基于業務感知的分場景4G網絡擴容體系

湯利民，徐德平，程日濤

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京100080）

1 引言

1.1 4G網絡業務特性

4 G網絡強大的端到端傳送能力使豐富多彩的移動互聯網應用隨時隨地滲透到每個用戶，同時更為復雜的應用決定了評價業務質量的體系也更為復雜。持續提升極致體驗、業務零等待是終極的建網目標。

4 G網絡還是基于數據分組服務域 （packet service domain）的系統，業務占用信道的特征體現在共享特性、速率可變特性方面。共享特性決定了業務特性與系統特性有一定背離關系，特定業務在某一時刻得到的服務與系統負荷、終端所處無線信道質量、調度算法、業務數據分組達到特性等因素均相關，速率可變特性決定了業務的感知速率隨時處在變化之中，平均速率難以體現業務實際的感知。

1.2 現網擴容標準及局限性

傳統的2G、3G網絡主要依據基于愛爾蘭理論的信道利用率體系制定擴容方案，中國移動在4G網絡擴容體系研究方面基于統一業務模型要求，綜合考慮了信道利用率、小區吞吐量、有效RRC（radio resource control）連接數等因素，制定了保障統一業務需求的擴容標準并在現網應用中起到了積極作用。

現有4G網絡負荷評價體系主要以信道利用率為基礎，參考有數據傳輸的RRC連接數、小區吞吐量的情況進行擴容。針對上述3個評價參數，分別依據一定的評價標準確定門限（網絡規劃設計要求取定信道利用率門限）；取定業務模型，結合實驗室測試確定有數據傳輸的RRC連接數門限；依據信道利用率門限和實測的PRB（physical resource block）承載效率取定小區吞吐量門限。現行標準也存在不適應4G網絡發展的問題，現行標準基于統一業務模型進行設定，現網運行發現部分小區利用率不高且用戶感知不好的現象。不同地域、不同場景差異化明顯，大而統一的標準無法適應互聯網業務發展需求。

1.3 本文解決的問題

基于移動互聯網業務特性，本文對擴容標準進行了完善和優化，形成分場景、體系化的擴容標準，主要內容如下。

·基于現網大數據分析，確定不同場景下的小區擴容標準。

·基于理論分析和測試數據，研究VoLTE引入對擴容標準的影響。

·考慮到數據業務熱點的聚合性特征，基于統計分析，提出成片擴容的建設標準。

2 基于業務感知的擴容體系

2.1 研究思路

體系建立需要按業務分類，制定業務感知評價標準，制定分業務類型的擴容標準，制定成片擴容標準，具體步驟如下。

步驟1進行業務分類。根據現網業務統計，進行業務優先級排序，確定主流業務。分析主流業務技術特性，找出影響擴容標準的關鍵因素，按照此因素進行業務分類。

步驟2制定業務感知評價標準。從單一業務（小分組業務（如瀏覽）、大分組業務（如視頻）、VoLTE業務）的客戶感知著手，研究各類業務的感知評價標準。

步驟3制定分業務類型的擴容標準。在業務感知與網絡負荷關聯性分析中，首先將無線側業務感知影響從端到端業務感知指標中剝離，并通過現網數據分析和測試驗證的方法研究無線網網絡負荷與業務感知之間的關系，從而確定不同業務類型的擴容標準。

步驟4制定成片擴容標準。在步驟3基礎上，從網絡整體性出發，對網絡容量的變化進行科學分析預測，從而提升整個網絡的資源使用效率，預防容量爆發對用戶感知影響的風險。

2.2 業務分類

業界對于業務的分類主要采用應用層標準，從國際運營商數據來看，主流業務包括Web瀏覽、視頻、文件下載、即時通信等。從中國某城市4G業務分場景構成來看，這4類業務占整體業務時長的比例高于80%，流量比例比時長比更高一些。

不同類型業務的網絡負荷表現也存在明顯的差異性，小分組業務的數據分組小，達到同樣容量需要同時調度的用戶數多，隊列中等待調度的數據分組多，調度能力受限，信道資源占用零散且效率低。

