Ev-Do網(wǎng)絡(luò)小流量長在線業(yè)務(wù)無線優(yōu)化策略探討

錢少波，羅 萍，鐘期洪，陳秀敏

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630）

1 背景

隨著移動(dòng)智能終端的快速普及，業(yè)務(wù)應(yīng)用的快速增長，特別是小流量長在線業(yè)務(wù)的快速增長，引起了無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型的改變，連接次數(shù)的猛增導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)控制信道及反向容量存在瓶頸，出現(xiàn)了信令擁塞、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量下降的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)了信令風(fēng)暴和網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

2 概述

在中國電信發(fā)展Ev-Do網(wǎng)絡(luò)的前期，終端以數(shù)據(jù)上網(wǎng)卡為主，業(yè)務(wù)以HTTP上網(wǎng)、下載等業(yè)務(wù)為主。那時(shí)的網(wǎng)絡(luò)瓶頸主要存在于業(yè)務(wù)信道，表現(xiàn)為業(yè)務(wù)信道的時(shí)隙利用率過高，用戶感知主要是網(wǎng)速慢。隨著移動(dòng)智能終端的快速普及、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的層出不窮，同時(shí)中國電信推出流量經(jīng)營的營銷模式，導(dǎo)致移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用由大流量業(yè)務(wù)為主向小流量業(yè)務(wù)為主轉(zhuǎn)變。

盡管目前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的應(yīng)用繁多，但是通過分析無線連接的流程，從無線資源角度出發(fā)，根據(jù)業(yè)務(wù)占用無線網(wǎng)絡(luò)控制信道和業(yè)務(wù)信道資源特性的差異，可以將業(yè)務(wù)分為小流量長在線業(yè)務(wù)和大流量速率型業(yè)務(wù)。

小流量長在線業(yè)務(wù)（連接類或信令類業(yè)務(wù)）的主要特征是使用用戶多、業(yè)務(wù)發(fā)生頻繁、在線時(shí)間長、傳輸數(shù)據(jù)量小、有效傳輸分組占比較小以及無線業(yè)務(wù)信道資源利用效率低，用戶使用這類業(yè)務(wù)時(shí)對(duì)資源可用性較敏感，但對(duì)傳輸速率不敏感。典型業(yè)務(wù)如即時(shí)通信、微信、微博等。由于連接次數(shù)多，信令也多，因此，又稱為信令類業(yè)務(wù)。

大流量速率型業(yè)務(wù)的主要特征是傳輸數(shù)據(jù)量較大、有效傳輸分組占比較大、數(shù)據(jù)速率要求較高，用戶使用這類業(yè)務(wù)時(shí)對(duì)傳輸速率均較敏感。典型業(yè)務(wù)如HTTP瀏覽/下載、P2P下載、在線視頻等。

2.1 無線連接呼叫流程

如圖1所示為典型的AN發(fā)起的重激活無線連接的被叫流程。

依據(jù)圖1所示的無線連接的呼叫流程，業(yè)務(wù)對(duì)無線資源的占用主要是控制信道和業(yè)務(wù)信道。在接入過程中，通過控制信道的信令握手建立業(yè)務(wù)信道，建立成功后在業(yè)務(wù)信道傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。控制信道在前向稱為前向控制信道，在反向稱為接入信道。

