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      無線網(wǎng)絡(luò)控制器信令負(fù)荷分擔(dān)方案的研究與應(yīng)用

      2015-01-10 07:49:40
      科技視界 2015年34期
      關(guān)鍵詞:流控單板信令

      李 瑩

      (上海交通大學(xué)信息安全工程學(xué)院,中國(guó) 上海200240)

      0 引言

      本文通過對(duì)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)信令處理子系統(tǒng)(SPU)工作原理的分析,研究信令負(fù)荷分擔(dān)的可行性、負(fù)荷分擔(dān)的流程和算法,提出無線網(wǎng)絡(luò)信令負(fù)荷分擔(dān)方案,并通過現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試驗(yàn)證方案應(yīng)用的效果。

      1 無線網(wǎng)絡(luò)控制器信令處理單板介紹

      1.1 無線網(wǎng)絡(luò)控制器

      無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)是第三代移動(dòng)通信網(wǎng)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)和基站(NodeB)一起構(gòu)成移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)UTRAN。RNC主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息廣播、切換、小區(qū)資源分配等無線資源管理功能。RNC廣泛采用單板的資源池、冗余配置等可靠性設(shè)計(jì),體現(xiàn)大容量交換能力。

      1.2 信令處理單板

      RNC信令處理單板(SPU)用于管理系統(tǒng)內(nèi)部TD用戶面、控制面和傳輸面對(duì)資源,完成TD控制面業(yè)務(wù)處理功能。通過加載不同的軟件,SPU單板可分為主控SPU單板和非主控SPU單板。主控SPU單板用于管理系統(tǒng)內(nèi)部TD用戶面、控制面和傳輸面的資源,完成TD控制面業(yè)務(wù)處理功能。非主控SPU單板只用于完成TD控制面業(yè)務(wù)處理功能。

      主控SPU單板0號(hào)子系統(tǒng)為MPU(Main Processing Unit)子系統(tǒng),用于管理系統(tǒng)內(nèi)部用戶面、控制面和傳輸面的資源,主控SPU單板的1~7號(hào)子系統(tǒng)(SPUb)或 1~3號(hào)子系統(tǒng)(SPUa)以及非主控 SPU 單板的所有邏輯子系統(tǒng)為CPUS(CPU for Service)子系統(tǒng),用于完成控制面業(yè)務(wù)處理功能。

      2 無線網(wǎng)絡(luò)控制器信令負(fù)荷分擔(dān)方案

      2.1 信令負(fù)荷分擔(dān)可行性分析

      RNC由SPU負(fù)責(zé)處理信令,一次接入的處理過程包括RRC呼叫、小區(qū)資源分配、傳輸資源分配。小區(qū)資源分配必須依賴小區(qū)所在子系統(tǒng),傳輸資源分配主要依賴于MPU,而RRC呼叫處理則可以由任意一個(gè)SPU子系統(tǒng)來完成。因此,當(dāng)小區(qū)所在子系統(tǒng)(本子系統(tǒng))負(fù)荷已超出分擔(dān)門限時(shí),可以將接入的呼叫處理部分轉(zhuǎn)發(fā)到其他子系統(tǒng)(分擔(dān)入子系統(tǒng))完成。

      由于RNC上存在多個(gè)SPU子系統(tǒng),SPU子系統(tǒng)歸屬于某一個(gè)MPU,因此可以由MPU來裁決與選擇分擔(dān)入子系統(tǒng)。SPU向主控MPU周期上報(bào)本子系統(tǒng)的負(fù)載狀態(tài)和能力,MPU之間廣播各個(gè)框的SPU平均負(fù)載以及能力。當(dāng)RRC呼叫到達(dá)負(fù)載較低的SPU單板,則不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),由該SPU直接處理;當(dāng)RRC呼叫到達(dá)負(fù)載過高的SPU單板,則通過SPU轉(zhuǎn)發(fā)呼叫到MPU,由MPU選擇負(fù)載較低的框以及該框中負(fù)載較低的SPU子系統(tǒng)處理。如果找不到低負(fù)載的SPU子系統(tǒng),則拒絕此RRC呼叫請(qǐng)求。

      2.2 信令負(fù)荷分擔(dān)參數(shù)

