MR功能開啟對LTE網(wǎng)絡(luò)性能的影響分析

張永棠 陳 俊

1 廣東東軟學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系 佛山 528225

2 南昌工程學(xué)院江西省協(xié)同感知與先進(jìn)計(jì)算技術(shù)研究所 南昌 330003

引言

在Hadoop、Spark等大數(shù)據(jù)處理技術(shù)迅猛發(fā)展的當(dāng)下，MR(Measurement Report，測量報(bào)告)[1]對數(shù)據(jù)的采集處理時(shí)間已由原來的數(shù)天縮短到幾個(gè)小時(shí)。MR憑借成本低、海量數(shù)據(jù)且真實(shí)可靠的優(yōu)點(diǎn)，已成為各地部署網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化平臺的主要輸入數(shù)據(jù)源，依靠MR數(shù)據(jù)進(jìn)行多元化和精細(xì)化的網(wǎng)絡(luò)問題分析已成為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要手段。為全面分析和優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，大量且長期開啟網(wǎng)絡(luò)MR上報(bào)功能，采集全量小區(qū)的全量MR數(shù)據(jù)用于分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、性能和干擾等已經(jīng)成為通信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的一項(xiàng)日常工作[2]。

作為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的輔助手段，MR功能不應(yīng)成為影響網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的因素，因此，我們有必要在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中驗(yàn)證一下MR功能開啟后，對于網(wǎng)絡(luò)性能和基站負(fù)荷造成哪些影響，尤其是那些業(yè)務(wù)負(fù)荷本身就較大的基站。目前，現(xiàn)有MR相關(guān)論文大多集中在利用測量報(bào)告數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析和優(yōu)化方案的介紹[3]，業(yè)內(nèi)鮮有對MR功能開啟本身對網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)影響的評估；因此，常態(tài)化開啟MR功能，全量收集小區(qū)用戶上報(bào)的MR數(shù)據(jù)是否會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行指標(biāo)和用戶的業(yè)務(wù)感知[4]，成為一些通信設(shè)備提供商和通信運(yùn)營商的首要考慮。

為解決以上問題，本文通過對網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)和基站性能監(jiān)測的真實(shí)數(shù)據(jù)，在現(xiàn)網(wǎng)中評估MR任務(wù)開啟前后網(wǎng)絡(luò)性能變化的情況。

1 測量報(bào)告(MR)

1.1 測量報(bào)告數(shù)據(jù)采集

MR是指UE及ENodeB上報(bào)的測量結(jié)果經(jīng)ENodeB設(shè)備輸出，在OMC-R側(cè)保存成測量結(jié)果的XML數(shù)據(jù)文件，通過北向接口供通信運(yùn)營商上層應(yīng)用提取使用[5]。

在連接狀態(tài)下，LTE的終端周期性或事件性向網(wǎng)絡(luò)側(cè)上報(bào)其所測量到的服務(wù)小區(qū)和鄰區(qū)的測量報(bào)告，結(jié)合這些信息，系統(tǒng)用于完成小區(qū)選擇、重選及切換等事件的觸發(fā)。為了更好的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)來監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，國內(nèi)三大通信運(yùn)營商均已規(guī)范了測量報(bào)告的采集方案[1]，統(tǒng)一了各設(shè)備廠家上報(bào)的測量報(bào)告文件格式并規(guī)范了數(shù)據(jù)內(nèi)容。LTE系統(tǒng)網(wǎng)管側(cè)OMC-R采集到的測量報(bào)告數(shù)據(jù)除了來自UE和ENodeB的物理層(PHY)、無線鏈路控制層(RLC)[6]的基本測量以外，還包含了在無線資源管理過程中計(jì)算產(chǎn)生的測量報(bào)告。UE測量產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)通過RRC信令上傳給ENodeB，連同ENodeB處產(chǎn)生的測量信息一起，被直接報(bào)送到OMC-R中，存儲(chǔ)在以MRO命名的周期性測量報(bào)告樣本數(shù)據(jù)文件中。為了便于對樣本數(shù)據(jù)的應(yīng)用，周期性上報(bào)的樣本數(shù)據(jù)經(jīng)過ENodeB或OMC-R的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以分段區(qū)間的樣本個(gè)數(shù)的形式存儲(chǔ)在以MRS命名的測量報(bào)告統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)文件中。此外，事件觸發(fā)的測量報(bào)告樣本數(shù)據(jù)，被保存在以MRE命名的事件性測量報(bào)告樣本數(shù)據(jù)文件中。上層網(wǎng)管可以通過北向接口來獲取這些文件。測量報(bào)告數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)示意圖如圖1所示。

