華為BSC的3G業(yè)務能力提升研究

中國電信廣東無線網(wǎng)絡運營中心惠州分中心 羅石灶 況盧娟 張 晶

一、引言

經(jīng)過幾年的網(wǎng)絡運營，中國電信的3G網(wǎng)絡已經(jīng)具備向全體用戶提供高速、優(yōu)質的3G數(shù)據(jù)業(yè)務。但隨之3G業(yè)務進一步的規(guī)模發(fā)展，3G用戶數(shù)量迅速增加，3G業(yè)務也越來越豐富，3G用戶對3G業(yè)務的要求也更加苛刻，3G網(wǎng)絡也出現(xiàn)負荷過高的情況，提升3G業(yè)務處理能力成為做好3G網(wǎng)絡運營的重點工作，也是支撐3G規(guī)模發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。而BSC是基站3G網(wǎng)絡無線接入的控制器，負責數(shù)百個基站的控制，數(shù)千個載頻的業(yè)務調度，整體承載的工作重要性十分突出。3G業(yè)務處理能力的提升，除了分布于各個區(qū)域的基站之外，BSC作為核心的總控單元，也是需要重點研究的對象。全面提升BSC的3G業(yè)務處理能力是個基礎，在此基礎上才能夠針對不同區(qū)域的情況對基站進行優(yōu)化提升，從而實現(xiàn)整體網(wǎng)絡的3G業(yè)務處理能力提升，實現(xiàn)支撐3G規(guī)模發(fā)展的目標。

二、3G業(yè)務分析及能力提升

1.3G網(wǎng)絡結構

從整體網(wǎng)絡結構上看，BSC處于集中的分組域核心網(wǎng)元與眾多分散的基站之間，作為一個承上啟下的控制管理網(wǎng)元。同時BSC把通過基站傳送來的用戶數(shù)據(jù)進行處理后再提交到PDSN等核心網(wǎng)元，也把PDSN等核心網(wǎng)元的數(shù)據(jù)下發(fā)到基站，到用戶，作為一個數(shù)據(jù)處理轉發(fā)的門戶網(wǎng)元。其網(wǎng)絡結構圖見圖1。

圖1 CDMA網(wǎng)絡結構圖

在BSC與基站、與分組域核心網(wǎng)之間進行信令交互，需要借助相關的接口，具體接口及其功能如下：

⊙ Abis接口：用于承載BSC與BTS之間的業(yè)務數(shù)據(jù)和信令消息。

⊙ A8/A9接口：A8接口提供AN與PCF之間的業(yè)務數(shù)據(jù)承載；A9接口傳送AN與PCF之間業(yè)務連接的建立、維持、釋放及休眠切換的信令消息。

⊙ A10/A11接口：A10用于傳遞PCF與PDSN之間的業(yè)務數(shù)據(jù)；A11用于傳遞A10連接的建立和釋放信令消息以及計費信息等。

⊙ A12接口：AN與AN-AAA間的接口，用于傳遞接入鑒權的信令消息。

⊙ A1/A1p接口：AN和CS域的接口，用于1X/DO互操作。

⊙ A13接口：AN間接口，用于AN間會話遷移；

A16接口：AN間接口，用于AN輔助AN間硬切換；

A17/A18接口：AN間接口，用于AN間軟切換（華為內部接口）。

BSC對3G業(yè)務的處理，除了于外部的網(wǎng)元交互處理之外，其內部還要經(jīng)過各個板件的處理，借助板件的功能特性完成業(yè)務的處理，其處理過程見圖2。

圖2 BSC內3G業(yè)務處理過程

BSC內配合完成3G業(yè)務處理的板件主要有：

⊙ Abis接口處理，PO1Ba，GOUBc等。

⊙ 信令處理，XPUOa。包括數(shù)據(jù)業(yè)務管理單元PMUO，BSC信令處理單元SPUO，SDU資源池單元RPUO，PCF信令處理單元PCUO。

