Gb接口使用率測算方法的比較分析及擴容方案

王洪敏

（渤海大學(xué) 高職學(xué)院，遼寧 錦州121000）

在最近多個不同運營商的SGSN節(jié)點升級后，單節(jié)點的多個KPI項出現(xiàn)顯著下降。具體表現(xiàn)包括：尋呼失敗率PFR（Paging Failure Rate）從5%上升到25%；路由區(qū)更新失敗率RAUFR(Route Area Update Failure Rate)從0.8%上升到3.3%；附著失敗率AFR（Attach Failure Rate）從 1%上升到 16%，是什么原因造成的，又將如何解決，文中將就此展開論述。

1 SGSN,BSC節(jié)點和Gb接口簡介

SGSN是英文Serving GPRSSupport Node的縮寫。SGSN作為GPRS/TD-SCDMA(WCDMA)核心網(wǎng)分組域設(shè)備重要組成部分，主要完成分組數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)、移動性管理、會話管理、邏輯鏈路管理、鑒權(quán)和加密、話單產(chǎn)生和輸出等功能[1]。

BSC是英文Base Station Controller的縮寫。它是基站收發(fā)臺和移動交換中心之間的信息交換接口。其主要功能是進(jìn)行無線信道管理、實施呼叫和通信鏈路的建立和拆除，并為本控制區(qū)內(nèi)移動的過區(qū)切換進(jìn)行控制等[2]。

Gb接口是SGSN和BSC節(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈路接口。通過該接口SGSN完成同BSC系統(tǒng)之間的通信，以完成分組數(shù)據(jù)傳送、移動性管理、會話管理方面的功能。該接口是GPRS組網(wǎng)的必選接口[3]。

2 問題的分析

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)問題的SGSN節(jié)點普遍存在以下共性：

1）升級前版本較陳舊，比如2009B，直接升級到最新版本2013A。

2）Gb 口以幀中繼（Gb over Frame Relay）形式實現(xiàn)。

3）在升級之前Gb接口的帶寬占用比已經(jīng)比較高，比如有個別SGSN節(jié)點的Gb接口帶寬占用率達(dá)到76%。

在進(jìn)一步的代碼級分析后找到根本原因，是老版本中SGSN在處理能力有限時，會將超出緩存區(qū)容量的數(shù)據(jù)包自動丟棄。但在2011B版本的軟件實現(xiàn)時，MSU層進(jìn)行了重新設(shè)計，將緩存區(qū)擴大到原來的10倍，并增加了緩存優(yōu)化算法，以提高SGSN的數(shù)據(jù)處理能力。所以如果在升級前SGSN有大量數(shù)據(jù)包被丟棄，則在升級后這些數(shù)據(jù)包不會被丟棄，或至少不會被全部丟棄，而是正常地下行到BSC。從而可能造成在升級后，隨著通過Gb接口下行鏈路數(shù)據(jù)量的急劇增加，而出現(xiàn)擁塞的狀況。具體表現(xiàn)為上述的KPI下降，最終影響終端用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[4]。

根據(jù)以上分析，需要完成的工作包括：

1）如何確切了解客戶現(xiàn)網(wǎng)的Gb使用狀況；

2）判斷是否屬于擁塞狀況；

3）并進(jìn)一步向客戶推薦擴容方案。

3 方案的選擇

3.1 方案一

在SNDCP層，使用pdc_kpi命令對流量計算。這種方法是最簡單的，但是由于結(jié)果中包括了IP流量，會導(dǎo)致計算結(jié)果偏大，無法準(zhǔn)確的計算出當(dāng)前的Gb接口的使用狀況。

3.2 方案二

在JET層，使用frWanTxBytes命令來計算計數(shù)器的個數(shù)。從而能計算出Gb接口的使用狀況[5]。也就避免了第一種方案的計算結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。但是隨之而來的，這種方式也有其先天的劣勢，即只能統(tǒng)計出SGSN節(jié)點上的所有Gb接口的平均使用狀況，不能區(qū)分各BSC的Gb接口流量計算，也就無法確切知道哪個BSC超載。這種情況在現(xiàn)網(wǎng)中是常見的場景，即一個SGSN節(jié)點覆蓋一座城市，有幾十個BSC與其相連接。某幾個BSC由于處于市中心，或經(jīng)濟較發(fā)達(dá)地區(qū)，接入請求多，故會造成Gb接口的擁塞，需要在SGSN升級前擴容，但其他BSC節(jié)點則不必擴容。

