GSM网络资源优化专题

GSM网络资源优化专题,2013年3月,目录,网络资源优化目的及意义,无线网络资源优化手段,无线网络资源优化方法,网络安全保障案例,无线网络资源优化目的及意义,中国移动通信已发展20多年，网络规模和用户群体不断增加；最大的移动运营商中国移动2012年1月份的移动用户数增至6.5544亿，其中包括5394万3G用户。 第二大移动运营商中国联通的移动用户数升至2.0289亿，其中3G用户数为4307万。 中国电信的移动用户数为1.2925亿，其中3G用户为3870万；,图1-1 中国移动与中国联通2008年用户增长,无线网络资源优化目的及意义,随着用户数量的急剧增涨，网络资源投入量也相当巨大；通过中国移动统计数据显示，虽然每年用户规模不断在增涨，但增涨率已经逐步放缓，用户和潜在用户群体基本发掘完成；在网用户的大量增加对GSM网络各个接口、硬件容量等资源都形成了相当大的冲击，为保障网络安全运行同时又能有效提供良好的网络服务质量，那么网络资源的调整与优化必不可少；,图1-2 中国移动2000年至2005年用户数,无线网络资源的优化手段,GSM网络系统是一个十分庞大而复杂的系统，从Um、BTS、Abis、BSC、A、MSC每个一环节都不是无限制的，他们都有自己的承载负荷。这些资源组合在一起要达到一个最少的投入同时拥有最大的容量，就需要通过一定的手段进行优化调整；,流量负荷控制,2.1 结构优化 常见的结构优化调整多应用于基站布局、站址选择；通过合理的布局和天线挂高，可以有效的均衡各小区的业务量，从而优化各小区载频资源的配置。甚至在较高密度业务区域，可以有效降低频率复用度，改善无线网络环境； 组成无线网络的不仅仅是基站，处于网络结构顶端的核心交换网也有存在资源结构调整。例如：MSC组POOL技术使用，就是改变了MSC之间的构建方式，使原来的MSC的负荷得到有效缓解，也可以减少信令流量；,图2-1 MSC POOL开启前后HO和LU消息的对比变化,移动用户在一个池区内部的MSS之间移动，因为其登记的MSS没有发生变化，所以没有Inter MSS handover和Location Update的发生，减少了MSS和HLR的信令开销，促进了网络质量的提高。,由于TD-SCDMA网络建设速度的限制，TD-SCDMA网络在投入使用的初期阶段是不可能拥有和GSM一样的良好覆盖，在覆盖不足的区域，需要用GSM网络来补充支持TD用户的业务需求，即在没有TD网络覆盖的情况下TD用户将切换到GSM网络上。如果TD网络的RNC和GSM网络的BSC分属不同的核心网设备，那么伴随着这个切换的过程就会有一个Inter-MSS handover的信令交互过程；这种跨MSC的信令过大就会对现网的MSC资源产生巨大的压力；,图2-2 2G/3G共核心网的MSC POOL组网结构图(单池),2.2 负荷均衡 负荷均衡是无线网络资源优化中最常用方法，通常使用在话务量均衡、PCU负荷、LAC负荷等方面。这种方法也是最快最有效解决无线资源利用不充分以及网络资源高负荷的手段。2.3 参数调整 参数调整也可以达到无线网络资源优化的目的，通常参数不合理会导致一些资源的浪费，可以通过参数优化，使整个网络无线资源能充分利用，减少不必要的网络投资；2.4 新技术应用 在某些资源受限情况下，使用一些新功能和技术也是有限解决资源问题的常见方法；比如使用扩容CCCHE信道（需要BSC版本S14支持），增强行动态SDCCH功能；,使用Increased Dynamic SDCCH Feature后，我们可以在BSC下查看到该功能状态。通过KPI数据统计发现，SDCCH信道数量增加，拥塞率下降；,针对GSM网络资源优化内容，常见的优化对向包括以下几个方面：BSC、PCU资源载频及时隙资源License资源传输资源、DAP时隙资源LAC资源优化,3.1 BSC内各单元负荷 诺基亚的BSC产品是采用分布式控制系统的，整个BSC的负载主要取决于各个计算单元（含有微处理器单元）的负载。