⊙ PCF處理及A11接口處理，GOUXa。

⊙ 業(yè)務處理，DPUDb。

⊙ BSC框間交互處理，SCUOa。

綜合分析BSC內3G業(yè)務處理過程，對BSC的3G業(yè)務能力的優(yōu)化提升工作也就集中在接口處理，信令處理，業(yè)務處理等幾個方面。

2.各板件的3G業(yè)務能力

⊙ PO1Ba每個光口提供63個E1鏈路，GOUBc每個光口提供1000M的快速以太網(wǎng)（FE）鏈路，根據(jù)基站的業(yè)務量給每個基站獨立分配，BSC的各個框根據(jù)基站業(yè)務的需求配置板件。

⊙ PMUO：BSC內必須有且只能有一個，配置在CMPS框。

⊙ SPUO：BSC每框最多可配32個，1個SPUO支持256個載扇，64個基站等效，3G吞吐量100Mb/s。

⊙ RPUO：BSC的每框必須有且只能有一個。

⊙ PCUO：采用資源池方式BSC內共享，一個BSC最多可配15個，一個PCUO支持300000個PPP連接。

⊙ DPUDb：每個DPUDb提供22個DSP，每個DSP支持80個3G用戶。

⊙ PCF：支持數(shù)據(jù)流量400Mb/s。

3.3G業(yè)務能力瓶頸

隨之3G業(yè)務的規(guī)模發(fā)展，華為BSC對3G業(yè)務處理的能力限度問題逐步出現(xiàn)，關聯(lián)板件的CPU負荷告警，業(yè)務板件的話務占用率超門限告警不斷出現(xiàn)，影響3G業(yè)務處理的主要瓶頸有以下幾個方面：

（1）Abis接口帶寬不足

帶寬不足導致無法很好滿足用戶3.1M最高體驗速率。EVDO RevA峰值速率為3.1Mb/s，若平均每載扇用戶數(shù)達1個以上，要保證用戶達到3.1Mb/s的最高速率，則要求每個基站平均每個載扇1.5個E1，即3Mb/s帶寬。

帶寬不足導致用戶平均速率感知低?；久rDO傳輸平均利用率大于45%以上時，用戶等效速率開始出現(xiàn)拐點，并隨著利用率的升高用戶速率呈持續(xù)下降趨勢（圖3）。

圖3 3G傳輸利用率與客戶速率之間的變化趨勢

傳輸帶寬不足甚至會導致用戶無法使用3G業(yè)務。傳輸峰值利用超過90%時，用戶可分配的傳輸資源迅速減少，導致用戶打開網(wǎng)頁慢容量，下載速率低等情況，甚至導致用戶無法接入，尋呼失敗，流量損失，嚴重影響3G用戶感知。

（2）信令處理能力不足

SPUO的負荷過高。SPUO是BSC的信令處理子系統(tǒng)，除了3G業(yè)務的信令處理之外，還負責1X的語音、數(shù)據(jù)業(yè)務的信令處理和短信息的處理。當SPUO子系統(tǒng)的負荷過高時，會導致下帶的基站出現(xiàn)小區(qū)退服現(xiàn)象，中斷基站的業(yè)務服務。2011年12月惠州BSC1的某個SPUO子系統(tǒng)負荷高達90%，導致下帶的9個基站信令鏈路中斷，小區(qū)退服，業(yè)務受影響。另一方面，SPUO子系統(tǒng)下帶多個基站業(yè)務，若因負荷過高而導致板件故障，將出現(xiàn)大面積的業(yè)務全部中斷，包括3G和語音等。

SPUO原則上能夠支持256個載扇，但在目前業(yè)務發(fā)展的情況下，在密集市區(qū)每個SPUO下帶的載扇在120個即會導致負荷上升到50%～60%，甚至更高。

