Ev-Do網絡小流量長在線業務無線優化策略探討

錢少波，羅 萍，鐘期洪，陳秀敏

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630）

1 背景

隨著移動智能終端的快速普及，業務應用的快速增長，特別是小流量長在線業務的快速增長，引起了無線網絡數據業務模型的改變，連接次數的猛增導致無線網絡控制信道及反向容量存在瓶頸，出現了信令擁塞、網絡質量下降的現象，嚴重時甚至出現了信令風暴和網絡癱瘓。

2 概述

在中國電信發展Ev-Do網絡的前期，終端以數據上網卡為主，業務以HTTP上網、下載等業務為主。那時的網絡瓶頸主要存在于業務信道，表現為業務信道的時隙利用率過高，用戶感知主要是網速慢。隨著移動智能終端的快速普及、移動互聯網業務的層出不窮，同時中國電信推出流量經營的營銷模式，導致移動互聯網業務應用由大流量業務為主向小流量業務為主轉變。

盡管目前移動互聯網業務的應用繁多，但是通過分析無線連接的流程，從無線資源角度出發，根據業務占用無線網絡控制信道和業務信道資源特性的差異，可以將業務分為小流量長在線業務和大流量速率型業務。

小流量長在線業務（連接類或信令類業務）的主要特征是使用用戶多、業務發生頻繁、在線時間長、傳輸數據量小、有效傳輸分組占比較小以及無線業務信道資源利用效率低，用戶使用這類業務時對資源可用性較敏感，但對傳輸速率不敏感。典型業務如即時通信、微信、微博等。由于連接次數多，信令也多，因此，又稱為信令類業務。

大流量速率型業務的主要特征是傳輸數據量較大、有效傳輸分組占比較大、數據速率要求較高，用戶使用這類業務時對傳輸速率均較敏感。典型業務如HTTP瀏覽/下載、P2P下載、在線視頻等。

2.1 無線連接呼叫流程

如圖1所示為典型的AN發起的重激活無線連接的被叫流程。

依據圖1所示的無線連接的呼叫流程，業務對無線資源的占用主要是控制信道和業務信道。在接入過程中，通過控制信道的信令握手建立業務信道，建立成功后在業務信道傳輸業務數據。控制信道在前向稱為前向控制信道，在反向稱為接入信道。

2.2 Ev-Do網絡運營小流量長在線業務的資源瓶頸

小流量長在線業務具有使用用戶多、業務發生頻繁、在線時間長等特征，因此在網管數據的表現為連接次數多、呼叫話務量多、前向用戶數（Mac-Index）的利用率高（前向以Mac-Index區分用戶）、反向RAB繁忙率高或反向RoT（rise over thermal）高；同時還具有前反向數據流量低的特征。因此，前向業務信道時隙利用率很低，即使在小流量長在線業務密集區域（如校園區域），前向業務信道時隙利用率一般也不超過30%，因此對其他用戶前向下載速率影響不大，反向速率需求也不高，但在用戶聚集的地方，由于用戶數過多，提升扇區反向RoT會影響反向容量。在多載扇的基站，反向CE也有可能會出現瓶頸。

圖2所示為某省某校園載扇的話務數據，從圖中可以看出，用戶數、連接次數與控制信道時隙利用率趨勢一致。顯然，該載扇覆蓋區域是小流量長在線業務密集區域。

表1為無線連接所占用前反向資源的匯總，同時列舉了在小流量長在線業務下的無線資源的常規預警門限。一般來說，業務信道、資源占用率指標的預警門限為70%。控制信道、信令指標的預警門限略低，為50%。

圖1 無線連接的被叫流程

圖2 省某校園載扇的話務數據

3 小流量長在線業務優化策略

由于小流量長在線業務主要的網絡瓶頸是前向控制信道信令容量、前向Mac-Index資源及反向RoT，因此，總體的解決思路是先優化，后擴容，充分挖掘現網資源的信令容量，提升現網資源的網絡利用率，若優化之后仍未能解決問題，再實施擴容。解決前反向存在問題的思路匯總見表2。