      在SPU負(fù)荷分擔(dān)流程中,決定分擔(dān)出及分擔(dān)入?yún)?shù)主要分為兩部分,第一類是負(fù)荷分擔(dān)設(shè)置參數(shù),其中包括轉(zhuǎn)發(fā)門限和轉(zhuǎn)發(fā)偏置等,第二類是流控門限設(shè)置參數(shù),作為負(fù)荷分擔(dān)參數(shù)設(shè)置的參考依據(jù)。

      2.3 信令負(fù)荷分擔(dān)算法

      信令處理子系統(tǒng)負(fù)荷分擔(dān)算法分為MPU間分擔(dān)和MPU框內(nèi)分擔(dān)兩種。

      2.3.1 MPU間選擇算法

      MPU之間周期廣播其下的所有SPU平均負(fù)載以及能力,主控MPU收到SPU轉(zhuǎn)發(fā)的RRC請(qǐng)求,主控MPU查找到比自己的平均負(fù)荷更小的MPU(通過設(shè)置“控制面負(fù)荷分擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)偏置”參數(shù)設(shè)置MPU間選擇偏置,只有當(dāng)對(duì)端MPU的負(fù)荷比主控MPU的負(fù)荷小一個(gè)偏置值以上,才選擇對(duì)端,該參數(shù)目前現(xiàn)網(wǎng)設(shè)置為5),則轉(zhuǎn)發(fā)到另外的MPU,由其處理此RRC請(qǐng)求。

      2.3.2 MPU框內(nèi)選擇算法

      SPU每秒向MPU上報(bào)其剩余的CPU能力和本子系統(tǒng)不同RRC類型的流控狀態(tài)。MPU選擇RRC請(qǐng)求分擔(dān)入的子系統(tǒng)時(shí),如某子系統(tǒng)該類型RRC處于流控狀態(tài),則不選擇此子系統(tǒng);如所有SPU子系統(tǒng)均進(jìn)入此RRC處理的流控狀態(tài),則此RRC請(qǐng)求被拒絕。當(dāng)SPU子系統(tǒng)各類別RRC流控到達(dá)流控狀態(tài)的時(shí)候,通知MPU子系統(tǒng),使其不將此SPU子系統(tǒng)列入可被選擇的SPU子系統(tǒng)中。排除處于流控狀態(tài)的子系統(tǒng)后,根據(jù)MPU下各SPU子系統(tǒng)的剩余能力,做概率性選擇。MPU選擇不到合適的SPU子系統(tǒng),則將RRC接入請(qǐng)求返回給轉(zhuǎn)出的SPU子系統(tǒng)。被選擇轉(zhuǎn)入的SPU子系統(tǒng),如果其CPU占用率超出接入的RRC對(duì)應(yīng)的流控門限,則丟棄此RRC接入請(qǐng)求。

      2.4 信令負(fù)荷分擔(dān)方案

      SPU信令處理單板負(fù)荷分擔(dān)功能與流量控制算法結(jié)合使用。通過加載V400R008C00的RNC軟件版本開啟SPU信令處理單板負(fù)荷分擔(dān)功能。功能開啟初期,相關(guān)負(fù)荷分擔(dān)參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。控制面負(fù)荷分擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)門限取決于流控門限的設(shè)置,對(duì)于流控門限設(shè)置根據(jù)非業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)類的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行了定義,分別按照相關(guān)優(yōu)先級(jí)的默認(rèn)值設(shè)置?!翱刂泼尕?fù)荷分擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)門限”不宜設(shè)置太高,太高會(huì)導(dǎo)致分擔(dān)不夠及時(shí);也不宜設(shè)置太低,太低則會(huì)導(dǎo)致太多的RRC_REQ被分擔(dān)?!翱刂泼尕?fù)荷分擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)門限”和“流控門限”之間的間距不宜太小,保證超出負(fù)荷分擔(dān)門限之后,各個(gè)子系統(tǒng)之間還是可以有效分擔(dān),而不會(huì)導(dǎo)致分擔(dān)出的請(qǐng)求被過早丟棄。兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的參考門限設(shè)置:最低流控門限設(shè)置為60,控制面負(fù)荷分擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)門限設(shè)置為50。

      2.5 信令負(fù)荷分擔(dān)方案的應(yīng)用效果驗(yàn)證

      2.5.1 信令負(fù)荷變化情況

      對(duì)RNC信令處理子系統(tǒng)負(fù)荷分擔(dān)功能啟用前后情況進(jìn)行了對(duì)比。通過計(jì)算每套R(shí)NC內(nèi)有所SPU子系統(tǒng)平均負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)偏差值表示RNC內(nèi)SPU負(fù)荷均衡性。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,總體標(biāo)準(zhǔn)偏差由開啟前的6.6,降低為開啟后的4,下降率為39.4%。說明功能開啟后,各信令處理子系統(tǒng)間的負(fù)荷分配得到了均衡。

