家庭基站应用控制管理技术的探讨

王佳仪

【摘 要】家庭基站（Femto基站），作为通信运营商室内覆盖系统的延伸覆盖技术之一，有着即插即用、快速扩充、无需额外传输投资等优点，能有效降低运营商的投资成本。本文列举了Femto基站在具体应用中的一些控制管理技术，并详细分析了该些技术对Femto基站在实际应用中的意义。

【关键词】家庭基站；TR069；家庭区域标志；自配置；自优化

0 前言

家庭基站又称Femto基站（以下简称Femto），是一种可扩展、多信道、双向通信的毫微微蜂窝基站，通过集成电信有线网络作为室内覆盖的一种扩展技术。Femto（家庭基站）使用IP协议，通过用户已有的ADSL、LAN等宽带电路连接，远端由专用网关实现从IP网到移动核心网的连通。Femto系统主要包含有：Femto基站、Femto网关、AAA服务器、Femto管理系统等。

Femto的特点如下：

1）利用现有IP网络接入运营商核心网，节省了相关传输设备的投资。

2）Femto相当于一个小型基站，能够增加网络容量，快速扩充网络。

3）即插即用，自动配置频率、自动选择扰码、自动检测邻区、导频功率调整。

本文阐述的Femto应用管理技术探讨的内容基于以下三点出发：

首先，由于Femto基站物理位置处于终端用户家中，由于家庭网络承载众多的电信业务，为了保证电信业务端到端的服务质量，电信运营商有必要对端到端通信中涉及到的众多设备进行协调统一管理，这其中包括对Femto基站做到可控制和可管理。

其次，定义了家庭区域标志，即家庭基站用户处于家庭区域内，终端会出现标志提示，显示用户处于家庭区域，此标志为家庭区域标志。由于网络建设成本和市场策略原因，一般来说，运营商会给予家庭区域内使用业务的用户一定的优惠措施，家庭区域标志功能可以辨认用户是否处于家庭区域，这极大地增强用户的体验。

最后，为了满足即插即用的要求，Femto基站需要具备下行检测的功能以支持自动网规网优功能，包括Femto基站频点及扰码自动配置、邻区配置，及周期性的自动网络优化。

1 TR-069管理平台

相对于已有的公用电信网络，Femto系统有着明显的特殊性：首先，公用电信网络的网元数量一般比较少，而Femto系统的网元数量则非常庞大，所以，如果没有良好的运行和管理工具，将无法维护和管理家庭网络，传统的人工操作和排除故障的方式很难满足Femto系统的维护和管理要求；其次，Femto系统的使用者是普通用户，普通用户不可能像机房里的专业人员那样严格遵守安全规范，不做有害于网络安全的操作，因此，Femto系统的维护和管理更要注重运营商对设备本身的控制能力以及安全性能；最后，Femto系统遍布各个地区，考虑成本因素，远程管理是必不可少的，上门服务只有在极特别的情形下才进行。

基于上述Femto系统特点，Femto系统设备的管理方式需要采用远程集中自动管理的方式。

1.1 TR-069定义

Femto系统设备的远程管理需要解决的技术问题主要是管理通道和管理协议。远程管理的信息承载在IP包上，管理通道问题主要是解决如何传送承载管理信息的IP包，这主要与具体的接入技术相关。如何保证管理通道的可用性和管理通道的带宽是目前相关接入技术需要解决的问题。管理协议主要是指IP层之上的管理内容传送协议，目前主要有IETE制定的SNMP 和DSL论坛制定的TR-069。而IETE制定的SNMP主要用于公用电信网络的网元管理、维护，DSL论坛制定的TR-069主要用于家庭网络设备的管理与维护。Femto系统设备的远程管理可以基于TR-069协议进行相应的定制化。

TR-069 是由DSL论坛开发的技术规范之一，其全称为“CPE广域网管理协议”。它规定了家庭网络设备进行远程管理配置时的通用框架和协议，用于从网络侧对家庭网络设备进行远程集中管理。TR-069可以认为是DSL论坛关于家庭网络一系列设备远程管理的基础。依据TR-069的管理思路，DSL论坛制定了一系列关于家庭网络设备的规范，包括针对机顶盒、IP电话适配器等相关规范。

1.2 TR-069网络构架

TR-069 网络架构如图1所示。远程集中管理主要由Femto基站服务器（FAP Manager）来完成，被管理的设备为Femto基站，两者之间通过TR-069协议完成管理和维护功能。

