Ev-Do多流業務T2P算法研究與應用

鄭亞忠，張志華

（中國電信股份有限公司江蘇分公司無線網絡優化中心 南京 210037）

Ev-Do多流業務T2P算法研究與應用

鄭亞忠，張志華

（中國電信股份有限公司江蘇分公司無線網絡優化中心 南京 210037）

隨著天翼對講（Qchat）、警務通（實時視頻）等行業應用的規模發展，在網絡資源擁塞的情況下，保障用戶業務感知日益重要。T2P算法是Ev-Do RevA系統中，控制不同用戶、不同業務反向速率的關鍵技術。本文通過深入研究T2P相關函數、參數，分析比較主流設備T2P的參數設置，創新地提出了一套T2P反向流控參數模板，保證Qchat和警務通兩種典型的反向時延敏感和速率敏感業務的感知，并且在現網推廣應用。本文提供的方法對于提升Ev-Do多流業務性能具有一定的指導意義。

Qchat；實時視頻業務；QoS；T2P；QRABSelect；T2PInflowMin

1 引言

Ev-Do是一個反向自干擾系統，反向鏈路的干擾會導致反向負荷虛假升高，嚴重影響系統的穩定性，所以反向問題成為Ev-Do研究的重點、焦點。在Ev-Do系統中，當反向底噪抬升超過RoT門限時，為了維護系統穩定性，AN強制要求AT降低速率。在Rev0中，AN通過對扇區下所有用戶發送Broadcast Reverse Rate Limit消息，要求AT按照當前速率進行概率性降速。這種速率控制機制的升速或降速需要多次倍速轉換，傳輸突發數據流易造成較大的時延，速率抬升較慢，缺乏QoS保障。因此，Rev0達不到數據流的QoS應用要求。

在RevA中，為了保證金銀銅不同QoS級別用戶和用戶內不同QoS級別的業務流，實現精準控制AT的反向發送優先級，提出了T2P令牌桶的概念（桶中水量代表某個業務可以發送的最大功率）。對于每個Subtype3 RTCMAC流，若成功協商QoS資源，都有一個類似漏桶的存儲單元來維護一個漏桶，通過進水量、潛在水量和出水量來控制漏桶中水的變化，即隨著系統反向負荷和業務屬性動態控制反向發射功率值。因此，可以通過調整相關的T2P參數來保證業務資源。然而T2P算法相當復雜，涉及的參數變量多達68個，且其是一個反饋系統，參數之間存在緊密的相關性，例如，進水量T2PInflow受上一次進水量、出水量和漏桶水平、極值、常數的約束。因此，T2P參數調整成為優化瓶頸。

隨著Qchat、在線游戲、VoIP、VT等上下行實時對稱業務以及警務通反向視頻、無線數據傳輸業務應用的增多，為了保證業務良好的時延、速率感知，現網急需探索一套參數模板優化Ev-Do反向能力，保證業務質量。為了突破以上難題，中國電信股份有限公司江蘇分公司（以下簡稱江蘇電信）根據對RTCMAC協議的深入研究，分析現網中Qchat、警務通兩種最為典型的對反向時延、速率敏感的業務，重點分析了QRAB判決參數、漏桶水平參數、T2PtransitionFucnction等T2P算法相關參數，指出了時延敏感大流量業務的理論PF（priority function）曲線的不合理性，并仿真了Qchat、警務通的 PF曲線，進而提出了PF曲線的優化方法，創新性地提出了一套T2P參數優化模板，保障了QoS資源，以達到優化業務質量的目的。

2 T2P算法參數研究

在無線側，反向IP分組傳輸質量主要通過T2P參數和QoS參數保障實現。本文不考慮序列長度、定時器、調度算法等QoS參數的影響，主要探索T2P相關參數優化。為了便于優化實踐，將T2P參數分為功率類、漏桶類、傳輸模式類、濾波常數和QRAB判決5類參數。主要的T2P參數如圖1所示。功率參數與各種數據分組的終止子幀數密切相關；漏桶參數控制各個流的性能；傳輸模式參數直接決定各個流的低時延和高容量模式；濾波常數用于基礎負荷數據的更新；QRAB判決參數影響了T2PInflow的分配，保障了不同流的QoS特性。