圖1 測量報(bào)告數(shù)據(jù)采集示意圖

1.2 測量報(bào)告開啟的影響分析

從整個(gè)測量報(bào)告的采集流程上看，測量報(bào)告的上報(bào)涉及到用戶終端UE、基站設(shè)備ENodeB、網(wǎng)管服務(wù)器OMC-R多處網(wǎng)元，并且伴隨周期性信令交互和測量指標(biāo)的存儲(chǔ)計(jì)算過程，這勢必對基站設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)產(chǎn)生一定的影響。

從基站角度來說，基站需要對終端上報(bào)的信令消息進(jìn)行處理，合并需要自身計(jì)算并輸出的測量指標(biāo)，開啟測量報(bào)告功能會(huì)使基站CPU及內(nèi)存占用率略有抬升。如果CPU占用率過高，會(huì)引起基站規(guī)格下降，影響系統(tǒng)業(yè)務(wù)能力，對網(wǎng)絡(luò)可能產(chǎn)生沖擊，也會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)。

另外，開啟異頻、異系統(tǒng)周期測量時(shí)，UE需要啟動(dòng)測量GAP。由于UE在對GAP異頻或異系統(tǒng)進(jìn)行測量期間，UE不能收發(fā)數(shù)據(jù)，所以做異頻、異系統(tǒng)周期測量用戶的上行和下行吞吐量會(huì)出現(xiàn)一定程度下降，繼而對用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)有一定的影響。

2 現(xiàn)網(wǎng)評估

2.1 評估方案設(shè)計(jì)

在2017年11月21日零點(diǎn)起開啟某省移動(dòng)公司三個(gè)地市的部分網(wǎng)格基站，為避免影響網(wǎng)絡(luò)中的用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)，沒有開啟異頻測量相關(guān)測量指標(biāo)。記錄下開啟前后幾天忙時(shí)(08:00～10:59，20:00～22:59)部分KPI及基站負(fù)荷指標(biāo)。參與評估測試的基站規(guī)模如表1所示。

表1 現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)的地市的基站規(guī)模

測試內(nèi)容：測量報(bào)告任務(wù)開啟后對設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)性能的影響，具體包括測量報(bào)告任務(wù)開啟后對主設(shè)備性能的影響和網(wǎng)絡(luò)性能關(guān)鍵指標(biāo)的影響。

測試步驟：1)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，選擇能夠開啟和關(guān)閉MR任務(wù)的若干基站，應(yīng)包括日常負(fù)荷較重的基站若干，為盡量確保測試用戶環(huán)境的同一性，開啟和關(guān)閉MR功能應(yīng)選擇在同一時(shí)間段；2)配置MR文件生成周期為15分鐘，MRO文件采樣上報(bào)周期配置為5120 ms，按照MR任務(wù)開啟步驟，打開MR功能及相應(yīng)的測量指標(biāo)；3)記錄MR功能開啟前后時(shí)間周期內(nèi)的基站CPU負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)性能相關(guān)指標(biāo)。

觀察對象：觀察開啟和關(guān)閉MR任務(wù)時(shí)，在各自的時(shí)間周期內(nèi)的基站CPU負(fù)荷及其他性能統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的情況。

