一種OMC CPU 利用率估計方法

摘 要:當前的移動通信網絡，通常由操作維護中心(OMC)、基站控制器(BSC)、基站(BS)和終端用戶(UE)四級網元組成。BSC和BS通常稱為基站子系統(BSS)。OMC通常由大型的工作站組成，是無線網絡的管理核心，它對BSC 進行直接的控制和管理。當BSC或BS添加一些新的功能或軟硬件升級時，首先要做的是評估新增加的功能對OMC 造成的影響。這些影響包括對CPU利用率、存儲器(memory) 利用率和數據庫(database)利用率的影響。在實際測試數據的基礎上，提出了OMC CPU利用率的估算方法。利用所提出的估算方法，可以方便地估算其他網元新增加的功能對OMC CPU所造成的影響。

關鍵詞:CPU利用率;計算機通信網絡; 操作維護中心; 特性升級

中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)12-0087-03

Method of Estimating OMC CPU Utilization Factor

WANG Ji-xin1， XIAO Deng-kun2， WANG Xiao-yong3

(1. School of Xing’anmeng Prefecture， Inner Mongolia Computer College， Xing’anmeng 137400 ，China;

2. Motorola Inc.， Beijing 100876， China; 3. Beijing University of Posts and Telecommunications， Beijing 100876， China)

Abstract:The mobile communication network is usually composed of four kinds of network elements: operation management center (OMC)， base station controller (BSC)， base station (BS) and user equipment (UE). BSC and BS are called base station subsystem (BSS). OMC is usually composed of large workstation. It is the center of wireless network management， and takes charge of direct control and management to BSC. While BSC or BS needs additional functions or software/hardware upgrading，the evaluation of the impact of new functions and upgrading on OMC should be carried out. It includes the effects on the utility factors of CPU， memory and database. The method to estimate OMC CPU utility factor is introduced on the basis of the measured data. The impact of the newly added functions of the other network elements on OMC CPU can be estimated easily with this estimating method.

Keywords:CPU utilization factor; computer communication network; operation management center; feature upgrade

0 引 言

在當前的移動通信網絡，由OMC，BSC和BS三級節點組成[1-2]。OMC通常是大型的工作站，由Sunfire 4800/4900 等組成[3]。BSC和BS通常是設備制造商所開發的各種處理設備。OMC 通常管理著它所連接的各個BSC上報的信息，包括設備告警信息(alarm)、設備狀態信息(stats)、參數配置信息(CM)和備份的各種數據庫(database)等。 利用這些信息，網絡管理人員可以對整個無線網絡進行維護和管理。 隨著人們對業務需求的不斷變化，網絡通常每隔一段時間就要進行功能(feature)添加。當各個節點添加新的功能時，它們向OMC上報的信息就會增加，這樣就會使OMC CPU 的處理負荷加重。因此，在增加新的功能時，首先要評估對OMC的 CPU、存儲器、數據庫和X.25接口鏈路容量和各類數據庫造成的影響。其中，對CPU造成的影響最為重要，因為它直接影響著系統運行的效率。

當新增加的功能較多時，如果通過評估，CPU的利用率太高，就要考慮對硬件系統進行升級。在企業開發部門，對CPU利用率的評估通常采用定性分析的方法，即通過類比的方法進行粗略估計。這樣做的缺點往往是評估所造成的誤差較大，有時開發出的軟件上載后，系統運行效率較低。本文是在研究OMC多年的基礎上，把新增功能映射成對CPU運算負荷的影響，從而得出了詳細的CPU利用率計算公式。經過實際上載測試，造成的誤差很小。因此，這個計算模型可用于同類開發的評估。

1 計算CPC利用率所涉及的參數

在工程上，一次升級所增加的功能通常要用多個特征(feature)來描述。通常CPU利用率的計算用到下列參數:

Km: 一行C++程序翻譯成機器碼的行數;

ρCPU: CPU并行處理效率;

ρalarm: alarm發生的概率;

ρstats: stats發生的概率;

ρCM: CM 參數被配置的概率;

ρOMC: 新增OMC-R feature被執行的概率;

RCPU: CPU的處理速度(單位:MIPS);

Lalarm: 處理一個上傳的alarm 所需要的LOC;

LCM: 配置一個CM 參數所需要的LOC;

Lstats: 處理一個上傳的stats 所需要的LOC;

NiCM: feature i在 OMC新增加的CM個數;

Nialarm: feature i在 OMC新增加的alarm個數;

Nistats: feature i在 OMC新增加的stats個數;

NCPU: OMC 所使用的CPU數量;

NCM=∑Kj=1NCMj: 一次升級新增加的CM參數;

Nalarm=∑Kj=1Nalarmj:一次升級新增加的alarm 參數;

Nstats=∑Kj=1Nstatsj:一次升級新增加的stats參數;

NLOCOMC: 一次升級OMC內部增加功能所需添加程序的行數。

圖1 移動通信網絡的組成

2 新增加參數對CPU利用率的影響

2.1 CPU 利用率定義[4]

CPU Utilization=

The current CPU disposing volumethe CPU disposing ability×100% (1)

在實際中系統CPU的利用率由許多因素決定，如系統實際的硬件結構、軟件結構和程序優化等[5-6]。但作為最初的評估，這些因素可以忽略，因為當增加新的功能后，還要進行實際的測試和調整。

