基于DRX參數(shù)優(yōu)化提升智能終端待機(jī)時(shí)長(zhǎng)的研究與應(yīng)用

景洪水（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 100033）

0 引言

隨著智能終端的發(fā)展，手機(jī)的處理能力越來(lái)越強(qiáng)大，屏幕尺寸越來(lái)越大，隨之而來(lái)的是耗電量的增加和待機(jī)時(shí)間的縮短，手機(jī)的待機(jī)時(shí)長(zhǎng)成為影響用戶使用感知的一個(gè)重要因素，手機(jī)廠家采用各種各樣的技術(shù)手段來(lái)延長(zhǎng)手機(jī)電池的待機(jī)時(shí)間。

截至2016 年4 月，中國(guó)聯(lián)通移動(dòng)網(wǎng)智能終端用戶達(dá)1億以上，終端的智能化程度越來(lái)越高，終端的地位已經(jīng)等同于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)一個(gè)不可分割的通信節(jié)點(diǎn)，與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)之間的交互、協(xié)同越來(lái)越密切，本文從運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)與智能終端協(xié)同優(yōu)化的思路出發(fā)，通過(guò)研究無(wú)線網(wǎng)DRX 尋呼的機(jī)制和DRX 對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源負(fù)荷和終端耗電影響的關(guān)系，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)最優(yōu)設(shè)置研究，并以iPhone 終端為例進(jìn)行了效果驗(yàn)證，最終提高中國(guó)聯(lián)通智能終端用戶的待機(jī)時(shí)長(zhǎng)、用戶感知。

1 DRX參數(shù)基本原理

根據(jù)3GPP 規(guī)范，當(dāng)手機(jī)駐留在一個(gè)小區(qū)中，要一直監(jiān)聽(tīng)尋呼信道以隨時(shí)進(jìn)入業(yè)務(wù)接入過(guò)程。一種方式是固定每10 ms去解碼SCCPCH，另一種是按一定的周期去解碼PICH，當(dāng)存在尋呼指示時(shí)，才去解碼隨路的SCCPCH 信息，即不連續(xù)接收方式（DRX）。

DRX 分2 種，一種是空閑態(tài)DRX，當(dāng)手機(jī)處于空閑（IDLE）狀態(tài)下的非連續(xù)性接收，由于處于空閑狀態(tài)時(shí)，已經(jīng)沒(méi)有RRC 連接以及用戶的專有資源，因此主要監(jiān)聽(tīng)呼叫信道與廣播信道，只要定義好固定的周期，就可以達(dá)到非連續(xù)接收的目的。另一種是連接態(tài)DRX，即手機(jī)處在連接態(tài)下的DRX，可以優(yōu)化系統(tǒng)資源配置，更重要的是降低手機(jī)功耗。

在WCDMA網(wǎng)絡(luò)中，手機(jī)在IDLE態(tài)與PCH態(tài)時(shí)采用不連續(xù)接收（DRX）方式監(jiān)聽(tīng)PICH 信道。利用DRX方式，手機(jī)在每個(gè)DRX 周期內(nèi)只需要監(jiān)聽(tīng)一次尋呼指示（PI——Paging Indicator），即每個(gè)手機(jī)有自己的尋呼時(shí)機(jī)PO（Paging Occasion），手機(jī)在PO所對(duì)應(yīng)的SFN去監(jiān)聽(tīng)一個(gè)PICH 幀，再根據(jù)計(jì)算的PI 找到這一幀中屬于自己的PI，如圖1 所示；RNC 也需根據(jù)手機(jī)的尋呼時(shí)機(jī)來(lái)填寫(xiě)PICH信道上的PI信息。

圖1 WCDMA尋呼時(shí)刻示意圖

在LTE網(wǎng)絡(luò)中，手機(jī)在空閑態(tài)模式下對(duì)PDCCH 的監(jiān)視采用DRX 方式，從而降低了功耗，空閑模式下的DRX 工作機(jī)制固定，采用固定的周期，并在尋呼時(shí)刻（PO）到來(lái)時(shí)啟動(dòng)監(jiān)視PDCCH 的功能，進(jìn)入空閑模式下的激活期（Onduration Timer），在激活期需要全面監(jiān)視PDCCH，在DRX 激活期過(guò)去之后再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)，PF（Paging Frame）表示含有1 個(gè)或者多個(gè)PO 的無(wú)線幀；若使用DRX，則手機(jī)僅監(jiān)控每個(gè)DRX 周期的PO。

在手機(jī)開(kāi)機(jī)后將會(huì)按照默認(rèn)的DRX 周期配置進(jìn)行循環(huán)。在尋呼時(shí)刻到來(lái)時(shí)將用P-RNTI 對(duì)PDCCH進(jìn)行解碼以便解出上面的數(shù)據(jù)。