计算单元包括操作维护单元（OMU），标识/无线管理单元（MCMU）、BSC信令单元（BCSU）。位于NOKIA BSC第三层机框内。 按照芬兰产品线给出的说明，BSC允许的负载安全门限可以高达80%， 但是这个门限值是以诺基亚标准话务模型为依据的。当BSC的计算机单元负荷超出门限值时，会引发告警1014 PROCESSOR LOAD RATE ALARM LIMIT EXCEEDED。同时，会触发过载保护机制，限制部分寻呼和信道资源请求。,目前在中国运营的诺基亚网络，为确保网络的稳定运营，在设定负载安全门限的同时，一般采用计算机单元负荷60%作为预警值。因为在降低负荷安全门限的同时会降低过载保护机制的触发门限，故建议对负载安全门限不作修改。当CPU的日常负荷低于60%的安全门限时(或者说平均负荷), 可以认为在安全的范围内,但不排除某些时候出现PEAK LOAD大于这个门限的情况,只要不是频繁出现,并且没有出现过载的告警,则对系统的影响不大。,右表中数据为河南信阳2008年国庆节&中秋节前BSC内各主要单元负荷情况。从数据中发现一共有6个BSC各类单元负荷不同程度超过了60%境界值，为了保障网络在节假日的话务高峰期正常运行，适当应该采取一定的优化措施：1、对高负荷的BSC进行割接，将部分BTS分离出去，割接到邻近BSC内；2、控制BSC内部分业务量高的区域的BTS接入参数或者基站发射功率；,Pentium 3 处理器单元CP816-AC,Plug-in units:CP816-ACSWPRO-CESB24-APSC6-AB,3.2 BSC CP资源负荷 BSC CP负荷是和话务量，确切的说与CP处理的工作数成正比。处理工作数越多负荷越高，每种类型的CP资源处理能力都是一定的，当CP负荷过高时，会导致系统重启或者拒绝请求拒绝。在Flexi BSC中， MCMU、OMU、BCSU三个功能单元都含有CP816-AC计算机模块。,当BSC统计周期内的CP负荷达到黄色预警时需要密切监控;当达到红色预警值时，则该BSC的主控MSC将可能会进入CP限呼的危险状态。BSC CP负荷预警门限取值分别为：70（红色预警门限）、55（黄色预警门限）。,对于BSC的CP负荷，一般要长期关注，防止节假日等话务增加的过程中造成超负荷的情况，一般如果出现过高负荷优化措施如下：1、对BSC进行割接。2、BSC下属基站进行业务量控制（降低基站发射功率，控制接入电平等）3、控制定向重试、功率控制、动态半速率信道、重发次数、寻呼等参数用以减少BSC内相关判决的计算来减小CP负荷。（应急使用）,3.3 PCU资源优化 在NOKIA设备系统中，对于PCU有PCU拥塞指标和PCU负荷评估方式。PCU拥塞计算公式如下： sum (gprs_ter_ug_rej_due_lack_pcu)100% x - sum (gprs_ter_upgrd_req)Counters from table(s):p_nbsc_traffic,PCU负荷计算方法如下：PCU下所有BTS的GPRS时隙数+所有DAP时隙数*4- X 100% PCU时隙处理能力 由于PCU拥塞对数据业务下载速率有非常大的影响，因此PCU资源优化是数据业务资源优化重点之一。PCU拥塞指标是作为日常监控观察使用。PCU负荷主要是在PCU前期规划和后期资源调整中进行参考。,目前NOKIA设备中PCU类型主要有两种类型分别是PCU2_E和PCU2_D，时隙处理能力为1024和256；对于PCU进行资源优化前就有这样一个问题，PCU负荷计算过程中使用的是BTS的所有GPRS时隙，那么这个值一般不是固定的，随着业务量而变化。那么如何在进行PCU规划时进行相对精确的估算呢？ 通常经过优化，一般BTS占用的GP信道数大概就是CDEF信道数，所以在规划PCU资源时，我们就取CDEF信道数了，同时PCU负荷是控制在80%以内的，预留了20%空间留给域升级的。 