2.2 Ev-Do網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營小流量長在線業(yè)務(wù)的資源瓶頸

小流量長在線業(yè)務(wù)具有使用用戶多、業(yè)務(wù)發(fā)生頻繁、在線時(shí)間長等特征，因此在網(wǎng)管數(shù)據(jù)的表現(xiàn)為連接次數(shù)多、呼叫話務(wù)量多、前向用戶數(shù)（Mac-Index）的利用率高（前向以Mac-Index區(qū)分用戶）、反向RAB繁忙率高或反向RoT（rise over thermal）高；同時(shí)還具有前反向數(shù)據(jù)流量低的特征。因此，前向業(yè)務(wù)信道時(shí)隙利用率很低，即使在小流量長在線業(yè)務(wù)密集區(qū)域（如校園區(qū)域），前向業(yè)務(wù)信道時(shí)隙利用率一般也不超過30%，因此對(duì)其他用戶前向下載速率影響不大，反向速率需求也不高，但在用戶聚集的地方，由于用戶數(shù)過多，提升扇區(qū)反向RoT會(huì)影響反向容量。在多載扇的基站，反向CE也有可能會(huì)出現(xiàn)瓶頸。

圖2所示為某省某校園載扇的話務(wù)數(shù)據(jù)，從圖中可以看出，用戶數(shù)、連接次數(shù)與控制信道時(shí)隙利用率趨勢(shì)一致。顯然，該載扇覆蓋區(qū)域是小流量長在線業(yè)務(wù)密集區(qū)域。

表1為無線連接所占用前反向資源的匯總，同時(shí)列舉了在小流量長在線業(yè)務(wù)下的無線資源的常規(guī)預(yù)警門限。一般來說，業(yè)務(wù)信道、資源占用率指標(biāo)的預(yù)警門限為70%?？刂菩诺?、信令指標(biāo)的預(yù)警門限略低，為50%。

圖1 無線連接的被叫流程

圖2 省某校園載扇的話務(wù)數(shù)據(jù)

3 小流量長在線業(yè)務(wù)優(yōu)化策略

由于小流量長在線業(yè)務(wù)主要的網(wǎng)絡(luò)瓶頸是前向控制信道信令容量、前向Mac-Index資源及反向RoT，因此，總體的解決思路是先優(yōu)化，后擴(kuò)容，充分挖掘現(xiàn)網(wǎng)資源的信令容量，提升現(xiàn)網(wǎng)資源的網(wǎng)絡(luò)利用率，若優(yōu)化之后仍未能解決問題，再實(shí)施擴(kuò)容。解決前反向存在問題的思路匯總見表2。

小流量長在線業(yè)務(wù)優(yōu)化的具體順序如下所述。

·通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，降低控制信道時(shí)隙利用率，減輕小流量業(yè)務(wù)對(duì)控制信道信令的壓力。

表1 無線連接所占用前反向資源的匯總

表2 解決前反向存在問題的各種思路匯總

·通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，降低反向RoT，提高反向容量，使更多AT能接入網(wǎng)絡(luò)。

·采用新技術(shù)、新硬件，提升信令板件的處理能力，提升網(wǎng)絡(luò)容量。

·通過參數(shù)優(yōu)化，提升網(wǎng)絡(luò)前反向容量。

·終端、業(yè)務(wù)優(yōu)化。例如延長手機(jī)QQ業(yè)務(wù)的心跳周期，減輕業(yè)務(wù)對(duì)信令容量的壓力。

由于篇幅有限，本文僅針對(duì)主要的優(yōu)化策略進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖3 SCI=9的尋呼機(jī)制

3.1 尋呼策略優(yōu)化

小流量長在線業(yè)務(wù)密集區(qū)域的主要表象是前向控制信道時(shí)隙利用率過高，因此優(yōu)化的首要目標(biāo)是有效降低前向控制信道時(shí)隙利用率。而尋呼策略優(yōu)化是降低前向控制信道時(shí)隙利用率的最有效的措施。

阿朗、華為技術(shù)、中興通訊的Ev-Do尋呼機(jī)制大致相同，尋呼策略是尋呼范圍由小到大。以下針對(duì)華為技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的尋呼原理進(jìn)行描述。

根據(jù)終端與網(wǎng)絡(luò)協(xié)商的不同SCI值，分別有針對(duì)SCI=9和SCI=5的兩套尋呼策略，且兩套尋呼策略有不同的默認(rèn)參數(shù)?，F(xiàn)網(wǎng)中的BE業(yè)務(wù)均采用SCI=9?，F(xiàn)網(wǎng)的小流量長在線業(yè)務(wù)是BE業(yè)務(wù)。

