GSM网络寻呼承载能力及突发应对策略分析

1、GSM网络寻呼承载能力及突发应对策略分析0  前言         GSM系统是我国数字移动通信的骨干网络，自1995年投入商用以来，网络规模和用户数量都得到了迅速的发展。在网络容量日益增加、网络结构趋于复杂、用户感知要求更高的现在，打造一个全覆盖、大容量、高质量的GSM网络成为了运营商不断努力的方向。         随着网络规模和用户数量的迅猛发展，人民生活水平的不断提高，GSM网络承载的业务量也屡创新高。尤其值

2、得关注的是节假日短信对网络的冲击，据统计，2008年春节长假期间全国手机短信发送量超过170亿条。以中国移动北京分公司为例，除夕短信忙时出现在20：00-21：00之间，业务量为4 025.9万条，0：00出现短信高峰，每秒近2万条，与去年峰值相比增加近50%。短信突发对网络容量提出了很高的要求，尤其是GSM网络的寻呼承载能力已经逐步成为了制约网络健康发展的瓶颈，如何应对寻呼量突发对网络造成的影响值得在实践中进行探索。 1  GSM网络寻呼流程         GSM网络存在TMSI寻

3、呼和IMSI寻呼2种寻呼方式。在GSM系统中，每个用户都分配了一个唯一的IMSI，IMSI写在移动台的SIM卡中，长8字节，用于用户身份识别；TMSI由VLR为来访的移动用户在鉴权成功后临时分配，仅在该VLR管辖范围内代替IMSI在空中接口中临时使用，且与IMSI相互对应，长4字节。因此空中接口的寻呼信道在使用IMSI 方式寻呼时，寻呼请求消息中只能包含2个IMSI 号码，而使用TMSI 方式寻呼时，则可以包含4个TMSI号码。因此，使用IMSI 方式寻呼带来的寻呼负荷会比使用TMSI 方式寻呼增加一倍。    &

4、#160;    当一个LAC下的移动台被寻呼时，MSC从VLR中获得移动台当前所处的位置区号（LAI）后，将向这一位置区内的所有BSC发出寻呼消息。BSC收到寻呼消息后，向该BSC下属于此位置区的所有小区发出寻呼命令消息。当基站收到寻呼命令后，将在该寻呼组所属的寻呼子信道上发出寻呼请求消息，该消息中携带有被寻呼用户的IMSI或者TMSI号码。移动台在收到寻呼请求消息后，通过随机接入信道（RACH）请求分配SDCCH。BSC则在确认基站激活了所需的SDCCH信道后，在接入许可信道（AGCH），通过立即指配命令消息，将该SDCCH指配给移动台。移动台使用该

5、SDCCH发送寻呼响应（Paging Response）消息给BSC，BSC将Paging Response 消息转发给MSC，完成一次成功的无线寻呼。         一般情况下，如果MSC在发出寻呼消息后，46 s内没有收到Paging Response 消息，则会再次发出寻呼消息，如果46 s内仍没有收到Paging Response，则此次无线寻呼失败，同时，MSC 将向主叫用户发送“用户暂时不能接通”之类的录音通知。

6、 2  GSM网络寻呼理论容量         在MSC下发寻呼至MS整个路由过程中，主要受限于Um接口和Abis接口的传送能力，下面分别着重分析上述2个接口的寻呼理论容量。 2.1  Um接口         根据GSM规范，公共控制信道（CCCH）的配置有2种方式。         a） CCCH和SDC

7、CH共用，也叫组合BCCH，每个复帧可传送3个寻呼组。         b） CCCH和SDCCH不共用，也叫非组合BCCH，每个复帧可传送9个寻呼组。         BTS通过寻呼组广播寻呼请求时，寻呼组有以下几种可能的配置情况。         a） 2个IMSI。      

8、60;  b） 1个IMSI和2个TMSI。         c） 4个TMSI。         根据网络设置的不同，信道设置包含main BCCH的，属于CCCH和SDCCH不共用的情况。每个复帧 （时长为0.235 s）有9个寻呼组，在AGB值设置为1 的情况下，这9 个寻呼组包括1个AGCH和8个PCH，因此，每秒寻呼组数量为 （9-AGB