通常PCU资源优化方法：1、调整PCU下属BTS，分离一部分BTS到其他低负荷的PCU下2、调整PCU下属BTS的CMAX、CDEF、GTRX参数3、增加PCU（有部分BSC存在空闲PCU）,3.3 载频资源优化 无线网络资源中载频资源优化是日常优化中调整最多最频繁的。时隙的多少直接决定了业务量的承载能力。移动业务量随人口流动变化波动较大，因此载频资源优化在日常工作中是最为频繁的。 根据话务量ErlB表我们可以在话务量与信道之间相互转换。一般日常资源优化可按照下表数据进行:,步骤如下：1、统计一段时间周期内每天的峰值话务量；2、将连续每天的话务量峰值取平均值；3、将平均峰值话务量增加30%的冗余；4、根据每个小区30%的冗余后的话务量求出每个小区需求的信道数；5、统计每个小区的平均数据业务占用信道数，计算出话务可用信道；6、与预计需求话务信道对比即可完成对该小区的资源配置的计算；,无线网络载频资源优化除了这种日常小区级资源调整外，另外一项就是全网的资源利分布上的优化。结合GSM网络覆盖区域特点，城区、县城等密集区域资源密度大，农村、山区等为了保障覆盖在很多话务量稀少以及边界地带的地区都存在的一定的资源浪费。,信阳超闲小区主要为小配置基站，小于等于2块载频的小区为287个，占全部比例为59.06%，3块载频的小区为114个，占全部比例的23.46%。,信阳超闲小区主要集中在山区农村，占49.79%共有242个小区，平原农村占17.49%共有85个小区。,通过分析资源闲置分为以下几种情况：位于铁路、高速公路等重要路段，这些小区由于节假日等运输流量增大容易引起拥塞，特别是处于LAC边界的小区更容易导致SDCCH拥塞。位于重要旅游景点，这些小区周末和节假日无线利用率较大。位于政府机构、重要小区、室内覆盖。这些小区为了保障优质良好的通信服务质量，通常配置较大无线资源，防止其中一块载频出现故障引起服务质量下降。位于地市、省边境，这些小区通常配置为34块载频，为了保障不出现大量位置更新使SDCCH出现拥塞。基站配置原因。一些小区为了提高EDGE小区覆盖率，配置为主、从BTS分离模式，主BTS一般为12块载频偏远山区农村的覆盖站（NOKIA Ultrasite)每山区都为2载频。,全网无线利用率较低的超闲小区中载频数大于2块的累计200个小区，其中不能进行减容的有122个小区，可以进行减容的78个小区，根据以上不能减容原因和分类情况见下表：,对于这些无线资源分布不均衡的小区通过分析得出结论是：地市、LAC边界资源浪费比例最大，其次就是重要重要区域和基站的站型配置。针对这种无法进行实际减配的基站进行资源调配可以采取以下几种措施：1、能够进行业务量转移控制的尽量使用参数进行业务量控制，然后对其进行减配；2、由于NOKIA系统单载频最大支持2个时隙SDCCH信道，对于铁路、高速的LAC边界存在严重的SDCCH信道不足而大量扩容载频的情况，这些区域典型的话务量少而导致载频资源浪费。可以通过Increased Dynamic SDCCH Feature功能改善以提高资源利用。3、Segment模式BTS改为混合模式，目前手机基本上都是支持EDGE的，改为混合模式后可以更充分利用载频资源。,3.4 时隙资源优化 在硬件资源一定的情况下，时隙资源的分配（用于话音业务和数据业务）就是通过合理调整话音业务和数据业务信道，达到资源的有效利用。NOKIA系统中数据业务通过域升级来获取更多的GP信道资源，在话音业务闲时段，如果达到域升级的条件，那么就会将空闲的信道资源转换为可用的GP信道资源，即使目前数据业务不需要更多的信道。 要合理分配数据信道与话音业务信道，就要设法提高数据业务信道利用效果。EGPRS理论上单时隙最大速率为59.2kbps，而实际上很多小区单时隙吞吐量很低，提高传输效果就能减少对资源的浪费。