通過對RTCMAC協議的研究可知，與T2P桶水量直接相關的參數是QRABSelect、T2PInflowMin和T2PTransitionFunction。QRABSelect決定了激活集里哪些PN可以導致終端降低功率；T2PInflowMin決定了在最惡劣的情況下，手機可以保證的最小發射功率；T2PTransitionFunction控制了漏桶進水量上升或下降的優先級。結合實際優化經驗，著重探索優化了上述影響T2P算法的最關鍵的3個因素。

2.1 QRAB判決參數

為了實現對反向鏈路干擾水平的控制，基站周期性地向終端發送反向激活比特RAB。終端處理接收到的激活集中的各個RAB，取最大值，判斷當前反向鏈路的負荷情況，決定反向傳輸速率。在RevA中，采用QRAB和FRAB兩項度量標準衡量反向鏈路的負荷情況。其中，QRAB衡量反向鏈路瞬時的負荷情況，決定增加或減少反向鏈路可用的T2P資源；FRAB衡量反向鏈路長期的負荷情況，決定T2P資源增加或者減少的量。因此，針對不同的MAC流，調整QRAB判決參數QRABSelect，增大或減小T2P資源分配數量，保障了不同流的QoS特性，從而可以提升反向鏈路性能。

QRAB判決原理如圖2所示，它面向激活集內所有扇區中的每一個MAC流。對于BE流，QRAB的設置比較保守，只要激活集內任一個扇區的RAB=1，則將QRAB置為過載；對于對時延敏感的流，QRAB的設置比較激進，只有當激活集內扇區具有較好前向鏈路且RAB=1時，才將QRAB置為過載。終端會根據信道條件和協商的流特性，在計算QRAB時忽略激活集內一些扇區的RAB比特，有利于提升切換區域的業務性能。

2.2 T2PInflowMin

漏桶參數控制各個流的性能，漏桶的水平與時延、吞吐量密切相關，漏桶水平越高，時延越小，吞吐量越大。漏桶的出水量直接影響吞吐量和時延，而出水量主要受進水量T2PInflow和BucketFactor的控制，其中T2PInflow是AT內部的變量，與T2PUp和T2PDn相關，所以漏桶中最重要的參數是 BucketFactor、T2PUp和 T2PDn。T2PInflowRange（T2PInflowMin、T2PInflowMax）控制了每次更新漏桶進水量的極值，同時T2PInflowMin決定了漏桶進水量的初始值，即T2PInflow滿足T2PInflowMin≤T2PInflow≤T2PInflowMax。如圖3所示，T2PInflowMin（警務通）設置為28，不管桶里水位如何，都能達到流的初始吞吐量。

圖1 T2P算法參數

圖2 QRAB判決原理

因此，可通過調整T2PInflowMin保證警務通的上傳速率。為了保證中點、遠點的警務通質量，如在前向Ec/Io=-7 dB時，仍保證警務通業務速率的T2P資源，通過優化TxT2PMax配置函數，控制業務信道功率的大小，保證了警務通速率與用戶所處位置無關，即不同導頻強度下的吞吐量。

2.3 警務通PF優先級曲線新設計

一般地，設備默認配置將警務通優先級曲線按照BE流來設計，用戶在基站過載情況下的時延無法保證，輕載情況下的速率最大化無法保證。本文結合實際網優經驗，認為警務通的優先級曲線應該是時延敏感型和BE型優先級曲線的有機組合，從而合理設計了警務通優先級曲線。

時延敏感流、時延敏感大流量和BE流理論曲線如圖4所示，PF曲線反映了手機在當前水平上增加或者降低發射功率優先級，既要在扇區過載的情況下，保障時延敏感小流量業務的用戶感知；也要在扇區輕載情況下，實現BE業務吞吐量的最大化。可以看出，PF是一個隨T2P參數單調遞減的函數，其零點反映了當特定MAC流達到穩態時，其T2P資源的情況，截距反映了以何種速度逼近穩態，斜率反映了 T2P資源對ΔT2P的影響。

實際網絡環境中，采用圖4中的PF曲線，在輕載情況下，BE用戶的優先級高于時延敏感大速率業務的優先級，即低優先級流影響了高優先級流的性能，容易引起速率振蕩。例如，輕扇區下只有幾個用戶進行P2P業務時，就保證不了時延敏感大速率業務的用戶感知。因此，應該根據業務的反向速率要求，合理設計在輕載條件下各業務的優先級曲線。

圖3 漏桶水平參數

在Ev-DoRevA中，通過傳輸函數屬性T2PTransition FunctionNN對每個MAC流的優先等級進行配置，優先級曲線PF=|T2PUp/T2PDn|，其中T2PUp、T2PDn函數均是與FRAB、T2PInflow有關的三維函數，根據每個流的具體運行點和載扇長時負荷程度，當系統過載時進行下調，即用T2PDn；當系統不過載時進行上調，即用T2PUp。