大分組業務的數據分組大，達到同樣容量需要同時調度的用戶數少，調度能力不受限。其資源占用特點表現為調度資源開銷小、信道資源占用集中且效率高。小分組業務與大分組業務網絡覆蓋表現的差異性如圖1所示。

考慮4G網絡目前尚不支持語音業務，而語音業務后續也將成為4G網絡的重要業務之一，且語音業務的質量要求與其他數據類業務存在明顯差異性，因此將VoLTE語音業務作為一個獨立的業務分類進行研究。

經過對現網Web瀏覽、視頻、文件下載、即時通信業務的數據提取分析，設定小分組業務、大分組業務及VoLTE業務作為3種基本的業務分類。

·小分組業務以即時通信類業務為主，主要為微信、QQ等。業務特性表現為單用戶流量小、突發性高、速率要求較低、信令開銷大，單小區能夠支持的用戶數多。

·中分組業務以Web業務為主，包括Web瀏覽、HTTP下載等。業務特性表現為單用戶流量較大、速率要求較高、信令開銷適中、單小區能夠支持的用戶數較多等。

·大分組業務以視頻業務為主，包括Web視頻、微信視頻、FTP下載等。業務特性表現為單用戶流量大、速率要求高、單小區能夠支持的用戶數少。業務分類及基本特征見表1。

2.3 業務感知評價標準

用戶體驗質量（quality of experience,QoE）是指用戶對業務的主觀體驗，是從用戶的角度感覺到的系統整體性能。因而，用戶體驗質量是客戶對服務商整體滿意度的衡量。

KPI（關鍵網絡性能指標）與KQI（關鍵業務質量指標）是保障QoE和QoS需求的基礎，也是可以直接測量和監測的重要參數。在網絡優化中，它們亦是QoE的關鍵影響因素。

業務感知指標體系如圖2所示。

圖1 小分組業務與大分組業務網絡覆蓋表現的差異性

表1 業務分類及基本特征

圖2 業務感知指標體系

QoE的主觀感知標準在實際應用中無法量化處理，因此需要量化。一般認為，對于數據業務而言，業務等待時間是用戶可感知的網絡體驗標準，但不同業務存在個性的衡量標準，比如對于Web瀏覽業務，頁面打開時間是最重要的業務感知量化指標，視頻業務的初始打開時間、卡頓、馬賽克比例等是主要的量化指標，VoLTE業務的評價指標包括接通率、接通時延、掉話率、MOS值等。

以視頻瀏覽業務為例，通過從生理學、心理學多個角度的業務等待時間忍耐度研究，用戶良好體驗感受的門限為2.5～3 s，即要求用戶從點擊視頻鏈接到視頻開始播放的初始緩沖時延不高于2.5～3 s。視頻瀏覽業務感知標準如圖3所示。

2.4 分業務類型的擴容標準

2.4.1 小分組業務

通過對3省現網22萬以小分組業務為主的小區利用率數據的統計分析，隨客戶數增長，下行利用率和吞吐量增長存在“拐點”效應，通過拐點后，下行利用率和吞吐量不再隨客戶數增長而增長，單客戶感知下降。上行未出現拐點，上行PRB利用率參照原標準，吞吐量門限按50%利用率實際對應值修訂。

取定擴容門限為下行/上行利用率門限分別為40%和50%，RRC數門限為50個，下行/上行流量門限分別為2.2 GB和0.3 GB。小分組業務分析如圖4所示。

2.4.2 中分組業務

通過對以中分組業務為主的小區利用率數據的統計分析，中分組業務類型的小區下行利用率和吞吐量隨客戶數增長而增長，但未發現明顯受限情況，用戶數和吞吐量門限根據現網實際情況修訂。

取定擴容門限為下行/上行利用率門限分別為50%和50%，RRC數門限為20個，下行/上行流量門限分別為3.5 GB和0.3 GB。中分組業務分析如圖5所示。

2.4.3 大分組業務

通過對以大分組業務為主的小區利用率數據的統計分析，大分組業務類型小區隨客戶數增長，吞吐量增長趨緩，存在“拐點”效應，通過拐點后，雖然利用率仍在增長，但吞吐量呈現下降趨勢，拐點處取為擴容門限。