从优化思路上看，可以对相关参数、分配策略、TBF释放策略等进行优化； 常见的控制域升级我们可以调整CSU、CMAX、GTRX、CDEF等参数；提高EGPRS网络覆盖范围，减少使用GPRS； 根据目前全省考核要求，提高PDCH承载效率的计算方法和影响因素间如下：,每PDCH承载效率,RF的平均吞吐率,平均PDCH激活数,对于一个没有大量拥塞的固定的话务区域，这个值不会随着网络或参数的调整而变化。,减少PDCH的传输时间，或减少PDCH的使用个数，那么就能提高每PDCH吞吐率。,影响因素,对PDCH承载效率影响最大,从无线时隙分配情况看（采集的是10:00和21:00两个时段郑州BSC最近一周平均值） 从图上可以看到：网络为终端分配4个时隙的比例平均在86.93%，考虑到支持4时隙的手机的渗透率没有达到100%，可以说手机每次业务都能分配到自己支持的最大时隙数。网络目前在PDCH分配策略上是按照手机终端支持能力进行PDCH分配的。,在诺基亚网络环境下对不同的业务进行测试，测试结果如下： 从上表可以看出： 移动QQ、移动飞信、手机证券等小数据量业务的上下行PDCH承载效率都非常低； WAP浏览的效率稍高； 彩信在数据传输方向的效率相对较高，约为12kbps左右； FTP下载的下行方向可达到34kbps左右，而同期的上行PDCH效率只有3.4kbps左右。 手机使用不同业务时，网络分配的时隙数据都在3个以上，与业务类型无关。,为了解不同业务在总业务量占比情况，我们对核心网根据郑州BSC级Gb应用层统计，,在整个抓包期间，腾讯公司的手机QQ业务请求数占比55.42%，流量占比35.23%,而QQ的信道利用效率仅有0.65kbps/PDCH。,现网EGPRS可以使用MCS9调制编码方式，最高速率为59.2kbps，GPRS使用编码方式，最高速率为13.4kbps，统计现网EGPRS与GPRS承载效率情况如下图所示： 可以看出，河南各地的EGPRS承载效率比GPRS略高，但与GPRS一样，都达不到理论的承载速率，但通过扩大EGPRS开通范围，是可以一定程度上提升信道利用效率的。,为了避免用户重复建立TBF，在用户数据块传输完毕后，会把占用的信道保留一段时间，系统默认时间是1秒，统计现网TBF持续时长如下图所示： TBF平均持续的时间都不超过4秒，大多数的BSC的TBF平均持续时间都在2.5秒到3秒之间。考虑到释放延迟参数的设置，有效传输数据的时间更低，因此减少TBF延时释放时间可以提升PDCH有效传输数据的时间比例，从而提高信道利用率，对此我们进行延时释放的参数试验。,我们进行了下行TBF延时释放参数优化试验，TBF持续时长、下行TBF数量和PDCH承载速率分别如下图所示：,对一个BSC的TBF延时释放参数进行修改，从1000ms降低到400ms后，TBF持续时间降低近50%，可见现网中占用无线资源但没有数据块传输的情况还是较为突出；参数修改后下行TBF数量增加。 TBF释放时延对PDCH承载效率的改善情况仍需在不同业务场景下进行研究。,小包检测方案基于PDU的长度来实现。如果PDU的长度不超过某一阀值（250bytes）则默认按照单时隙进行分配，而当PDU长度超过小包门限，会立即恢复按照手机终端多时隙能力的分配机制。该机制也可以立即针对信令交互起作用。,ping测试时，当数据包小于250Bytes时，BSC为用户分配一个时隙，当数据包为250Bytes或大于250bytes时BSC为其分配4个时隙,开启小包检测功能后对比，WAP页面首页显示时间，而GPRS GPRS Attach时间、PDP激活时间、图铃下载速度以及FTP下载速度基本上变化不大。,PDCH承载效率有很明显的提升，同时PDCH时隙占用明显减少。减少了GP信道的资源浪费。,3.5 License资源优化 GSM网络系统是一个硬件与软件相结合的系统，NOKIA等各类设备厂商对网络资源除了硬件资源上限制外，在软件资源上也有限制。这其中主要允许使用数据业务载频数量限制、EGPRS功能载频数量限制、PCU数量限制等。