BSC具有多次尋呼機(jī)制，即在收到PDSN發(fā)送來的數(shù)據(jù)分組后在一定的范圍內(nèi)發(fā)送多次page消息，尋呼范圍、尋呼次數(shù)及兩次尋呼間隔均可設(shè)定。

（1）尋呼范圍

第1次尋呼的尋呼范圍可配置，第2、3次不可修改。第1次配置可基于RU（最近一次RU上報(bào)的激活集扇區(qū)）、子網(wǎng)、距離或AN，第2次（子網(wǎng)）和第3次（AN）尋呼范圍分別固定為子網(wǎng)和AN。

（2）尋呼次數(shù)

尋呼次數(shù)3次（不可修改），也就是說，AN收到PCF發(fā)送來的A9-BS服務(wù)請(qǐng)求，最多會(huì)發(fā)送3個(gè)page消息。

（3）尋呼間隔

尋呼間隔可設(shè)定。任意兩次尋呼消息之間的時(shí)間間隔均相同。

如圖3所示為基于SCI=9的尋呼機(jī)制，對(duì)于SCI=9的普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶，若3次等待A9-setup-A8均超時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)PPP釋放定時(shí)器（默認(rèn)為30 000 ms），該定時(shí)器啟動(dòng)后，系統(tǒng)禁止再次尋呼手機(jī)，避免該用戶造成大量的尋呼失敗。但用戶可以主動(dòng)接入，用戶主動(dòng)接入后則停止該定時(shí)器。該定時(shí)器超時(shí)后，PCF會(huì)刪除該用戶的PPP。

圖3的SCI=9的尋呼機(jī)制中的主要內(nèi)容說明如下所述。

·對(duì)SCI=9的終端，AN多次尋呼機(jī)制中2次尋呼間隔默認(rèn)為7 s。

·對(duì)SCI=9的終端，PCF存在禁止后續(xù)尋呼的機(jī)制。9次尋呼無響應(yīng)后，PCF禁止后續(xù)的尋呼（即PCF收到PDSN發(fā)送來的data-transfer后不會(huì)發(fā)起對(duì)此AT的尋呼）。

基于RU尋呼的尋呼策略參數(shù)配置：第1次尋呼，打開“基于RU的尋呼策略”，即首次尋呼時(shí)，基于上次釋放的激活集進(jìn)行尋呼；第2次尋呼，本子網(wǎng)內(nèi)尋呼；第3次尋呼，本AN內(nèi)尋呼。

華為技術(shù)設(shè)備尋呼優(yōu)化建議如下所述。

·基于RU尋呼特性打開時(shí)，經(jīng)測(cè)試評(píng)估，Vtime設(shè)置為20 s時(shí)最優(yōu)。

·可降低40%～50%的尋呼消息，對(duì)減輕控制信道（尋呼信道）的負(fù)荷有立竿見影的效果，值得大力推廣。

中興通訊在多地進(jìn)行了基于距離的尋呼策略試點(diǎn)，對(duì)降低前向控制信道的時(shí)隙利用率也有明顯效果。

3.2 休眠定時(shí)器調(diào)整

在有效突破前向控制信道時(shí)隙利用率過高這一瓶頸后，網(wǎng)優(yōu)的目標(biāo)變?yōu)榻档头聪蚋蓴_、提升網(wǎng)絡(luò)容量，使更多的AT能接入網(wǎng)絡(luò)?？s短休眠定時(shí)器、縮短空口的占用時(shí)長，是提升網(wǎng)絡(luò)容量的有力措施。切不可在前向控制信道時(shí)隙利用率過高的情況下，縮短休眠定時(shí)器，這樣很容易引起信令擁塞，甚至信令風(fēng)暴。