9、）/0.235=34.04 寻呼/s。         每寻呼组可以传送4个TMSI寻呼或2个IMSI寻呼，1个TMSI寻呼占1个寻呼组的1/4，1个IMSI寻呼占1个寻呼组的1/2。若所有寻呼均采用TMSI寻呼方式，那么可以计算出，在采用非组合BCCH情况下，Um接口每秒最大寻呼次数为 34.04×4=136.16次/s         每小时能完成的寻呼次数为 136.16×3600=490 176次/

10、h         在采用组合BCCH情况下，若AGB值设置为1，这3个寻呼组包括1个AGCH和2个PCH，因此，每秒寻呼组数量为 （3-AGB）/0.235=8.51寻呼组/s         若所有寻呼均采用TMSI寻呼方式，那么可以计算出在采用组合BCCH情况下，Um接口每秒最大寻呼次数为 8.51×4=34.04次/s         每小

11、时能完成的寻呼次数为 34.04×3600=122 544次/h        从上面的计算可以看出，采用组合BCCH时的寻呼能力为非组合BCCH寻呼能力的1/4，因此当网络话务量较高，网络配置比较大时，为了保证系统能够提供足够的寻呼能力，应当采用非组合BCCH的信道配置方式，以提高位置区内的寻呼能力。以上计算均是按照寻呼成功率较低的TMSI寻呼方式，若按照IMSI寻呼方式计算，则各种情况下的最大寻呼能力均要减半。 2.2  Abis接口     

12、;    Abis接口中的寻呼信息在LAPD信令链路中传送，寻呼消息（包括帧校验序列FCS和标头flags）字长为21个字节，根据现有GSM网络运营经验，一般情况下LAPD链路信令负荷中约60%为寻呼消息，那么，当采用32 kbit/s的LAPD信令链路时，Abis接口可以承载的寻呼容量最大为 32 000×60%×3 600/（8×21）=411 429次/h         当LAPD信令采用64

13、60;kbit/s链路时，Abis接口可以承载的最大寻呼量为 411 429×2=822 858次/h        以上计算均没有考虑LAPD信令链路的负荷控制问题，实际在进行网络配置时，为避免信令拥塞和丢失，一般把LAPD信令链路负荷控制在50%以下。         在寻呼量不超限的前提下，TMSI寻呼方式的成功率一般低于IMSI寻呼，因此大部分GSM网络设置为IMSI寻呼方式，Abis接口LAPD信

14、令设置为64K。通过对Um接口和Abis接口寻呼量的理论承载能力分析可知，当寻呼量出现突发时，一般受限于Um接口的寻呼下发能力。 3  寻呼承载能力对位置区承载话务量的限制         LAC区域的划分应均衡位置更新和寻呼负荷2项指标进行。如果一个LAC区范围过大将导致寻呼负荷过载，造成寻呼信息丢失；LAC区范围过小虽可以降低寻呼负荷，但同时也产生了更多的LAC区边界，使移动的MS频繁进行位置更新，浪费系统信令资源，不能响应寻呼，影响网络掉话率和接通率指标。因此需要合理平衡上述2种约束条件，

15、下面从Um接口的寻呼承载能力分析一个LAC区的最大话务承载能力。         以天津移动GSM网络寻呼设置为例，进行以下相关计算。系统2次寻呼均采用IMSI寻呼方式，系统采用非组合BCCH，AGB值配置为2。         则理论最大寻呼承载能力为 （9-2）×2×1 000/235.4=59.47次/s=214 104次/h      &#

16、160;  在以上寻呼能力确定后，重要的就是用户模型的取定，用户模型将直接确定每一寻呼区话务量大小。仍以天津移动GSM网络用户模型为例进行相关计算。         首次寻呼成功率90%，二次寻呼成功率50%，平均通话时长40 s，有50%的话务为被叫，呼叫和短消息比例取定为11.8，忽略数据业务被叫统计，则1Erl话务对应的呼叫数为 3 600×0.5×（1+1.8）×（1+10%）/（90%+10%×50%）/40=145.9次/E

