WCDMA及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器負(fù)荷分析與研究

張樹(shù)才

(廣州杰賽科技股份有限公司通信規(guī)劃設(shè)計(jì)院，廣東廣州 510310)

WCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)，此網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋及網(wǎng)絡(luò)中的、容量、質(zhì)量之間存在相互的影響。若是網(wǎng)絡(luò)之中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題均會(huì)增加無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器的負(fù)荷，而現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)終端和業(yè)務(wù)的多樣性等均凸顯出進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器負(fù)荷分析和擴(kuò)容的重要性，且3 G網(wǎng)絡(luò)相比與2 G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的容量監(jiān)控和管理更加復(fù)雜，更是進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了WCDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器負(fù)荷分析及擴(kuò)容的必要性。文中將以某聯(lián)通公司為例，具體分析WCDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器負(fù)荷分析及擴(kuò)容。

1 WCDMA和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器

1.1 WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

WCDMA系統(tǒng)包含有無(wú)線網(wǎng)接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩個(gè)子系統(tǒng)。其中，無(wú)線接入網(wǎng)主要用來(lái)處理網(wǎng)絡(luò)中所有與無(wú)線接入有關(guān)的無(wú)線信道分配、釋放和切換管理等功能，而核心網(wǎng)的主要功能是處理WCDMA系統(tǒng)中的所有與話語(yǔ)呼叫、數(shù)據(jù)連接及外部網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的交換、連接、路由等功能。

無(wú)線接入網(wǎng)包含無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)和WCDMA系統(tǒng)中的收發(fā)信基站(NodeB)。核心網(wǎng)從邏輯上將其分為電路交換域和分組交換域兩個(gè)組成部分。WCDMA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

1.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器的主要功能

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器是WCDMA系統(tǒng)中無(wú)線接入網(wǎng)的一個(gè)組成部分。而無(wú)線接入網(wǎng)又包含有一個(gè)或多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器以及一個(gè)或多個(gè)NodeB基站組成。而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器與NodeB基站的連接是通過(guò)Iub實(shí)現(xiàn)的［1］，在連接過(guò)程中為了滿足宏分集的需要，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器之間的連接可由Iur接口實(shí)現(xiàn)。每個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)責(zé)其管轄小區(qū)內(nèi)的無(wú)線資源。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中主要負(fù)責(zé)管理無(wú)線資源，在其使用過(guò)程中可通過(guò)Iu－cs和Iu－ps接口以及電路核心網(wǎng)絡(luò)中的電路域和分組域進(jìn)行連接。另外，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器通過(guò)Iub接口和電路負(fù)責(zé)管理、控制NodeB，同時(shí)還要負(fù)責(zé)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的空中接口與用戶設(shè)備之間層以上的協(xié)議處理，無(wú)線控制器在無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)中具有承上啟下的作用。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器在WCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中承擔(dān)著以下角色及功能［2］:

(1)CRNC，此角色名為控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器，針對(duì)NodeB基站，CRNC主要功能就是直接控制其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器，并負(fù)責(zé)其管轄區(qū)內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源的分配、計(jì)入控制、負(fù)載控制以及擁塞控制。

圖1 WCDMA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

(2)SRNC，為WCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器提供服務(wù)。針對(duì)用戶設(shè)備，當(dāng)此設(shè)備和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間處于連接狀態(tài)時(shí)SRNC的主要功能是利用Iub接口直接將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器連接到核心網(wǎng)中。同時(shí)，SRNC還能將用戶設(shè)備上的信息保留，并完成用戶設(shè)備之間的空中連接，SRNC功能內(nèi)容主要包含無(wú)線鏈路控制、無(wú)線資源控制、媒體介入控制等接口協(xié)議處理，同時(shí)負(fù)責(zé)用戶設(shè)備的切換決策、無(wú)線接入承載參數(shù)到空中接口傳輸信道參數(shù)的映射以及控制外環(huán)功率等功能，且一個(gè)用戶設(shè)備智能擁有一個(gè)SRNC。

(3)DRNC，漂移無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器。當(dāng)一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用戶設(shè)備處于連接狀態(tài)時(shí)，需要使用系統(tǒng)中的非SRNC控制的NodeB基站的資源，用以接入新的無(wú)線鏈路，此時(shí)SRNC則需向控制該NodeB基站的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器做出協(xié)商請(qǐng)求為用戶設(shè)備分配并管理無(wú)線資源，完成這些工序的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器即是DRNC。其主要功能是為與SRNC連接在一起的用戶設(shè)備提供無(wú)線管理資源。此控制器在網(wǎng)絡(luò)中是Iub口的延伸，在使用過(guò)程中它只處理層一協(xié)議，同時(shí)控制NodeB和SRNC之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于連接中的用戶設(shè)備來(lái)說(shuō)可以不設(shè)置 DRNC，也可是一個(gè)或多個(gè)，其中一個(gè)DRNC可為多個(gè)SRNC提供多條無(wú)線鏈路。

2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器負(fù)荷分析和擴(kuò)容

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC，Radio Network Controller)［3］。作為WCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵元素，從邏輯上看，RNC應(yīng)與GSM網(wǎng)絡(luò)中的基站控制(BSC)相對(duì)應(yīng)，主要用于管理WCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的無(wú)線資源、控制和管理NodeB基站、作為核心網(wǎng)絡(luò)(CN)的連接接口。

2.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器問(wèn)題分析

圖2為某聯(lián)通公司7月18日通過(guò)統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)得出的數(shù)據(jù)圖。

圖2 某聯(lián)通公司無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器現(xiàn)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