3.3 方案三

在Bssgp層，使用bssgpDownlinkOctets命令來計算計數(shù)器的個數(shù)，并同時記錄相應(yīng)BSC索引信息做對比。這樣就能在方案2的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確記錄每個BSC對應(yīng)的Gb接口的使用狀況，也就能根據(jù)測算結(jié)果向客戶提出明確的，具體到某個BSC節(jié)點的擴容建議。綜合以上分析，方案三是最佳方案。

4 測算工具的具體實現(xiàn)

為提高數(shù)據(jù)搜集的準(zhǔn)確性和全面性，使用PERL語言封裝了一個工具，要求PERL的版本為5.6.0或以上，其樣本命令行如下：

gb_ultilization-i600-e 1800-o gb_fr_ultilization&

具體解釋：

gb_ultilization是工具名稱。

-i600用于設(shè)置工具運行時間長度。單位是秒，如果此字段沒設(shè)置，默認(rèn)時間長度是86400，即1天。

-e 1800用于設(shè)置工具執(zhí)行時間間隔。單位是秒，如果此字段沒設(shè)置，默認(rèn)時間間隔是3600，即1小時。

-o gb_fr_ultilization用于定義輸出文件記錄名稱，并保存在跟工具相同的目錄下。如果此字段沒設(shè)置，默認(rèn)文件名稱是gb_fr_ultilization。

&標(biāo)示此工具將在后臺運行，從而能不影響工具運行時間段內(nèi)的前臺操作。同時也減少被誤操作而影響最終數(shù)據(jù)正確性的可能性。

在完成所有指定時間點的數(shù)據(jù)采集后，該工具會根據(jù)從現(xiàn)網(wǎng)搜集到的Gb接口下行數(shù)據(jù)以O(shè)ffice Excel 2003格式生成圖表。使Gb接口在過去的數(shù)據(jù)采集窗口中的使用狀況直觀的展示出來，作為一個重要依據(jù)供客戶決定是否要做BSC擴容。

由于不涉及重啟節(jié)點等操作，所以運行此工具，對終端用戶的通信沒有影響。

根據(jù)BSC-NSE的個數(shù)，以及數(shù)據(jù)計算量，對CPU會有瞬時2%-5%的占用。在常見現(xiàn)網(wǎng)約30%CPU占用率的情況下，不會因為運行此工具而引起各KPI的下降。并設(shè)置了50%的閾值，即如果在運行時探測到CPU的實時占用率達(dá)到50%，搜集數(shù)據(jù)的動作將延時1分鐘執(zhí)行。

5 工具運行結(jié)果

圖1中清晰的標(biāo)示出現(xiàn)網(wǎng)實測值，設(shè)備提供商的告警值以及客戶的基線值之間的關(guān)系。

圖1 客戶現(xiàn)網(wǎng)102號BSC-NSE節(jié)點24小時Gb接口使用率統(tǒng)計圖Fig.1 the current network customers of BSC-NSE node 102 obtain statistical chart of Gb interface usage in 24 hours

分析報告內(nèi)容如下：

Measure Interval is 24 hours

根據(jù)客戶反饋，至少覆蓋每天兩次的早，晚峰時進(jìn)行測試，多設(shè)置為24小時，以能較全面的掌握現(xiàn)網(wǎng)的Gb接口使用情況。

Gb Utilization for BSC-NSE:102,Peak time:20.Peak Value:52.4%.Average Value:32.34%

以19～20時為例，根據(jù)bssgpDownlinkOctets計數(shù)器計算，獲得BSC-NSE 102節(jié)點Gb接口數(shù)據(jù)信息如下：

gsh get_pm_type_report-mo bssgp-mt DownlinkOctets-mi102

Time:19:01:01

TypeOwner:bssgp

TypeName:DownlinkOctets

Index:102

Category:counter

Value:292937851072

gsh get_pm_type_report-mo bssgp-mt DownlinkOctets-mi102

Time:20.01:01

TypeOwner:bssgp

TypeName:DownlinkOctets

Index:102

Category:counter

Value:293895961178

現(xiàn)網(wǎng)中該BSC對應(yīng)2個trunk，31個時隙，每個時隙有64k帶寬，故有以下計算：

Gb使用率 =((A-B)*8)/(3 600*2*64k*31)=52.4%

如果僅根據(jù)根據(jù)平均值32.34%來看，現(xiàn)網(wǎng)的Gb接口使用率處于安全狀態(tài)，不會成為SGSN升級的瓶頸，但根據(jù)具體BSC-NSE 102的Gb接口使用率統(tǒng)計結(jié)果，可以更準(zhǔn)確的判斷出是存在擁塞風(fēng)險的。這也是本測算方法比較于另外兩種測算方法的優(yōu)勢。