（3）業(yè)務處理能力不足

3G業(yè)務處理由DPUDb負責，一塊DPUDb支持22×80＝1760個用戶，在3G用戶集中的區(qū)域，如密集市區(qū)，大客戶公司，校園網(wǎng)，大規(guī)模的演唱會，節(jié)假日時期的高速公路收費站和服務區(qū)等，都會出現(xiàn)大規(guī)模的3G用戶接入，超過DPUDb的處理能力，導致用戶無法接入。

三、3G業(yè)務能力提升方案

1.Abis傳輸能力提升

3G業(yè)務的Abis傳輸能力提升的方法是增加Abis傳輸?shù)膸?，主要方式有增加E1鏈路和FE改造增加帶寬。

由于基站側的接口板能夠提供的E1接口最多為16個E1，即32Mb/s，而且還要部分提供1X的業(yè)務，傳輸設備的接口有限；同時BSC側接口板的1個光口僅能提供63個E1，若大量基站使用E1形式開通16個E1的帶寬配置，將占用大量的接口板和槽位資源，使得信令處理和業(yè)務處理能力不足；因此難以通過增加E1鏈路的方式來滿足大量的3G業(yè)務傳輸能力的提升。

隨著IP化進程的發(fā)展，IP承載已經(jīng)成為移動通信網(wǎng)絡演進的主流趨勢。FE（Fast Ethernet）相比E1傳輸有以下幾方面優(yōu)勢：

⊙ 傳輸帶寬大。FE接口使用以太網(wǎng)傳輸，帶寬為100Mb/s，使用E1傳輸可能需多個傳輸接口板，而用FE僅需要一個端口就可以滿足帶寬需求（從另一角度來看也降低了網(wǎng)絡成本）。

⊙ 網(wǎng)絡擴容方便。E1擴容需要端對端的擴容E1數(shù)量，實施復雜；而FE方式只需要擴容調整中間傳輸帶寬，不需要增加端口數(shù)量和接口板等資源，而且操作方便，能大大縮短擴容的周期。

⊙ 網(wǎng)絡搭建成本低。無論是新建、還是進行網(wǎng)絡擴容，使用FE傳輸時都無需新增接口板、端口等資源。

⊙ 便于未來演進。傳輸網(wǎng)正向IP包交換方向演進（如EPON等），F(xiàn)E接口可以滿足與演進網(wǎng)絡的對接，是移動通信網(wǎng)絡演進的方向。

使用FE形式的傳輸，除了滿足業(yè)務需求之外，在BSC側接口板使用GOUBc板，該板件有4個光口，每個光口提供1000Mb/s的帶寬，可以節(jié)省大量的槽位資源提供給信令處理單元和業(yè)務處理單元使用，且板件是主備保護機制，具有高度的安全性。當前已經(jīng)逐步利用FE改造的方式來實現(xiàn)3G業(yè)務的傳輸能力提升。

以惠州某學校覆蓋基站為例，其傳輸能力和網(wǎng)絡性能（接入失敗次數(shù)）的變化如圖4所示。

圖4 某基站傳輸帶寬提升與接入失敗情況對比

2.信令處理能力提升

2012年8月，華為BSC升級到8.0版本，該版本提供了SPU資源池優(yōu)化，使CPU負荷更均衡。該功能主要的意義在于動態(tài)共享門限，保證系統(tǒng)所有SPU負荷均衡；增加SPU尋呼負荷分擔功能，提升可負荷分擔的業(yè)務比例，如圖5。

圖5 華為BSC的SPU負荷均衡

在日常網(wǎng)絡運營過程中，在保障日常業(yè)務需求的過程中，還要考慮突發(fā)情況下的業(yè)務需求，建議在BSC同個框內，200個DO載頻配置1塊DPUDb單板，在密集市區(qū)可以考慮每150個DO載頻配置1塊DPUDb。