,ZW7I:FEA,FULL:FSTATE=ON,;FlexiBSC XYBSC35 316453 2011-07-25 11:43:07FEATURE INFORMATION:-FEATURE CODE:.673 FEATURE NAME:.GPRS FEATURE STATE:.ON FEATURE CAPACITY:.800- FEATURE CODE:.4 FEATURE NAME:.EDGE BSS Fnc FEATURE STATE:.ON FEATURE CAPACITY:.618-FEATURE CODE:.73 FEATURE NAME:.Flexi EDGE BTS Operating SW FEATURE STATE:.ON FEATURE CAPACITY:.1124,ZW7I:UCAP:FEA=4;FEATURE CODE CAPACITY USAGE REQUEST STATUS- 4 84 SUCCESS,每种License资源都有一个代码，可以MML指令查看每种代码的License资源使用情况。如下：就为EGPRS载频使用数量为84，前面查看到最大支持618个。 以EGPRS载频资源为例，在License资源有限的情况下，可以将更多的License使用在数据业务高的BSC内，在农村、山区覆盖BSC可以减少一些License。避免在日常网络优化过程中，在进行EGPRS信道调整时，因License受限，而无法开启更多的EGPRS信道。,3.6 传输及DAP时隙资源优化,GSM系统中一条传输划分为32个时隙，NOKIA系统中时隙编号从0至31。一般0时隙是用作同步，31时隙作为操作维护管理使用。 一般一条传输最大允许分配给12块载频使用。从编号1开始，每两条时隙（64kbps）分配给一块载频，从编号25开始分配给载频信令使用； 如果使用12载频配置，每条载频信令允许配置到32kpbs。NOKIA系统中对于使用EDAP时隙一般规范要求从24时隙开始向上占用。,传输时隙资源优化包含以下几种情况：1、时隙数据混乱，传输资源分配不合理2、DAP时隙资源不足传输及DAP资源优化需要注意一下几点：NOKIA一般规范要求一条传输尽量不适用到两个不同的机柜中，载频话务时隙和信令时隙按照顺序占用。一个逻辑小区的EGPRS TSL 和EDAP（ DAP + TRXsig + TCHs）必须位于同一条PCM线上一条PCM可以配置多个EDAP，但同一个EDAP不能配置在不同的传输线上EDAP_TSLS增加会给PCU负荷带来压力EDAP时隙大小最大值不能超过12EDAP绑定载频数理论上不能超过20块一个BSC下最大DAPs数量不能超过480（不同版本BSC有所不同）,根据对EGPRS网络数据调查和优化经验，当EDAP拥塞（Dap_12）达到一定程度后，对小区的编码方式和吞吐量会造成明显的影响，将直接影响数据网络性能。EDAP优化时采用多天的EDAP KPI进行综合统计分析，基本原则如下：当EDAP的拥塞率DAP_12大于2%，并且EGPRS数据流量和GPRS数据流量的比例大于1，PSDL流量大于1500Byte的进行加2个时隙，即264k； 对于DAP_12介于1.5%和2%之间时，并且EGPRS数据流量和GPRS数据流量的比例大于1，PSDL流量大于1500Byte的进行加1个时隙，即164k；,3.7 LAC资源优化 为了保障网络安全运行，一个LAC的寻呼量和话务量都有一定的负荷限制。寻呼量和话务量过高，会发生寻呼删除。如果出现较大量的寻呼删除，会有用户感受到电话打不通，或者短信、电话接不到。LAC优化的主要问题就是考虑寻呼容量和LAC边界问题。LAC区寻呼容量,AGBLK参数AGBLK参数确定在一个复帧中有多少寻呼模块用于AGCH模块。AGBLK0表示没有寻呼模块用于AGCH；AGBLK1表示1个寻呼模块用于AGCH。如果开通小区广播业务，而且不是组合BCCH，必须定义AGBLK1。