取定擴容門限為下行/上行利用率門限分別為70%和50%，RRC數門限為10個，下行/上行流量門限分別為5 GB和0.3 GB。大分組業務分析如圖6所示。

2.5 VoLTE業務的影響

圖3 視頻瀏覽業務感知標準

圖4 小分組業務分析

圖5 中分組業務分析

圖6 大分組業務分析

對于無線網絡，VoLTE業務的本質是QCI（QoS class identifier）=1的數據業務，即調度優先級最高的小流量數據業務，相對于其他數據業務具有周期性占用資源、上下行流量對稱的特性。VoLTE業務分為語音業務和視頻業務，語音業務每E-RAB流量在數百KB以上，屬于中、大分組業務；視頻業務每E-RAB流量在數MB以上，屬于大分組業務。

從VoLTE測試情況看，語音業務峰值用戶數可達200個，上行PRB利用率可達70%。視頻業務峰值用戶估算5～10個，上行PRB利用率可達70%。

VoLTE業務具有最高優先級，可以擠占其他業務資源。當系統資源受限時，首先滿足VoLTE業務需求，除非VoLTE使用的系統資源超過VoLTE業務擴容門限，因此得到擴容準則1：當系統VoLTE信道資源利用率超出門限且VoLTE用戶數超過門限，需要擴容。當系統資源不受限時，VoLTE和數據業務共享資源，但VoLTE業務會擠占數據業務資源，導致數據業務能夠滿足的容量下降。在資源占用上，VoLTE業務70%資源占用相當于數據業務d%的占用，即二者是等價的。設定可用資源占用率K=已占資源/可占用資源上限，則當VoLTE業務占用X%資源時，K=X%/70%，對應數據業務可占用的資源比例為1-K，即數據業務可用資源門限為d%×(1-K)。因此得到擴容準則2：數據業務擴容門限為d%×（1-X%/70%）。其中d %為數據業務原擴容門限，X%為VoLTE利用率。

圖7 成片擴容聚合度分析

現網業務不含VoLTE業務，因此本次對現網數據的分析不包含VoLTE業務的影響，因VoLTE業務為中、大分組業務，因此當VoLTE業務滲透率較高時，會影響小區的大、中、小分組業務比例。

VoLTE語音業務速率低、網絡承載能力較高，因此不影響資源受限拐點，但會提高有效RRC用戶數門限。現階段可暫時使用基于前述小區業務分類的擴容標準，待VoLTE全面商用后，根據商用情況適時調整擴容門限。

2.6 制定成片擴容標準

4 G網絡流量呈現高度集中的特點，高價值區域，流量集中、明星終端集中、高價值用戶集中。因此，資源精準投放、優先保障價值區域的卓越網絡體驗就顯得格外重要，高價值區域需要提供更好的感知。另外，一個片區內基站的負荷相對均衡，小區間的覆蓋和容量具有互補性，這對成片擴容實施提供了條件。

根據現網數據分析，數據業務增長呈聚合特性，數據熱點基站分布區域集中；從網絡的角度來看，成片擴容有利于減少異頻切換、提高小區吞吐量、保證載波聚合基站的性能。建議在擴容小區聚合度達到一定比例的區域，采用成片擴容的方案。省公司在具體實施時應綜合考慮投資效益、競爭壓力、業務發展潛力，通過擴容小區聚類算法具體確定成片擴容方案。成片小區聚合度因子原則上不低于0.5。聚合度定義=片內達到擴容標準的基站數量/片內基站總數×100%。成片擴容聚合度分析如圖7所示。

3 結束語

用戶業務感知是衡量4G網絡性能的最終標準，用戶感知是影響運營商市場發展的重要因素，也是市場口徑衡量網絡性能的最終標準。面對4G網絡用戶迅猛發展帶來的機會與挑戰，從網絡建設與運營角度來說，應該更多關注端到端的業務質量，關注用戶的真實業務感知，在網絡運營體系、技術分析方法與工具等方面還需要持續探索。