      2.5.2 流控門限修改效果驗(yàn)證

      針對(duì)流控門限的設(shè)置進(jìn)行了試點(diǎn)測(cè)試,選取測(cè)試RNC,分別嘗試降低非業(yè)務(wù)類流控門限和提高業(yè)務(wù)類流控門限,觀察流控門限改變對(duì)RNC負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的影響。

      選擇RNC385進(jìn)行降低非業(yè)務(wù)類流控門限試驗(yàn),將非業(yè)務(wù)類流控門限參數(shù)分別降低10%。試驗(yàn)結(jié)果表明,SPU總體負(fù)荷仍維持降低趨勢(shì),但由于增加了對(duì)于高業(yè)務(wù)的流控事件的保護(hù),因此降低了高業(yè)務(wù)流控事件的觸發(fā)概率,對(duì)于日常故障跟蹤和性能分析帶來一定的影響。

      選擇RNC388進(jìn)行提高業(yè)務(wù)類流控門限試驗(yàn),將部分業(yè)務(wù)類的流控門限提升了5%。由門限調(diào)整前后的RNC基本運(yùn)行指標(biāo)來看,CS域RRC試呼次上升了2%,但是CS域RRC建立失敗次上升了14%。由于提升了業(yè)務(wù)流控事件的觸發(fā)門限,降低了相關(guān)業(yè)務(wù)流控事件的觸發(fā)概率,但是會(huì)導(dǎo)致RNC的平均負(fù)荷和峰值負(fù)荷的增加,從而提升了系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

      2.5.3 負(fù)荷分擔(dān)門限修改效果驗(yàn)證

      為嘗試進(jìn)一步降低信令處理負(fù)荷,進(jìn)行調(diào)整信令負(fù)荷分擔(dān)參數(shù)“控制面負(fù)荷分擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)門限”的實(shí)驗(yàn),選擇RNC404進(jìn)行試驗(yàn),將門限參數(shù)提高10%。試驗(yàn)結(jié)果表明,調(diào)整后子系統(tǒng)由于SPU子系統(tǒng)負(fù)荷分擔(dān)而分擔(dān)出/入的RRC次數(shù)較調(diào)整前有明顯的減少,但從平均信令負(fù)荷來看,調(diào)整前后并未發(fā)生顯著變化。3 應(yīng)用總結(jié)

      此次試點(diǎn)應(yīng)用通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)理論邏輯關(guān)系的成立。如果調(diào)低非業(yè)務(wù)的流控門限,這樣業(yè)務(wù)的流控事件減少,但是故障跟蹤和性能分析受到明顯影響,無法使用;如果調(diào)高業(yè)務(wù)的流控門限,這樣流控事件減少,但是RNC的平均負(fù)荷和峰值負(fù)荷也進(jìn)一步上升,影響運(yùn)行安全。提高負(fù)荷分擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)門限則對(duì)降低系統(tǒng)整體信令負(fù)荷沒有明顯的促進(jìn)作用。因此流控門限和負(fù)荷分擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)門限這兩個(gè)關(guān)鍵門限的參數(shù)設(shè)置需要綜合考慮產(chǎn)品特性和具體應(yīng)用場(chǎng)景。

      無線網(wǎng)絡(luò)控制器信令負(fù)荷分擔(dān)方案突破了原本TD基站小區(qū)與信令處理子系統(tǒng)一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系,有別于傳統(tǒng)的通過硬件擴(kuò)容等方式來緩解信令擁塞的問題解決思路,通過信令處理子系統(tǒng)負(fù)荷分擔(dān)算法以及合理的參數(shù)閾值設(shè)置實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的信令負(fù)荷分擔(dān),以更快捷、高效的方式解決由于不均衡問題導(dǎo)致的信令負(fù)荷突增情況,促進(jìn)提升TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體的接納能力,有助于運(yùn)營(yíng)商控制網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本及后期投入,具有推廣價(jià)值。

      [1]張樹才.WCDMA及無線網(wǎng)絡(luò)控制器負(fù)荷分析及研究[J].電子科技,2015(03).

      [2]周飛.WCDMA網(wǎng)絡(luò)RNC信令風(fēng)暴研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù),2013(08).

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