1.3 TR-069协议栈

TR-069协议栈如图2所示。

TR-069的各协议层功能如表 1所示。

2 家庭区域标志

家庭区域标志功能实现有很多种方法，比如手动选网，短信提醒等，这些方案要么需要更换终端、SIM卡，要么用户体验较差，都不太适合。希望有一种方案，即用户处于家庭区域内，终端的屏幕上出现家庭区域标志，如终端在EDGE网络下会显示“E”一样，并且不需要终端或SIM卡有任何改动。

该方案需要为宏基站和家庭基站配置对等的EPLMN网络，并在Femto侧增加非标消息即MM information。

EPLMN（Equivalent Public Land Mobile Network），即对等公用陆地移动网。它主要解决共享网络与原网络的用户驻留和漫游策略。运营商可以配置对等的PLMN网络，这些网络之间可以实现通信网络资源共享。在多个网络同时为一个用户服务时，网络侧就可以通过对等PLMN列表告诉UE，当前网络与归属PLMN是等同的。用户根据信号强度来选择PLMN网络，一般选择信号较好的PLMN网络作为其注册的PLMN网络。

该方案分为两部分，第一部分为当用户在Femto小区开机或由非Femto小区进入Femto小区，实现终端显示家庭区域标志的功能。第二部分当用户由Femto小区进入非Femto小区时，终端的网络名称由家庭区域标识改成宏小区的网络名称。

方案具体流程如下：

当用户在Femto小区开机或由非Femto小区进入Femto小区，如图3所示；

（1）用户在Femto小区开机或由非Femto小区进入Femto小区，终端立即会发起位置更新（Location Update Request）。

（2）若该用户为合法用户，核心网会向终端发送位置更新接受消息（Location Update Accept）。在该消息下终端会收到其对等PLMN的信息。

（3）家庭基站向终端发送MM information，如图4所示，此条消息包含PLMN号对应的网络文字标识，并且可在网管服务器上修改网络文字标识。终端收到MM information后，会将当前的PLMN号翻译成文字标识显示在屏幕上。此消息是非标准信令流程，需要在家庭基站侧增加该信令消息，触发该信令消息在家庭基站收到位置更新接受消息（Location Update Accept）后。

当用户在Femto小区进入非Femto小区，如图5所示；

（1）用户由Femto小区进入非Femto小区，终端立即会发起位置更新（Location Update Request）。

（2）若该用户为合法用户，核心网会向终端发送位置更新接受消息（Location Update Accept），如图6所示。终端会将非Femto小区的PLMN号翻译成网络文字标识。

3 自配置、自优化

家庭基站自配置即家庭基站在启动后，不需要借助手工配置，根据家庭基站搜索结果和与网络协商的结果，自动配置家庭基站参数（如频点、扰码、邻区列表等），以达到即插即用的目的。具体流程如图7：

（1）IKEV2EAP协商过程。主要完成IPSec密钥授权和设备鉴权认证工作。

（2）IPSec建立过程。在Femto基站和安全网关之间建立IPSec隧道通道，以加强安全性。

（3）Femto基站向Femto Manager获取版本信息，若Femto基站的版本不是最新版本，则获取最新版本并安装。通过与Femto Manager交互，获取相关信息，如服务网关IP地址、无线参数、扫描的频段等。

（4）Femto基站进入终端模式，侦听周围基站的相关信息，如信号强度、小区号、频点、扰码等）。

（5）Femto基站将侦听得到的相关信息与Femto Manager进行协商，确定Femto基站配置的参数，如频点、扰码、邻区列表。

（6）Femto基站接入所分配的Femto网关，完成注册过程，正常进行工作。

家庭基站自优化即当周围无线环境发生变化，为减小其他小区对Femto基站的干扰，保证Femto基站的性能，Femto基站具有支持周期性自优化功能。具体自优化流程如下：

（1）运营商可在Femto Manager上自由设置周期性自优化的周期及时间。

（2）当设定的触发时间到达时，Femto基站检测此时是否有业务。如果有业务发生，则在下个周期到达时再进行触发。如果没有业务发生，则Femto基站发起自优化流程。

4 结束语

Femto基站作为室内覆盖延伸技术中的一种有效的补充技术，在运营商实际商用中可以作为家庭、企业手机信号补盲的有效手段。而随着家庭基站的商用数量增多，本文所介绍的TR069管理、家庭区域标志、自配置、自优化等相关技术，为Femto提供了良好的管理手段，将会使得家庭基站有效地与运营商现网相融合，并能够使用户得到很好的实际体验。

【参考文献】

[1]张凌峰，高波，蒋鑫.家庭基站资源管理和优化技术研究.电信科学，2010（12）：31-33.

[责任编辑：汤静]