下停留的時間。

假設在用戶裝置從異質行動網路系統切入LTE服務範圍時，LTE系統即可以藉由用戶裝置的訊息來判斷是否有發生乒乓效應。還有就是為了排除因LTE系統覆蓋漏洞所引發的乒乓效應，可配置用戶裝置在其他行動網路系統服務覆蓋範圍內檢測LTE服務覆蓋範圍中的訊號品質，作為是否換手依據，以降低乒乓效應。

換手參數的最佳化，一直都是無線行動網路須突破的困難及追求目標，經過收集各場景情形中的用戶裝置連接失敗問題後，行動強固性最佳化就能藉由此項訊息自動調整換手參數設置至最佳狀況，降低用戶裝置連結失敗產生無線連結失敗的問題，提升所有使用者的網路品質。

(本文作者任職於資策會智通所)