LTE 網(wǎng)絡(luò)中在RRC 連接態(tài)模式下的DRX 工作機(jī)制如圖2 所示，采用定時(shí)器與DRX 環(huán)結(jié)合的工作方式，且eNodeB 也會(huì)保持與手機(jī)相同的DRX 工作方式，并實(shí)時(shí)了解手機(jī)是處于激活期還是休眠期，保證在激活期傳遞數(shù)據(jù)，而在休眠期不會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 LTE連接態(tài)DRX周期

2 DRX與網(wǎng)絡(luò)性能及終端功耗的關(guān)系

在GSM 和WCDMA 網(wǎng)絡(luò)中，DRX 對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能基本無(wú)影響。從理論分析，會(huì)增加手機(jī)的業(yè)務(wù)接入時(shí)延。在手機(jī)呼叫手機(jī)的語(yǔ)音接續(xù)時(shí)延中，尋呼時(shí)延占了較大的比重。一方面如果尋呼信道和尋呼指示信道的功率設(shè)置不合適導(dǎo)致Paging 消息重發(fā)，則會(huì)加大接續(xù)時(shí)延。另一方面DRX 決定了Paging 下發(fā)的時(shí)間，如果DRX 設(shè)置過(guò)大將會(huì)引起較大的時(shí)延。

在網(wǎng)絡(luò)開(kāi)啟了DRX后，DRX周期長(zhǎng)度系數(shù)設(shè)得越大，DRX的周期就越長(zhǎng)，對(duì)手機(jī)而言，處于sleep狀態(tài)的時(shí)間也越長(zhǎng)，將降低手機(jī)的整體功耗，相對(duì)而言就能越省電，從而增加手機(jī)的待機(jī)時(shí)長(zhǎng)。

在LTE 網(wǎng)絡(luò)中，DRX 設(shè)置增加了短DRX 環(huán)循環(huán)、長(zhǎng)DRX 環(huán)循環(huán)等模式，以確保RRC 連接狀態(tài)下的省電。同時(shí)，由于LTE 網(wǎng)絡(luò)中的DRX 引入了休眠期，在節(jié)約UE 耗電量的同時(shí)可能會(huì)增加該UE 正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)的時(shí)延，與時(shí)延相關(guān)的業(yè)務(wù)會(huì)受到影響，如FTP業(yè)務(wù)的流量可能下降。此外，若DRX 參數(shù)設(shè)置得不合理，也可能給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)如下影響。

a）長(zhǎng)周期參數(shù)設(shè)置過(guò)大可能會(huì)影響CQI 上報(bào)周期，進(jìn)而影響調(diào)度、MIMO 等的吞吐性能，切換成功率降低，掉話率上升。

b）DRX休眠期過(guò)短可能會(huì)影響鄰區(qū)（ANR）測(cè)量。

c）DRX 打開(kāi)后，可能會(huì)在DRX 休眠期時(shí)影響隨機(jī)接入成功率，導(dǎo)致下行丟包率上升。

3 DRX參數(shù)優(yōu)化研究

3.1 參數(shù)設(shè)置

為解決DRX 參數(shù)設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)性能和手機(jī)待機(jī)時(shí)長(zhǎng)之間的矛盾，本文以WCDMA 網(wǎng)絡(luò)DRX 設(shè)置為例進(jìn)行了測(cè)試和優(yōu)化。

iPhone 作為中國(guó)聯(lián)通的一款明星終端，電量消耗快一直是影響用戶使用感知的普遍問(wèn)題，基于此，此次DRX 參數(shù)測(cè)試優(yōu)化工作，特邀請(qǐng)?zhí)O果測(cè)試團(tuán)隊(duì)參與，以iPhone終端為例，對(duì)參數(shù)調(diào)優(yōu)前后iPhone電量消耗及待機(jī)時(shí)長(zhǎng)效果進(jìn)行了詳細(xì)驗(yàn)證。

中國(guó)聯(lián)通WCDMA 網(wǎng)絡(luò)DRX 周期設(shè)置為640 ms，該設(shè)置主要為減少DRX 開(kāi)啟對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的負(fù)面影響。優(yōu)化方案根據(jù)DRX 周期參數(shù)調(diào)整步長(zhǎng)，當(dāng)DRX 設(shè)置為6、7、8 時(shí)，其尋呼周期分別為640、1 280、2 560 ms，因此以現(xiàn)有640 ms 設(shè)置為基礎(chǔ)，分別調(diào)整為1 280 和2 560 ms，并在現(xiàn)網(wǎng)選取試點(diǎn)驗(yàn)證實(shí)際效果，以觀測(cè)調(diào)整前后手機(jī)省電效果，以及是否會(huì)給現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)性能帶來(lái)負(fù)面影響，最終在網(wǎng)絡(luò)性能和終端節(jié)電2個(gè)方面得到DRX參數(shù)設(shè)置的一個(gè)平衡設(shè)置值。