預(yù)期結(jié)果：MR功能開啟不應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生巨大影響。

2.2 全網(wǎng)級評估

1)KPI指標(biāo)。從整體開啟MR的基站來看，比較開啟前(2017年11月17日至11月20日)和開啟后(2017年11月21日至11月23日)的3個(gè)地市忙時(shí)KPI平均指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)MR開啟未對上/下行用戶平均速率、RRC連接建立成功率、無線掉線率、上/下行丟包率這些關(guān)鍵指標(biāo)造成影響，具體測試數(shù)據(jù)見表2所示。

2)基站負(fù)荷。為考察MR開啟對基站CPU占用率的影響，我們選擇基站數(shù)量最多的地市一的基站負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，負(fù)荷采用8時(shí)～10時(shí)、20時(shí)～22時(shí)6個(gè)小時(shí)中最忙時(shí)段指標(biāo)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，我們發(fā)現(xiàn)MR開啟后基帶板CPU平均負(fù)荷上升0.1pp，最大負(fù)荷上升0.3pp，主控板平均負(fù)荷上升0.1pp，最大負(fù)荷上升0.5pp。負(fù)荷都只是略微上升，全網(wǎng)來看影響很小，具體如圖2所示。

2.3 高負(fù)荷基站評估

為了進(jìn)一步了解MR開啟對于高負(fù)荷基站的影響，我們選取地市一中基站負(fù)荷最高的14個(gè)基站作為評估對象，這些站開啟前基帶板最高負(fù)荷均大于30%，且主控板負(fù)荷大于20%。表3記錄了這些高負(fù)荷基站在MR開啟前后基站CPU平均占用率和最大占用率，需要說明的是由于網(wǎng)絡(luò)中終端和業(yè)務(wù)的隨機(jī)性，存在個(gè)別基站MR開啟前后變化不明顯，甚至CPU占用率開啟后低于開啟前的情況。

圖2 MR開啟前后的全網(wǎng)忙時(shí)基站CPU負(fù)荷對比

表2 MR開啟前后的KPI指標(biāo)對比

表3 MR開啟前后高負(fù)荷站點(diǎn)的基站CPU負(fù)荷對比

1)KPI指標(biāo)。比較2017年11月21日零時(shí)前后這些站的KPI平均指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)MR開啟前后這些站整體KPI指標(biāo)無明顯變化趨勢，具體測試數(shù)據(jù)見圖3所示。

圖3 MR開啟前后的高負(fù)荷基站KPI指標(biāo)對比

2)基站負(fù)荷。通過對表3中14個(gè)高負(fù)荷基站忙時(shí)基帶板和主控板CPU占用率的統(tǒng)計(jì)，得出結(jié)果如圖4所示。MR開啟后對主控板的影響稍大，但對于CPU最大負(fù)荷來講上升也不超過3 pp。

圖4 MR開啟前后的高負(fù)荷基站忙時(shí)的CPU負(fù)荷對比

3 結(jié)論

測量報(bào)告信息可用于系統(tǒng)操作維護(hù)，觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過對MR數(shù)據(jù)的分析，可以代替部分路測工作，對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、覆蓋和運(yùn)行情況進(jìn)行客觀的評估[2-3]。為了評估MR開啟對基站負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)KPI指標(biāo)的影響，本文以江西移動(dòng)公司三個(gè)地市部分基站為對象，在未開啟周期性異頻測量項(xiàng)的情況下進(jìn)行了實(shí)際評估。結(jié)果表明，在不開啟周期性異頻測量項(xiàng)的情況下，MR開啟對KPI指標(biāo)無影響，基站CPU負(fù)荷僅略有上升，全網(wǎng)忙時(shí)CPU最大負(fù)荷上升0.3～0.5pp，高負(fù)荷站CPU最大負(fù)荷上升不超過3pp。