休眠定時(shí)器的定義就是空口無數(shù)據(jù)傳送時(shí)從激活態(tài)轉(zhuǎn)為休眠態(tài)的時(shí)長。在一定的時(shí)間里，AN監(jiān)測(cè)到?jīng)]有數(shù)據(jù)需要傳送時(shí)，為節(jié)省寶貴的無線空口資源，需要對(duì)連接進(jìn)行去激活操作。監(jiān)測(cè)的時(shí)長就是休眠定時(shí)器。

小流量長在線業(yè)務(wù)對(duì)無線空口的占用時(shí)長，可以分為兩段：數(shù)據(jù)實(shí)際傳送時(shí)長和休眠定時(shí)器時(shí)長。小流量業(yè)務(wù)，顧名思義，是指由于數(shù)據(jù)量很小，數(shù)據(jù)實(shí)際傳送時(shí)長僅為1～2 s，甚至更短。數(shù)據(jù)傳送完畢后，啟動(dòng)休眠定時(shí)器。休眠定時(shí)器超時(shí)，空口從激活態(tài)轉(zhuǎn)為休眠態(tài)。休眠定時(shí)器越長，空口效率越低；休眠定時(shí)器越短，空口效率越高。因此，縮短休眠定時(shí)器，可以縮短對(duì)空口的占用時(shí)長，有利于提高空口效率，降低反向RoT。

在近兩年各地針對(duì)小流量業(yè)務(wù)密集區(qū)域的優(yōu)化中，休眠定時(shí)器已普遍由系統(tǒng)默認(rèn)的15 s縮短到10 s。從空口利用效率來看，似乎仍有縮短的空間。高通公司根據(jù)仿真結(jié)果，認(rèn)為可以縮短到4～5 s。

縮短休眠定時(shí)器，無疑極大地改變了話務(wù)模型，調(diào)小后的具體效果為連接請(qǐng)求次數(shù)增大，呼叫話務(wù)量（連接時(shí)長）減小，反向RoT下降，連接成功率穩(wěn)中有升，掉線率略為下降（掉線率計(jì)算式的分母是連接成功次數(shù)增大的原因），前向控制信道、反向接入信道負(fù)荷上升（連接次數(shù)增大導(dǎo)致信令量增大），BTS、BSC的信令處理CPU占用率上升。

由于休眠定時(shí)器的調(diào)整，極大地改變了話務(wù)模型，對(duì)連接次數(shù)、連接時(shí)長、連接成功率、掉線率等指標(biāo)的影響巨大。由于休眠定時(shí)器的調(diào)小，是用控制信道、接入信道的負(fù)荷增大換取業(yè)務(wù)信道負(fù)荷的下降，因此，不適合在控制信道、接入信道負(fù)荷較高的BSC/區(qū)域?qū)嵤?。筆者建議，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的話務(wù)模型、連接次數(shù)、話務(wù)量、控制信道及接入信道負(fù)載，綜合考慮休眠定時(shí)器的調(diào)整，應(yīng)采取循序漸進(jìn)的調(diào)整方式，切記勿一步到位。對(duì)于控制信道、接入信道負(fù)荷較低的區(qū)域，可以調(diào)整為4～5 s，控制信道、接入信道負(fù)荷較高的區(qū)域，調(diào)整為10～12 s。實(shí)施時(shí)，需時(shí)刻關(guān)注各種關(guān)聯(lián)指標(biāo)的變化趨勢(shì)。