小流量長在線業務優化的具體順序如下所述。

·通過網絡優化，降低控制信道時隙利用率，減輕小流量業務對控制信道信令的壓力。

表1 無線連接所占用前反向資源的匯總

表2 解決前反向存在問題的各種思路匯總

·通過網絡優化，降低反向RoT，提高反向容量，使更多AT能接入網絡。

·采用新技術、新硬件，提升信令板件的處理能力，提升網絡容量。

·通過參數優化，提升網絡前反向容量。

·終端、業務優化。例如延長手機QQ業務的心跳周期，減輕業務對信令容量的壓力。

由于篇幅有限，本文僅針對主要的優化策略進行詳細描述。

圖3 SCI=9的尋呼機制

3.1 尋呼策略優化

小流量長在線業務密集區域的主要表象是前向控制信道時隙利用率過高，因此優化的首要目標是有效降低前向控制信道時隙利用率。而尋呼策略優化是降低前向控制信道時隙利用率的最有效的措施。

阿朗、華為技術、中興通訊的Ev-Do尋呼機制大致相同，尋呼策略是尋呼范圍由小到大。以下針對華為技術網絡的尋呼原理進行描述。

根據終端與網絡協商的不同SCI值，分別有針對SCI=9和SCI=5的兩套尋呼策略，且兩套尋呼策略有不同的默認參數。現網中的BE業務均采用SCI=9。現網的小流量長在線業務是BE業務。

BSC具有多次尋呼機制，即在收到PDSN發送來的數據分組后在一定的范圍內發送多次page消息，尋呼范圍、尋呼次數及兩次尋呼間隔均可設定。

（1）尋呼范圍

第1次尋呼的尋呼范圍可配置，第2、3次不可修改。第1次配置可基于RU（最近一次RU上報的激活集扇區）、子網、距離或AN，第2次（子網）和第3次（AN）尋呼范圍分別固定為子網和AN。

（2）尋呼次數

尋呼次數3次（不可修改），也就是說，AN收到PCF發送來的A9-BS服務請求，最多會發送3個page消息。

（3）尋呼間隔

尋呼間隔可設定。任意兩次尋呼消息之間的時間間隔均相同。

如圖3所示為基于SCI=9的尋呼機制，對于SCI=9的普通數據業務用戶，若3次等待A9-setup-A8均超時，就會啟動PPP釋放定時器（默認為30 000 ms），該定時器啟動后，系統禁止再次尋呼手機，避免該用戶造成大量的尋呼失敗。但用戶可以主動接入，用戶主動接入后則停止該定時器。該定時器超時后，PCF會刪除該用戶的PPP。

圖3的SCI=9的尋呼機制中的主要內容說明如下所述。

·對SCI=9的終端，AN多次尋呼機制中2次尋呼間隔默認為7 s。

·對SCI=9的終端，PCF存在禁止后續尋呼的機制。9次尋呼無響應后，PCF禁止后續的尋呼（即PCF收到PDSN發送來的data-transfer后不會發起對此AT的尋呼）。

基于RU尋呼的尋呼策略參數配置：第1次尋呼，打開“基于RU的尋呼策略”，即首次尋呼時，基于上次釋放的激活集進行尋呼；第2次尋呼，本子網內尋呼；第3次尋呼，本AN內尋呼。

華為技術設備尋呼優化建議如下所述。

·基于RU尋呼特性打開時，經測試評估，Vtime設置為20 s時最優。

·可降低40%～50%的尋呼消息，對減輕控制信道（尋呼信道）的負荷有立竿見影的效果，值得大力推廣。

中興通訊在多地進行了基于距離的尋呼策略試點，對降低前向控制信道的時隙利用率也有明顯效果。

3.2 休眠定時器調整

在有效突破前向控制信道時隙利用率過高這一瓶頸后，網優的目標變為降低反向干擾、提升網絡容量，使更多的AT能接入網絡。縮短休眠定時器、縮短空口的占用時長，是提升網絡容量的有力措施。切不可在前向控制信道時隙利用率過高的情況下，縮短休眠定時器，這樣很容易引起信令擁塞，甚至信令風暴。

休眠定時器的定義就是空口無數據傳送時從激活態轉為休眠態的時長。在一定的時間里，AN監測到沒有數據需要傳送時，為節省寶貴的無線空口資源，需要對連接進行去激活操作。監測的時長就是休眠定時器。

小流量長在線業務對無線空口的占用時長，可以分為兩段：數據實際傳送時長和休眠定時器時長。小流量業務，顧名思義，是指由于數據量很小，數據實際傳送時長僅為1～2 s，甚至更短。數據傳送完畢后，啟動休眠定時器。休眠定時器超時，空口從激活態轉為休眠態。休眠定時器越長，空口效率越低；休眠定時器越短，空口效率越高。因此，縮短休眠定時器，可以縮短對空口的占用時長，有利于提高空口效率，降低反向RoT。