由于用户容许接入优先于系统寻呼，因此，在没有其它要求时，应定义AGBLK0。在假设AGBLK0的条件下，讨论系统的寻呼容量。MFRMS参数MFRMS参数确定在寻呼组中寻呼消息的间隔。例如MFRMS9表示系统对每一组移动用户的寻呼时间间隔为9复帧，大约每隔2.1秒（9235.4）寻呼一次移动用户。MFRMS和AGBLK共同确定小区的寻呼组。寻呼组与MFRMS及AGBLK的关系为： 寻呼组(3AGBLK)MFRMS (使用于组合BCCH信道) 寻呼组(9AGBLK)MFRMS (使用于非组合BCCH信道),在逻辑上BCCH分成复帧结构每一个复帧为235.4ms。不同的控制信道结构有不同的内容，寻呼容量也不同。组合BCCH信道每复帧只有3个寻呼模块。非组合BCCH信道每帧有9个寻呼模块。(上图：每4个TDMA Frames为1个寻呼模块)由于GSM采用广播寻呼，因此寻呼一个用户必须在用户登记的位置区域内LAC的所有小区上发送寻呼用户的消息。组合BCCH会限制系统的寻呼容量。理论上计算出每秒的寻呼模块数组合BCCH每秒的寻呼模块数为3/235.4ms12.75.非组合BCCH每秒的寻呼模块数为9/235.438.25为了计算BTS的寻呼容量，应首先评估使用IMSI及TMSI寻呼参数之间的关系。一个寻呼模块可以携带4个TMSI或2个IMSI，假设有25的二次寻呼使用IMSI，则每个寻呼模块的寻呼次数为： 4/(125%)3.2BTS的每秒钟最大寻呼次数的理论值为： 12.753.240.8 （组合BCCH） 38.253.2122 （非组合BCCH）,考虑到自动重发一次寻呼 122X3600/220万 次/小时 由于目前普通较常见的ABIS口信令都采用32kbps，寻呼消息大小为21byte，一般情况下LAPD的信令负荷是控制在50%以下较安全，LAPD信令中一般60%为寻呼消息，那么ABIS口的理论寻呼负荷上限为： 50%3200060%/8/21=205704次/h 因此对于32kbps信令链路而言，无论寻呼参数设置如何，最大寻呼量都不会超过ABIS口限制的20万次。为了保障网络安全一般在规划时，都是按80%安全值去控制。因此通常LAC寻呼容量是控制在16万左右。LAC区允许的话务量 设置位置区话务容量时，一个重要原则就是位置区的大小不能超过其所能承担的最大寻呼容量，首先讨论一下一个位置区内寻呼容量和话务量的关系?,假设一个话务模型的平均通话时间为60s，短消息引起的寻呼比例为40%(河南移动郑州业务区统计数据)，Abis接口LAPD链路按照32kbit/s考虑，则寻呼容量为205704次/h，假设移动台第一次寻呼时响应的比例为70%，第二次寻呼时响应的比例为30%，其他情况可忽略不计(此数据一般是在Abis口寻呼受限时的情况下，在Abis口寻呼容量没有瓶颈时，寻呼尝试次数往往会设置到56次，一次成功呼叫所需的平均呼叫次数可达23次)，则每小时产生的被叫话务量为 20570460%/(1+30%)/60=1582.34 (Erl) 若假定主被叫比例为11(目前河南移动全网主被叫比例约为4.55.5，郑州业务区比例约为11)，则可计算出一个位置区最多可容纳的话务量为 1582.342=3164.68(Erl) 而实际在优化过程中，根据日常部分地市优化数据统计显示，每LAC区话务量控制在2000Erl左右是比较安全的。,LAC进行资源调整重点考虑的就是寻呼负荷不能过高。寻呼量的大小可以在OMC指标中取相关数据查看，如果在规划初期，由于无法预知寻呼量的大小，对于NOKIA系统，一般通过控制区域话务量来划分LAC，也就是LAC下所有BTS总话务量保持2000Erl以内，一般寻呼容量都是比较安全的。在进行LAC资源优化应注意以下几个问题：1、同一个LAC下的所有BTS的寻呼参数MFR、AG尽量保持一致2、周期性位置更新参数或者定时器不能太小，减小信令负荷3、LAC边界不宜设在业务密集区域，避免频繁的位置更新造