華為技術(shù)網(wǎng)絡(luò)可以啟用動(dòng)態(tài)休眠定時(shí)器。其原理簡(jiǎn)述如下。

·自動(dòng)調(diào)整休眠定時(shí)器，讓無數(shù)據(jù)的在線用戶下線，提升無線資源的循環(huán)利用率。

·系統(tǒng)忙時(shí)，減小休眠定時(shí)器時(shí)長，建立更多的連接請(qǐng)求，換取更大的系統(tǒng)容量。

·系統(tǒng)閑時(shí)，增大休眠定時(shí)器時(shí)長，減少不必要的連接釋放，提高用戶感受。

3.3 反向負(fù)載門限調(diào)整

反向負(fù)載門限的提高，也能一定程度地提升網(wǎng)絡(luò)容量，但這是以犧牲網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及用戶感知為代價(jià)的。

RoT是扇區(qū)總功率與基底噪聲功率的比值?；靖鶕?jù)RoT評(píng)估基站的干擾和負(fù)載情況。

AN每個(gè)時(shí)隙對(duì)接收到的RoT進(jìn)行測(cè)量，并與設(shè)定的RABThreshold門限值進(jìn)行比較，以此來確定AN的反向鏈路的負(fù)載情況（過載或輕載）。AN每個(gè)時(shí)隙通過前向鏈路MAC信道中的RA信道將AN的反向負(fù)載情況告知本扇區(qū)內(nèi)的AT。當(dāng)反向激活比特RAB設(shè)置為 “忙”（RAB=1）時(shí)，表示反向鏈路滿載，此時(shí)，AT根據(jù)一定的算法降低或保持?jǐn)?shù)據(jù)速率；當(dāng)RAB設(shè)置為閑（RAB=0）時(shí)，AT也根據(jù)一定的算法提高反向鏈路數(shù)據(jù)速率。反向負(fù)荷的估計(jì)精度將直接影響反向業(yè)務(wù)信道速率控制的準(zhǔn)確性。

表3 常用接入?yún)?shù)的說明及建議值

當(dāng)提高該RABThreshold門限值時(shí)，等于是把該啟動(dòng)負(fù)載控制的時(shí)間點(diǎn)延后。此時(shí)，反向鏈路能容納更多的接入用戶或承載更高的反向速率，而不進(jìn)行反向鏈路的負(fù)載控制，相當(dāng)于提升了反向容量。同時(shí)降低網(wǎng)管指標(biāo)反向RAB繁忙率的值。但缺點(diǎn)是用戶感知可能變差，用戶接入成功率可能下降，傳輸重傳率可能上升。

高通公司對(duì)該門限的推薦值為5.75 dB。筆者建議應(yīng)根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際負(fù)荷、無線環(huán)境等，合理調(diào)整參數(shù)取值。在小流量長在線業(yè)務(wù)密集區(qū)域，例如手機(jī)QQ用戶，對(duì)接入可靠性的需求高于對(duì)速率的需求，為保證更多的用戶接入，可以適當(dāng)提高該門限的設(shè)置。例如，提高至7～9 dB，甚至9～11 dB。

3.4 參數(shù)優(yōu)化

通過一系列的參數(shù)優(yōu)化，包括接入?yún)?shù)、反向鏈路參數(shù)、外環(huán)功控參數(shù)的優(yōu)化，提升了前反向網(wǎng)絡(luò)容量。其宗旨是在小流量長在線用戶密集區(qū)域，一般不存在弱覆蓋的情況。接入?yún)?shù)調(diào)整的原則是適當(dāng)降低初始發(fā)射功率，以小步長、慢速接入，從而降低區(qū)域內(nèi)的反向干擾，提高反向容量，使更多用戶能接入網(wǎng)絡(luò)。常用接入?yún)?shù)的說明及建議值見表3。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)承載小流量長在線業(yè)務(wù)時(shí)存在的問題，通過對(duì)呼叫流程信令進(jìn)行分析，找出無線網(wǎng)絡(luò)的資源瓶頸，并有針對(duì)性地提出了優(yōu)化順序及多項(xiàng)具體的優(yōu)化措施來很好地解決現(xiàn)網(wǎng)的無線優(yōu)化工作。

1 羅興國.cdma 2000高速分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù).北京：國防工業(yè)出版社，2007