在近兩年各地針對小流量業務密集區域的優化中，休眠定時器已普遍由系統默認的15 s縮短到10 s。從空口利用效率來看，似乎仍有縮短的空間。高通公司根據仿真結果，認為可以縮短到4～5 s。

縮短休眠定時器，無疑極大地改變了話務模型，調小后的具體效果為連接請求次數增大，呼叫話務量（連接時長）減小，反向RoT下降，連接成功率穩中有升，掉線率略為下降（掉線率計算式的分母是連接成功次數增大的原因），前向控制信道、反向接入信道負荷上升（連接次數增大導致信令量增大），BTS、BSC的信令處理CPU占用率上升。

由于休眠定時器的調整，極大地改變了話務模型，對連接次數、連接時長、連接成功率、掉線率等指標的影響巨大。由于休眠定時器的調小，是用控制信道、接入信道的負荷增大換取業務信道負荷的下降，因此，不適合在控制信道、接入信道負荷較高的BSC/區域實施。筆者建議，應根據現網的話務模型、連接次數、話務量、控制信道及接入信道負載，綜合考慮休眠定時器的調整，應采取循序漸進的調整方式，切記勿一步到位。對于控制信道、接入信道負荷較低的區域，可以調整為4～5 s，控制信道、接入信道負荷較高的區域，調整為10～12 s。實施時，需時刻關注各種關聯指標的變化趨勢。

華為技術網絡可以啟用動態休眠定時器。其原理簡述如下。

·自動調整休眠定時器，讓無數據的在線用戶下線，提升無線資源的循環利用率。

·系統忙時，減小休眠定時器時長，建立更多的連接請求，換取更大的系統容量。

·系統閑時，增大休眠定時器時長，減少不必要的連接釋放，提高用戶感受。

3.3 反向負載門限調整

反向負載門限的提高，也能一定程度地提升網絡容量，但這是以犧牲網絡質量及用戶感知為代價的。

RoT是扇區總功率與基底噪聲功率的比值。基站根據RoT評估基站的干擾和負載情況。

AN每個時隙對接收到的RoT進行測量，并與設定的RABThreshold門限值進行比較，以此來確定AN的反向鏈路的負載情況（過載或輕載）。AN每個時隙通過前向鏈路MAC信道中的RA信道將AN的反向負載情況告知本扇區內的AT。當反向激活比特RAB設置為 “忙”（RAB=1）時，表示反向鏈路滿載，此時，AT根據一定的算法降低或保持數據速率；當RAB設置為閑（RAB=0）時，AT也根據一定的算法提高反向鏈路數據速率。反向負荷的估計精度將直接影響反向業務信道速率控制的準確性。

表3 常用接入參數的說明及建議值

當提高該RABThreshold門限值時，等于是把該啟動負載控制的時間點延后。此時，反向鏈路能容納更多的接入用戶或承載更高的反向速率，而不進行反向鏈路的負載控制，相當于提升了反向容量。同時降低網管指標反向RAB繁忙率的值。但缺點是用戶感知可能變差，用戶接入成功率可能下降，傳輸重傳率可能上升。

高通公司對該門限的推薦值為5.75 dB。筆者建議應根據當前網絡的實際負荷、無線環境等，合理調整參數取值。在小流量長在線業務密集區域，例如手機QQ用戶，對接入可靠性的需求高于對速率的需求，為保證更多的用戶接入，可以適當提高該門限的設置。例如，提高至7～9 dB，甚至9～11 dB。

3.4 參數優化

通過一系列的參數優化，包括接入參數、反向鏈路參數、外環功控參數的優化，提升了前反向網絡容量。其宗旨是在小流量長在線用戶密集區域，一般不存在弱覆蓋的情況。接入參數調整的原則是適當降低初始發射功率，以小步長、慢速接入，從而降低區域內的反向干擾，提高反向容量，使更多用戶能接入網絡。常用接入參數的說明及建議值見表3。

4 結束語

本文針對現網承載小流量長在線業務時存在的問題，通過對呼叫流程信令進行分析，找出無線網絡的資源瓶頸，并有針對性地提出了優化順序及多項具體的優化措施來很好地解決現網的無線優化工作。

1 羅興國.cdma 2000高速分組數據傳輸技術.北京：國防工業出版社，2007