根據(jù)多個客戶的升級實踐經(jīng)驗來看，如果此數(shù)據(jù)大于65%，將強烈建議客戶在SGSN節(jié)點升級前改善該BSC的Gb擁塞狀況，建議至少將此KPI數(shù)據(jù)降低到50%或以下。而本例中，客戶的基線值是45%，即客戶認(rèn)為Gb接口的使用率超過45%，即應(yīng)先Gb接口擴容，以避免造成對終端用戶提供的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量下降等風(fēng)險。

6 解決方案

6.1 擴展時隙

檢查該BSC節(jié)點的時隙使用情況，如果仍然有未使用的時隙，可通過更新配置來更加充分地利用當(dāng)前空閑的時隙。使得Gb接口的荷載率降低到安全水平。這是在解決這個問題的首選方式，因為此方式可以只通過更新配置文件即可實現(xiàn)，操作風(fēng)險小，并且不必增加硬件設(shè)備，可節(jié)省成本并縮短交付周期。

6.2 硬件擴容

如果經(jīng)過檢查，確認(rèn)已經(jīng)沒有可以用于擴展的時隙，則可查看是否有空閑的E1T1板可供擴容，或是另外增加E1T1板，并增加相應(yīng)線纜及更新配置，以硬件擴容的方式解決這個問題。上例中，客戶即是通過增加E1T1板卡實現(xiàn)Gb接口的擴容，并最終將Gb接口的使用率降低到34.9%。

6.3 改為IP通訊

如果前述的兩種方式都無法滿足現(xiàn)網(wǎng)的通訊要求，則可以考慮將幀中繼通訊方式（Gb over frame relay）升級為IP通訊方式（Gb over IP）[6]。這種通訊方式可以徹底解決Gb擁塞問題。但需要周邊節(jié)點的同步升級，并且需要重新對網(wǎng)絡(luò)做設(shè)計，時間成本和技術(shù)要求非常高。所以是最后的選擇。通常在前期要做較詳盡的規(guī)劃才可實施，否則仍然建議暫時以硬件擴容的方式繞過這個問題，在下一次全網(wǎng)升級時，再將通訊方式的改造升級列入項目計劃中。

7 結(jié)論

綜上所述，運營商在進(jìn)行設(shè)備升級后，應(yīng)在Bssgp層，使用bssgpDownlinkOctets命令來計算計數(shù)器的個數(shù)，并同時記錄相應(yīng)BSC索引信息做對比，準(zhǔn)確記錄每個BSC對應(yīng)的Gb接口的使用狀況，具體到某個BSC節(jié)點的擴容建議。然后采取擴展BSC節(jié)點時隙，擴容E1T1板，或升級通訊方式為IP通訊等方法來解決現(xiàn)網(wǎng)升級中KPI項出現(xiàn)下降的問題。多個運營商， 如 Vodafone,Telma，Telecommunications MOVILNET等的現(xiàn)網(wǎng)升級中應(yīng)用驗證，均獲得很好的效果。

[1]中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部.YD/T 1106-2001.900/1800MHz TDMA數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）基站子系統(tǒng)與服務(wù)GPRS支持節(jié)點（SGSN）間接口（Gb接口）技術(shù)規(guī)范[S].北京：信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所，2001.

[2]王琪.SGSN POOL在GPRS核心網(wǎng)中的性能分析及測試研究[D].上海：上海交通大學(xué),2011.

[3]黃樂,何陽,孫潔.Gb接口IP化研究與性能分析[J].郵電設(shè)計技術(shù),2010(11):72-74.HUANG Le,HE Yang,SUN Jie.Research and performance analysis of Gb interface IP[J].Designing Techniques Of Posts And Telecommunications,2010(11):72-74.

[4]王菁,黨京.基于IP的Gb接口技術(shù)及實現(xiàn)[J].電信技術(shù),2008(8):23-25.WANG Jing,DANG Jing.Gb interface technology and the implementation based on IP [J].Telecommunications Technology,2008(8):23-25.

[5]羅鵬.Gb接口IP化分析及應(yīng)用[D].西安：西安電子科技大學(xué),2011.

[6]王振榮.Gb接口的IP化改造方案研究 [J].電子設(shè)計工程，2012(29):135-137.WANG Zhen-rong.Study on modification scheme of Gb interface over IP[J].Electronic Design Engineering,2012(21):135-137.