3.2 優(yōu)化效果

3.2.1 對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)性能的影響

DRX 周期參數(shù)分別調(diào)整為1 280、2 560 ms 后，相比640 ms，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)如RRC Service、CS RAB、PS RAB建立成功率基本無(wú)影響。

DRX 周期參數(shù)調(diào)整為1 280 ms 后，相比640 ms，語(yǔ)音尋呼時(shí)延增長(zhǎng)約300 ms，分組尋呼時(shí)延增長(zhǎng)約350 ms。

DRX 周期參數(shù)調(diào)整為2 560 ms 后，相比640 ms，語(yǔ)音尋呼時(shí)延增長(zhǎng)約950 ms，分組尋呼時(shí)延增長(zhǎng)約1 000 ms。

利用網(wǎng)優(yōu)支撐系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)了17 個(gè)省的語(yǔ)音接續(xù)時(shí)延現(xiàn)狀，基本分布在5～7 s。以此為依據(jù)，能夠預(yù)測(cè)DRX 參數(shù)調(diào)整為1 280 ms 后語(yǔ)音接續(xù)時(shí)延仍分布在5～7 s，用戶撥打電話的等待感受基本不會(huì)受影響。而DRX 參數(shù)調(diào)整為2 560 ms 后語(yǔ)音接續(xù)時(shí)延將分布在6～8 s，用戶撥打電話的等待時(shí)間將增加約1 s，將會(huì)影響用戶的使用感受。

分組尋呼發(fā)生的場(chǎng)景為用戶有下行數(shù)據(jù)或消息時(shí)，這些下行數(shù)據(jù)或消息來(lái)自于上層應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)DRX 參數(shù)調(diào)整為1 280 ms 后，用戶側(cè)基本感受不到尋呼時(shí)延增長(zhǎng)了約350 ms 帶來(lái)的等待，因此調(diào)整為1 280 ms 所帶來(lái)的分組尋呼增長(zhǎng)的時(shí)延不會(huì)影響用戶接收下行數(shù)據(jù)的感受。DRX 參數(shù)調(diào)整為2 560 ms 后，下行數(shù)據(jù)到達(dá)用戶的時(shí)間會(huì)稍微增長(zhǎng)，可能會(huì)對(duì)用戶推送通知類業(yè)務(wù)產(chǎn)生一些影響，如即時(shí)通信、VoIP 等業(yè)務(wù)。

3.2.2 對(duì)手機(jī)電量消耗影響

根據(jù)蘋(píng)果公司測(cè)試數(shù)據(jù)，當(dāng)DRX參數(shù)由640 ms調(diào)整為1 280 ms后，蘋(píng)果手機(jī)待機(jī)時(shí)間能夠增長(zhǎng)75 h，增長(zhǎng)38%，節(jié)電效果顯著；由此推測(cè)其他手機(jī)也會(huì)與蘋(píng)果有相似的省電效果，能夠大大提升智能終端待機(jī)時(shí)長(zhǎng)。當(dāng)DRX 參數(shù)由640 ms 調(diào)整為2 560 ms 后，與1 280 ms相比手機(jī)待機(jī)時(shí)長(zhǎng)改善效果不明顯（見(jiàn)圖3）。

圖3 蘋(píng)果手機(jī)24 h電量消耗對(duì)比

從上述分析結(jié)果可以看出，DRX 設(shè)置為7（1 280 ms）時(shí)，對(duì)尋呼時(shí)延的增長(zhǎng)基本在可接受范圍內(nèi)，不會(huì)影響業(yè)務(wù)感受，同時(shí)又達(dá)到了提升終端待機(jī)時(shí)長(zhǎng)的目的，因此1 280 ms 是符合當(dāng)前中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)狀況的一個(gè)合適設(shè)置值，使智能終端用戶待機(jī)時(shí)長(zhǎng)體驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)性能之間得到平衡，既可以保證智能終端用戶的待機(jī)時(shí)長(zhǎng)，又使得網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)性能的影響在可接受的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

本文從智能終端與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的角度研究終端節(jié)電以提升待機(jī)時(shí)長(zhǎng)，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)DRX 參數(shù)的機(jī)制研究，結(jié)合中國(guó)聯(lián)通移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，在不影響網(wǎng)絡(luò)性能、不降低用戶業(yè)務(wù)感知的前提下，通過(guò)試點(diǎn)驗(yàn)證提出符合中國(guó)聯(lián)通情況的DRX 尋呼參數(shù)設(shè)置，并以蘋(píng)果終端為例進(jìn)行了效果驗(yàn)證，中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)上的蘋(píng)果終端待機(jī)時(shí)長(zhǎng)提高了75 h,整體提升38%，其他智能終端與蘋(píng)果終端具有相似效果，該研究成果已應(yīng)用到中國(guó)聯(lián)通全網(wǎng)，大大提升了中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)上智能終端整體待機(jī)時(shí)長(zhǎng)。