根據業務特征，考慮不同的編碼技術影響警務通視頻碼率要求，設計了300 kbit/s、400 kbit/s兩套T2P傳輸函數參數配置，見表 1、表 2，通過配置網絡的 T2PAxis、FRABAxis、T2PUpT2PAxisFRABAxis，合理設計警務通 PF 曲線的零點、截距和斜率，保障警務通在不同負荷條件下的優先級。采用MATLAB仿真了BE和警務通的T2PUp、T2PDn曲面，根據曲面圖給出了BE、Qchat和警務通的PF曲線，如圖5所示。

從圖5可以看出，對于BE用戶，在系統較閑和T2P資源較多的情況下，可以獲得較大的T2PUp值，T2PDn平面是隨T2P資源和系統的忙碌程度單調遞減的；對于警務通業務，分配資源相對固定，在T2P資源足夠多的情況下，維持一個穩定值。

圖4 PF理論曲線

表1 警務通T2P傳輸函數優化（300 kbit/s）

表2 警務通T2P傳輸函數優化（400 kbit/s）

圖5 BE、警務通T2P曲面

根據T2P曲面，可得BE、Qchat、警務通的PF曲線，如圖6所示，BE業務的T2P資源分配是根據負荷的變化而變化，發送的數據分組的長度也有很大的變化范圍，從而保證其吞吐量；Qchat是實時小流量業務，其優先級曲線必然是很陡峭的；而警務通業務是實時大流量業務，必然以較高優先級分配固定資源。因此，實踐中優化PF曲線，可根據T2PTransitionFunction相關參數調整優先級PF曲線的零點、截距和斜率。通過優化傳輸函數T2PUp、T2PDn的參數配置，可以提升反向速率。對于Qchat業務，可以將T2PUpT2PAxis00FRABAxis0、T2PUpT2PAxis01FRABAxis0 設置大一些，第3個點T2PUpT2PAxis02FRABAxis0設置小一點，保證在高負荷下，流初始啟動的瞬間，Qchat流能迅速達到目標吞吐量。

圖6 BE、Qchat、警務通 PF 曲線

通過以上分析可知，PF曲線反映了對應MAC流的QoS特征，從而保證其Qchat話音質量和警務通視頻效果。同理，可以根據不同業務、不同流的QoS屬性要求設計不同的PF曲線。

3 T2P參數優化模板

T2P算法由眾多常量和變量組成，而實際優化主要遵循調整常量參數保證業務的應用，根據系統負荷，微調變量保障業務感知。通過上述分析，總結了T2P參數優化模板，見表3。采用此套T2P流控參數，可以很好地滿足優先級和相應流的時延、帶寬的QoS要求。

4 T2P參數優化效果

4.1 QRABSelect優化效果

對于Qchat業務，設置相應MAC流的QRABSelect為1，根據實際的信號環境合理設置PSQRABThDRCLock、PSQRABThDRCUnLock值，使得對多個載扇進行RAB合并時，QRABps忽略導頻強度太弱的服務載扇，增加相應MAC流的T2PInflow資源。QRAB判決參數優化效果如圖 7、圖8所示。QRABSelect設置為1時，QRAB判為1的概率降低，保障了T2PInflow的分配，保證了Qchat在高負荷區域和忙閑不均的小區邊緣的業務質量。

4.2 Qchat現網優化效果

根據對Qchat業務特征和Ev-Do QoS屬性參數配置的研究，通過調整Lo Lat Termination Target PS、LoLatT2P TransitionPS屬性，實現了多流性能調優，使得當系統負荷較高時，低優先級的BE流不影響高優先級的Qchat流的性能；同時BE流可最大程度地利用系統的資源。在中等負荷（2個上傳，5個下載BE用戶）下，如圖9所示，實現單載扇容量達70個Qchat用戶，同時BE上傳平均速率為75 kbit/s，下載平均速率為157 kbit/s，用戶體驗較好。當Qchat用戶數超過70時，反向底噪過大導致BE速率迅速下降，同時Qchat出現隨機接入失敗，3G網絡脫網。采用默認屬性，在35個用戶時，底噪就抬升到-70.6 dBm，Qchat接入失敗，隨機出現Qchat終端3G網絡脫網。但為了兼顧保證BE用戶感知，仍建議一般單載扇最大用戶數為35，在BE用戶較少的Qchat密集場景可通過優化屬性參數，調整為70。