根據(jù)華為BSC8.0版本中關于SPU負荷均衡的特性，SPU負荷均衡只發(fā)生在業(yè)務階段，對于業(yè)務接入時和短信息處理這兩種情況是不啟用均衡策略的，還是由載頻綁定的SPU子系統(tǒng)進行處理。因此雖然目前由于SPU負荷均衡策略已經(jīng)使得3G業(yè)務信令處理能力的瓶頸不如之前一般突出，但是從網(wǎng)絡安全和業(yè)務進一步發(fā)展擴大的角度上看，還是要保證各個子系統(tǒng)下帶的載頻數(shù)量盡可能的均衡。建議將載頻數(shù)量控制在120個，以提供后續(xù)業(yè)務發(fā)展的需求和應對突發(fā)情況下（如大型演唱會，高速公路堵塞等情況）的3G業(yè)務能力需求。

華為BSC的8.0版本之前SPUO子系統(tǒng)由XPUOa單板承載，1塊XPUOa單板僅能承載4個SPUOa子系統(tǒng)，能力有限，占用槽位較多。8.0版本之后，華為BSC支持APU單板，此單板能承載8個SPUO子系統(tǒng)，能夠更好地滿足各SPU下帶載頻數(shù)的優(yōu)化調整，實現(xiàn)均衡。

3.業(yè)務處理能力提升

華為BSC的3G業(yè)務處理主要是由DPUDb板件完成，在華為8.0版本之前，每個DPUDb按照支持220個激活3G載頻規(guī)劃，在8.0版本之后，取消了載頻綁定關系，改由每個DSP支持80個3G用戶，即每個DPUDb支持22×80＝1760個3G用戶，因此提升BSC的3G業(yè)務處理能力主要是通過擴容增加DPUDb來完成。

在2012年9月30日上午，惠州往河源的高速公路上出現(xiàn)了超長距離的車輛堵塞，大量的3G用戶滯留，頻繁使用3G網(wǎng)絡，而覆蓋此路段的基站所在BSC框僅配置了1塊DPUDb板件，在平日3G話路的占用率不足30%，但此時卻高達85%，并出現(xiàn)325次的接入失敗記錄。后緊急擴容了1塊DPUDb板件后，話務占用率下降到40%左右，接入失敗次數(shù)小于5次。

四、3G業(yè)務能力規(guī)劃建議

由于BSC的資源是配置在各個框內的，且每個框還要兼顧1X業(yè)務的接口處理、信令處理、業(yè)務處理，必須占用了足夠的槽位，因此對3G業(yè)務處理能力的規(guī)劃可考慮以下建議：

⊙ 同個BSC內，將業(yè)務均衡分配到每個框，充分使用本框的信令處理、業(yè)務處理資源，避免過度調用其他框資源，增加框間交互的負荷。

⊙ BSC每個框具備提供FE傳輸能力的接口板GOUBC，1對或2對。

⊙ BSC每個框具備2對APU板件，即16個子系統(tǒng)，供SPU，PCU，RPU等信令處理單元使用。

⊙ BSC每個框具備2塊（或密集市區(qū)3塊）的DPUDb板件，滿足3G業(yè)務的需求。

⊙ 每個BSC配置2塊GOUXa作為PCF和A10/A11的接口板件，既滿足3G業(yè)務處理能力要求，也增加網(wǎng)絡安全性。

五、結束語

目前中國電信3G業(yè)務進入規(guī)模發(fā)展階段，3G業(yè)務和3G用戶的要求不斷挑戰(zhàn)3G網(wǎng)絡的業(yè)務能力。通過對華為BSC的3G業(yè)務處理分析，掌握華為BSC內處理3G業(yè)務各個環(huán)節(jié)的性能，結合網(wǎng)絡覆蓋、用戶規(guī)模、業(yè)務類型等各方面的分析，鎖定業(yè)務處理瓶頸所在。從傳輸能力、信令處理能力、業(yè)務處理能力等各個方面著手，系統(tǒng)研究華為BSC的3G業(yè)務能力的提升方案，做到提前優(yōu)化、提前擴容、提前規(guī)劃，有效支撐3G業(yè)務的持續(xù)規(guī)模發(fā)展?！?/p>