當新增加參數在OMC被處理時，將消耗一些CPU資源。下面，對處理CM，alarm和stats參數而對CPU的影響進行量化。

2.2 CM參數影響的量化

讓LCM代表配置一個CM參數所需要的 LOC;NTCM代表配1次最多配置CM參數的個數。那么，配置featurei所涉及的所有CM參數造成CPU利用率的增加量可以用下面的公式表示:

UiCM=NiCM×LCM×KmRCPU×ρCPU×NCPU，if NiCM≤NTCM

NTCM×LCM×KmRCPU×ρCPU×NCPU，if NiCM>NTCM (2)

2.3 alarm 參數影響的量化

讓Lalarm代表配置一個alarm參數所需要的 LOC;NTCM代表配1次最多配置CM參數的個數。那么，配置feature i所涉及的所有alarm 參數造成CPU利用率的增加量可以用下面的公式表示:

Uialarm=ρalarm×Nalarm×Lalarm×KmRCPU×ρCPU×NCPU (3)

2.4 stats 參數影響的量化

對feature i， 假設新增加的stats 達到OMC 的概率為Ristats，與其相對應的新增加CPU利用率用式(4)表示:

Uistats=ρstats×Nstats×Lstats×KmRCPU×ρCPU×NCPU (4)

2.5 OMC新增內部feature的影響

對新增加的OMC feature而言， 除了所涉及的CM參數、alarm參數和stats參數外， 還增加了一些LOC。與其相對應的新增加CPU利用率用下式表示:

UiLOC=NLOCOMC×KmRCPU×ρCPU×NCPU (5)

2.6 新增加參數對CPU利用率的影響

對BSC新增加的feature i， 新增加的 CPU 利用率用UiBS表示。對OMC新增加的 feature j， 新增加的 CPU 利用率用UjOMC表示。

UiBS=ρCM×UiCM+ρalarm×Uialarm+ρstats×Uistats (6)

UjOMC=ρCM×UjCM+ρalarm×Ujalarm+ρstats×Ujstats+

ρOMC×UjLOC (7)

對一個新的版本，如果有NBSS個 BSC feature和NOMC個 OMC feature， 則新增加的總CPU利用率為:

U=∑NBSSi=1UiBSS+∑NOMCj=1UjOMC (8)

3 實 驗

通常，工作站中的CPU利用率可以通過相關的軟件進行測量[7-8]，圖2就是實際系統中CPU和Memory在增加3個新feature后利用率的測量情況。這個測試時間是從2008-1-28-6:37~ 2008-2-28-1:30。這個實驗就是對理論模型的精度進行評估。EGPRS 某次升級增加了3個新feature，經過理論模型的推算，新增加的功能使CPU的利用率增加3.2%。在增加新的feature前，該CPU的利用率是 20.5%。在新增加feature后，實際測量所得CPU的平均利用率是24.0%。這說明理論估計誤差在1.3%左右。

當增加新的feature后，利用上面介紹的方法進行估算，再結合實際的利用情況，就可以得出這些feature能否增加。如果不能增加，則OMC的硬件就要進行相應的升級;如果能增加，則CPU的數量或更換性能更好CPU等。

圖2 OMC Sunfire4900 CPU與存儲器利用率測試

4 結 語

在此討論了新增加feature對OMC CPU利用率影響的估算方法。給出了估算的各個步驟和相應的計算公式。最后，對所設計的理論模型通過系統測試進行驗證。實驗結果表明，理論評估所造成的誤差在工程所允許的范圍之內。目前這個理論模型已被開發部門所引用。當然，決定是否能夠新增加feature，除了分析對CPU的影響之外，還要分析對存儲器、數據庫和X.25接口鏈路容量等部件所造成的影響[9-10]。

參考文獻

[1]帕勒萬，克瑞森那莫斯.無線網絡通信原理與應用[ M] .劉劍，安曉波，李春生，等譯.北京:清華大學出版社，2002.

[2]LAGRANGE Xavier， GODLEWSKI Philippe. GSM網絡與GPRS[ M] .顧肇基，譯.北京:電子工業出版社，2002.

[3]DOUGALL Richard Mc， SUN Jim Mauro.Solaris內核結構[ M] .中國工程研究院，譯.北京:機械工業出版社，2007.

[4]HENNESSY John L，PATTERSON David A. Computer architecture: a quantitative approach[M]. 4th ed. 北京:機械工業出版社，2007.

[5]易建勛.微處理器(CPU)的結果與性能[M].北京:清華大學出版社，2004.

[6]朱子玉，李亞民.CPU芯片邏輯設計技術[M].北京:清華大學出版社，2005.

[7]DOUGALL Richard Mc， SUN Jim Mauro. Solaris性能與工具[ M] .中國工程研究院，譯.北京:機械工業出版社，2007.

[8]Sunfire 4900工作手冊[ EB/OL] .http://www.dlc.sun.com/pdf/819-5759/819-5759.pdf.

[9]摩托羅拉工程學院.GPRS網絡技術[ M] .北京:電子工業出版社，2005.

[10]韓斌杰.GSM原理及其網絡優化[ M] .北京:機械工業出版社，2001.