表3 T2P參數優化模板

圖7 QRAB判決參數生效驗證

圖8 QRAB判決參數優化效果

4.3 警務通參數優化效果

對于警務通業務應用上述的400 kbit/s參數配置，受修改的T2P參數的影響，警務通業務的反向分組基本采用PS（12288）的大分組格式傳輸，因而上傳平均速率可達551.7 kbit/s，較普通BE用戶提升380 kbit/s。

圖9 中等負荷下調整后的Qchat容量與默認參數接入用戶數實測對比

5 結束語

本文首先指出了目前Ev-Do多流業務優化存在的問題，闡述了T2P算法基本原理，調整優化了QRABselect、T2PInflowMin、T2PTransitionFunction等重要參數，QRAB 判決參數克服激活集中某個最差扇區對于終端反向發送速率的影響，T2PInflowMin決定了在扇區最忙時刻的T2P桶的最小資源，是保證最低用戶感知的關鍵，T2PTransitionFunction控制了漏桶進水量上升或下降的優先級。指出了時延敏感大流量業務的理論PF曲線的不合理性，設計了警務通300 kbit/s、400 kbit/s兩套T2P傳輸函數參數配置，并仿真了T2PUp、T2PDn平面，得到了BE流、Qchat流和警務通的PF曲線，創新性地提出了一套T2P反向流控參數優化模板和PF曲線優化方法，保障了業務的QoS資源，從而保障業務在實際場景中的應用效果。本文主要基于警務通和Qchat兩類典型的業務展開討論，其他多流業務可根據業務的實時性、最小速率的要求，按表3調整 T2PInflowMin、T2PInflowMax和 BucketFactor等參數，保障業務感知。但優化T2P參數時，需要考慮網絡穩定性要求，防止因T2P參數設置過于極端而對網絡穩定造成影響。

Ev-Do的QoS機制提供了端到端的時延、帶寬等保證，可以針對不同的業務特征，設計不同的T2PUp、T2PDn函數，保障用戶間、用戶內QoS特性要求。隨著VoIP、在線游戲、在線視頻等實時業務應用的增多，多流之間的相互影響，會產生一些問題，例如，流的合并門限太低，會導致低優先級流的加入，影響了高優先級流的調度；多流的性能與用戶位置的關系；反向吞吐量和反向時延均衡等問題，仍需要不斷探索優化方法。

1 3GPP2C.S0024-B.cdma2000HighRatePacketDataAir Interface Specification Version 2.0,2007

2 3GPP 25.234 v10.0.0.Transparent End-to-End Packet-Switched Streaming Service Protocol and Codecs,2011

3 3GPP2 SR0079-0 v1.0.Support for End-to-End QoS Stage1 Requirements,2004

4 SJ-20100106105851-018-ZXC10 BSSB(V 8.0.2.007).cdma2000基站系統配置參數手冊_Do無線參數分冊,2007

Research on T2P Algorithm and Its Application on Multiflow Service in Ev-Do System

Zheng Yazhong,Zhang Zhihua
(Wireless Network Optimization Center,Jiangsu Branch of China Telecom Co.,Ltd.,Nanjing 210037,China)

As the scale development of Qchat,real-time video service,improving the service experience is important in the case of network congestion.The T2P algorithm is the key technology,which controls reverse rates of different subscribers,services in the Ev-Do RevA system.The T2P transaction function was studied and the T2P parameter settings in major device system was analyzed.A new T2P reverse flow control parameters scheme to ensure the performance of Qchat and real-time video,which are the typical reverse delay-sensitive and rate-sensitive service,was also creatively proposed.Furthermore,the scheme was applied in the operation network.The scheme has important practical value to enhance the performance of the multiflow service in Ev-Do system.

Qchat,real-time video service,QoS,T2P,QRAB Select,T2PInflowMin

10.3969/j.issn.1000-0801.2013.03.022

鄭亞忠，男，碩士，現就職于中國電信股份有限公司江蘇分公司無線網絡優化中心，主要研究方向為4G/LTE物理層關鍵技術、CDMA無線網絡優化。

張志華，男，博士，中國電信股份有限公司江蘇分公司無線網絡優化中心副主任，國資委技術能手，主要研究方向為CDMA無線網絡優化、4G/LTE關鍵技術及網絡優化。

2012-11-29）