全国核心论文TDS高负荷场景特征分析与应用

　　【摘要】为研究TD网络高负荷场景下对网络性能指标的影响，对比分析了在整体网络高负荷持续升高的场景下，对CS业务、普通PS业务、HSDPA业务和并发业务指标的影响，结果表明网络整体负荷大于60%以后，由于上行码资源受限，网络整体性能指标开始恶化，用户感知变差。针对网络高负荷问题主要通过拥塞控制解决，并提出了合理的优化措施，为降低网络高负荷提供了理论依据和指导。

　　【关键词】全国核心论文,高负荷,用户感知,拥塞控制

　　1 引言

　　随着网络规模的扩大以及用户数的增多，TD-SCDMA网络负荷将进一步加大。如何在高负荷的情况下为用户提供高质量的网络服务是摆在运营商面前的一个难题，因此有必要对高负荷场景的特性进行研究。

　　2 TDS的时隙结构研究

　　2.1 R4载波的时隙分析

　　现网R4载波上下行配置为2：4，即上行2个时隙，下行4个时隙，从理论上计算，上下行资源比例为1：2，即上行码资源利用率达到100%时，下行资源利用率仅有50%(R4业务上下行对称，此时下行只有一半时隙即2个时隙被占满)，总体码资源利用率仅有66%左右，此时上行受限，用户接入失败，感知较差。图1为R4载波时隙占用场景，表示目前有9个语音用户，上行资源使用要远低于下行资源，上下行资源使用不平衡。

　　2.2 HSDPA载波的时隙分析

　　以HSDPA(High Speed Downlink Packet Access，高速下行分组接入)载波上下行配置为2：4为例，对HSDPA载波的时隙进行分析。

　　从时隙配比看：目前TD网络定位为数据业务网络，上下行业务需求差距较大，采用2：4时隙配比，在上行速率设置为64kbps的情况下，上行业务只能支持3个用户，下行支持6个用户，上行资源要远低于下行资源，上下行资源不平衡。

　　从编码方式看：HSDPA业务下行采用高阶解调方式(16QAM)，可以承载更多的业务;而上行依旧使用8PSK进行调制，拉大上下行的承载差距。由于下行编码更加有效率，即下行可以提供一个时隙560kbps，而上行单时隙只可以提供128kbps，上行效率为下行的28%左右，上行一个码道支持速率 8kbps，下行支持速率35kbps。

　　从信道方式看：下行业务信道为共享调度方式，上行为专用方式。上行最小为16kbps(占用两个码道)，随着上行升速，用户需要占用的上行码道更多，容易加剧上行码道的不足。

　　从用户行为看：从目前的用户行为，特别是高校区域用户行为看，基本上为即时通讯类业务，如QQ、飞信、微信等，该业务无业务时占用伴随信道，因此从现网统计来看，当上行利用率达到90%以上时，下行利用率只有40%左右。并且即时通讯类业务的上下行流量基本相当，上下行信道方式和编码效率的差异导致每次业务占用的资源上行码道资源要远高于下行码道资源。

　　目前现网配置上行初始接入速率均为16kbps，根据DCCC(Dynamic Channel Configuration Control，动态信道配置控制)策略自行升速降速。图2为H载波时隙占用场景，表示目前上行64kbps业务2个用户，上行32kbps业务1个用户，上行16kbps业务3个用户。可以看出，上行TS2被2个64kbps用户完全占用，上行资源使用要远低于下行资源，上下行资源使用不平衡。

　　3 基于现网数据的高负荷场景分析

　　3.1 网络负荷与网络性能指标分析

　　(1)网络整体负荷与网络性能指标分析

　　网络整体负荷与网络性能指标趋势如图3所示：

　　◆从网络性能指标和网络整体负荷趋势来看，当网络整体负荷大于60%时，网络无线接入性能指标率有不同程度的降低;

　　◆从网络性能指标和网络整体负荷趋势来看，当网络整体负荷大于60%时，PS域无线接通率降幅最大，约为4%，成为影响整体指标的主要指标因素。

　　(2)网络整体上下行负荷与网络性能指标分析

　　网络整体上下行负荷与网络性能指标趋势如图4所示：

　　◆从网络性能指标和上下行负荷趋势来看，当网络整体负荷大于60%时，网络整体无线接入性能指标下降的主要因素是上行网络资源受限;

　　◆从网络性能指标和上下行负荷趋势来看，当网络整体负荷大于60%时，上行码资源利用率已经达到100%，从而影响整体网络性能指标，尤其是PS域无线接通率指标急剧下降。

　　(3)网络整体负荷与不同网络业务性能指标分析

　　根据话务模型，分业务对网络指标性能和网络整体负荷进行统计分析，如图5所示：

　　◆从不同业务性能指标与网络整体负荷趋势来看，当网络整体负荷大于60%时，不同业务的网络性能指标有不同程度的降低;

　　◆从不同业务性能指标与网络整体负荷趋势来看，当网络整体负荷大于60%时，普通PS业务无线接通率降幅最大，约为30%，成为影响整体指标的主要业务类型因素。

　　(4)网络整体上下行负荷与不同网络业务性能指标分析

　　网络整体上下行负荷与不同网络业务性能指标趋势如图6所示：

　　◆从不同业务性能指标与网络整体负荷趋势来看，当网络整体负荷大于60%时，不同网络业务无线接入性能指标下降的主要因素是上行网络资源受限;