17、rl         根据用户模型的取定以及寻呼能力的计算得到一个LAC区允许的最大话务量为 214 104/145.9=1 467 Erl         按照天津移动GSM网络单机模型0.028 Erl/用户核算，一个LAC区允许承载的最大用户数为 1 467/0.028=52 393个 4  GSM网络寻呼量突发特点及应对策略 4.1 GSM

18、网络寻呼量突发特点         根据近年来重要节假日寻呼量突发的特点和趋势，大型居民区、大型娱乐场所、大学聚集地等均为寻呼量突发显著的区域，其中短信突发又是造成寻呼量突发的最主要因素，尤其是在春节、元旦和中秋节等人们比较重视的节假日前日或当天，短信突发最高可达到平日的十几倍甚至几十倍。         下面以天津移动GSM网络某LAC区2007年12月30日0：00至2008年1月1日22：00期间70个小时的寻呼量统计为例，分析寻

19、呼量突发特点，图1为该LAC区的寻呼量统计曲线图。         该LAC区内有多个大型居民区和多所大学，因此1月1日0：00由于新年的到来，导致用户集中使用各项业务，尤其是短信业务突发严重，造成该时段寻呼次数明显攀高。到凌晨1：00寻呼量明显下降，上午9：00随着用户逐渐开始使用移动电话造成寻呼数量大幅增加，在关闭二次寻呼后10：00寻呼量明显下降，下降至前一时段寻呼量的10%20%后保持平稳态势。         从图1中不难发现

20、，节假日寻呼量突发存在以下特点。         a） 时段性强：不同节日的寻呼量突发时段有所区别，例如元旦一般突发情况发生在新年0：00左右，新年第一天中午前尤其是9：00-10：00时段达到峰值；而春节一般从除夕上午寻呼量即开始逐步攀升，除夕晚上达到峰值。         b） 突发能力强：近年来在节假日寻呼量突发时段的寻呼突发能力呈现逐年上升的趋势，祝福电话和祝福短信等行为习惯已经被越来越多的人所接受，从图1可

21、看到，该LAC区在新年0：00时的寻呼量和短信收发量分别为12月30日0：00的30倍和10倍。         c） 多种业务并发：近几年的节假日寻呼量突发已经不单纯由话务量突发引起，而逐步演变为通话业务、短信业务和彩信业务等多业务并发，尤其是短信突发对网络的冲击效应越来越明显。 4.2  GSM网络寻呼量突发应对策略         GSM网络寻呼量的突发如果超过了网络最大承载能力，会在很大程度上影响网

22、络质量和用户感知，接通率等指标将严重降低。为了消除或减小寻呼量突发造成的不利影响，可采取以下策略应对GSM网络的寻呼量突发。         a） 合理规划LAC区：在规划LAC区时，首先要充分考虑该网络的寻呼机制和用户使用习惯，因地制宜地均衡寻呼负荷和位置更新2个约束条件，并为寻呼量突发预留一定的容量。         b） 合理设置寻呼机制：位置区的容量与寻呼机制密切相关，与AGCH设置、BCCH 的组合方式、T

23、MSI或IMSI寻呼方式设置有直接的关系。当一个位置区中的AGB和BCCH的组合方式不一致时，位置区的容量由其中容量小的小区决定，因此，在位置区规划时应保持一个位置区内各BTS的AGB和BCCH组合方式设置一致，例如在高话务密度的市区或业务区，最好采用非组合的BCCH方式，尽量采用TMSI寻呼机制。 c） 合理配置Abis接口LAPD信令：LAPD信令的配置直接影响网络寻呼容量，一般应配置LAPD信令在64 kbit/s以上，使系统寻呼容量不约束在Abis接口。         d） 合理运用紧急网络调整策略：当网络受到较高寻呼量冲击时，常规的网络规划方法很难起到好的效果，需要利用一些紧急网络调整策略。例如关闭交换机二次寻呼功能，减小LAC区覆盖范围、修改网络寻呼机制等，这些非常规的网络调整策略往往能将高寻呼量对网络的冲击危害降到最小。当然，在网络渡过寻呼量突发时段后应按照常规网络规划方法对网络进行重新设置。 5  结束语       &