由圖2可看出，現(xiàn)網(wǎng)實(shí)測(cè)大部分的RNC信令處理板CPU負(fù)荷要比現(xiàn)網(wǎng)Iub接口的軟、硬件容量負(fù)荷高出許多，其中RNC信令硬件處理能力存在嚴(yán)重不足情況。之后又對(duì)其已割接入網(wǎng)的RNC信令處理負(fù)荷進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

表1 聯(lián)通某公司RNC信令處理負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

該聯(lián)通公司選用愛(ài)立信生產(chǎn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器，通過(guò)觀察RNC信令處理負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果可看出，該廠家的硬件設(shè)備能力為38%，由此說(shuō)明了在構(gòu)建一套新1 000 Mbit·s－1容量的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器時(shí)，采用愛(ài)立信生產(chǎn)的設(shè)備在使用過(guò)程中僅能滿足380 Mbit·s－1的業(yè)務(wù)流量。

通過(guò)對(duì)上圖表的結(jié)果分析來(lái)看，WCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的RNC硬件和CPU的負(fù)荷均超過(guò)了現(xiàn)網(wǎng)配置中系統(tǒng)軟硬件容量的負(fù)荷。其中，WCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中信令處理板CPU負(fù)荷較高而成為了RNC信令處理能力無(wú)法滿足系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)容量要求的一個(gè)主要因素［4］。

2.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器高負(fù)荷的原因分析

針對(duì)RNC心理處理能力低于現(xiàn)網(wǎng)配置設(shè)備處理能力的原因，文中從以下兩方面著手:

(1)話務(wù)模型分析。根據(jù)聯(lián)通公司總部的要求，語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的單機(jī)話務(wù)模型包含電路域業(yè)務(wù)模型，此模型主要包含話音和可視電話兩種情況。平均每出賬用戶話務(wù)量，話音為0.02/Erl，可視電話為0.001/Erl;數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型，此模型采用分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型;下行每出賬用戶平均數(shù)據(jù)流量為1 130 bit·s－1。而現(xiàn)網(wǎng)單機(jī)話務(wù)模型的內(nèi)容主要是，此模型同聯(lián)通總部主要包含話音和可視電話兩種情況;平均每出賬用戶話務(wù)量，話音為0.023/Erl，可視電話為0.000 007 6/Erl，下行每出賬用戶平均數(shù)據(jù)流量為3 957 bit·s－1。

通過(guò)對(duì)兩種情況的比較可得，現(xiàn)網(wǎng)電路域方面的內(nèi)容情況和聯(lián)通總部要求的語(yǔ)音模型基本一致，而可視電話方面現(xiàn)網(wǎng)單機(jī)話務(wù)模型要比聯(lián)通總部的模型低;在分組域方面，現(xiàn)網(wǎng)單機(jī)話務(wù)模型中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型高于聯(lián)通總部，且其超出聯(lián)通總部的2.5倍。由此分析可知，引起無(wú)線控制器負(fù)荷較大的一個(gè)重要因素就是業(yè)務(wù)模型的變化。

(2)RNC凈荷與CPU負(fù)荷關(guān)系分析。統(tǒng)計(jì)現(xiàn)網(wǎng)中板件CPU符合和Iub流量，之后對(duì)其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的回歸分析，其分析如圖3所示，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 某聯(lián)通公司RNC現(xiàn)網(wǎng)CPU負(fù)荷和Iub流量統(tǒng)計(jì)表

圖3 某聯(lián)通公司RNC CPU負(fù)荷與Iub流量回歸線性圖

(3)WCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的RNC的擴(kuò)容。WCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中包含有多個(gè)業(yè)務(wù)共存，因此在對(duì)RNC進(jìn)行擴(kuò)容時(shí)需考慮到系統(tǒng)中信令面和業(yè)務(wù)面的平衡，還需考慮到其軟、硬件的容量、信令處理板和業(yè)務(wù)處理板的CPU負(fù)荷以及RNC接口能力的擴(kuò)容［5－6］。通過(guò)以上內(nèi)容的分析，在對(duì)RNC進(jìn)行擴(kuò)容時(shí)提出了以下建議:根據(jù)聯(lián)通每期無(wú)線網(wǎng)絡(luò)工程的業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)值計(jì)算出該期總的Iub接口流量的總需求，之后再核算系統(tǒng)中每個(gè)RNC軟硬件的需求容量，并結(jié)合RNC配置類型、Iub接口硬件處理能力和RNC最大軟件處理能力配置RNC的軟硬件。對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)中無(wú)法滿足實(shí)際業(yè)務(wù)要求的RNC，可通過(guò)擴(kuò)容其軟硬件或新建RNC來(lái)解決［7］。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前WCDMA網(wǎng)絡(luò)無(wú)線控制器承擔(dān)的負(fù)荷超出其所承受的范圍，這樣的超負(fù)荷將會(huì)對(duì)正常工程產(chǎn)生嚴(yán)重影響，對(duì)此本文提出了通過(guò)核算無(wú)線網(wǎng)絡(luò)工程業(yè)務(wù)的總需求來(lái)配置RNC的軟硬件，以及擴(kuò)容器軟硬緝拿或更換RNC來(lái)解決。此擴(kuò)容軟硬件在該聯(lián)通公司試用后取得了良好的效果。但需注意的是，新建RNC的擴(kuò)容工期較長(zhǎng)，無(wú)法滿足短期內(nèi)局部區(qū)域的RNC或某個(gè)高負(fù)荷RNC的緊急需求，因此需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的變化，進(jìn)行功能軟件的優(yōu)化及相關(guān)板卡級(jí)的補(bǔ)充擴(kuò)容，具體如下:(1)開(kāi)啟軟件功能，可降低因終端“快速休眠”而帶來(lái)的高信令負(fù)荷。(2)對(duì)RNC信令處理及業(yè)務(wù)處理板進(jìn)行單板擴(kuò)容。

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