　　◆从不同业务性能指标与网络整体负荷趋势来看，当网络整体负荷大于60%时，CS业务无线接通率降幅较HSDPA业务增大;

　　◆从不同业务性能指标与网络整体负荷趋势来看，当网络整体负荷达到60%时，上行码资源利用率已经超过100%，从而影响不同业务网络性能指标，尤其是普通PS业务无线接通率指标急剧下降。

　　(5)网络整体负荷不同阶段话务模型

　　网络整体负荷不同阶段话务模型如表1所示：　　◆从不同负荷阶段话务模型来看，HSDPA业务均为主要业务;

　　◆从不同负荷阶段话务模型来看，随着网络整体负荷的增长，普通PS业务和HSDPA业务的请求次数增幅最大;

　　◆从不同负荷阶段话务模型来看，结合终端能力分析结果，随着整体负荷增长，H载波资源受限后，将会导致PS业务接入R4载波的次数逐步增多，在话务模型上，普通PS业务的尝试次数会大幅增加，占用R4资源。

　　3.2 小结

　　(1)网络整体负荷大于60%以后，网络整体性能指标开始恶化，用户感知变差，网络整体指标变差的根本原因是上行码资源受限。

　　(2)网络整体负荷大于60%以后，上行码资源受限，指标跌幅最大的是普通PS业务。

　　(3)随着网络负荷的增加，结合话务模型，由于HSDPA业务是主要业务，使得R5载波上行码资源首先受限。

　　(4)随着R5载波资源受限，大量PS业务迁移至R4载波，普通PS业务的请求次数增加，R4载波资源利用率攀升，PS业务占用大量R4资源，影响CS业务相关指标，用户感知变差。结合用户忙时分析，由于场景不同业务高峰期叠加，使得指标和用户感知更加恶化。

　　(5)上行码资源受限网络指标下降，整体码资源利用率表现为60%左右，主要是由于TD自身的上下行时隙配置等因素造成的。以R4载波为例，上下行资源配比1：2，当上行码资源利用率达到100%时，下行资源利用率为50%，总体码资源利用率为66%左右。

　　4 高负荷优化策略

　　通过对现网数据的高负荷场景分析，高负荷下网络整体指标恶化，影响用户感知。针对高负荷问题，主要通过拥塞控制解决。拥塞控制的关键点在于：负荷处于较低水平时的负荷分担和控制、负荷逐步升高时的负荷压缩、负荷过高时牺牲低优先级业务保障高优先级业务。贯穿整个拥塞控制都会按照业务 QoS(Quality of Service，服务质量)的不同，提供差异化的服务，拥塞控制策略中针对这种差异化服务定义了不同的优先级，在高负荷场景下提供差异化的业务质量保障策略，在不同的负荷状态下采取有差别的拥塞处理策略。

　　4.1 负荷压缩

　　负荷压缩是在小区负荷达到一定水平后采取的策略，目的是为了压缩部分业务的资源使用情况(根据优先级进行差异化处理)，从而在业务感知和尽可能多接入用户之间达到平衡，提供资源的使用效率。

　　新用户降速接入：当系统负荷已经比较高，业务按照初始接入速度要求申请无线资源失败时，降低初始接入速率，首先保证用户的接入，从而提升用户感知。

　　PS降速(接入过程)：当业务接入小区处于拥塞状态时，业务处于抢占队列中，可以降低优先级较低的PS业务释放出合适的资源给被接入业务使用，提高接入成功率，实现在资源拥塞状态下差异化的服务。

　　PS降速(保持过程)：当系统某种资源的负荷超过“资源预警门限”或“过载门限”时，在RNC(Radio Network Controller，无线网络控制器)当前小区中挑选出部分优先级比较低的用户，对其PS业务进行降速处理，以降低系统负荷，保证高优先级用户的业务质量。

　　DPCH帧分复用：目前DPCH资源的分配是以2码道为最小单位，当业务的数据量较少(小于16kbps)时分配2个码道会造成资源浪费，当系统负荷较高时可以针对小速率的业务或HS业务的伴随进行DPCH复用，即在2个码道上复用多个业务。该策略可以有效地增加接入的用户数以及在业务感知没有明显变化的情况下提高资源的使用效率。

　　4.2 牺牲低优先级业务

　　牺牲低优先级业务策略对用户感知有较大影响，是在系统负荷过高时采取的一种极端策略，目的是维护系统的稳定、保障高优先级用户/业务获得基本服务，从而提升系统的效率。牺牲低优先级业务包括两个方面：一是接入时直接决绝接入;二是网络主动挑选部分保持中的业务强制释放。

　　限制PS业务使用DPCH资源：由于DPCH资源能够提供更好的业务质量保障，当DCH资源负荷较高时可以限制PS业务使用DPCH资源，以保障如语音业务能够有足够的资源接入DCH资源。在RRM算法中，通过设置“PS使用 DPCH资源”门限达到次目的，当小区内承载在DPCH资源上的PS业务超过该门限，则静止PS业务在DPCH上申请资源。

　　及时拆除不活动连接：当业务处于不活动状态中，需及时拆除不活动业务的RAB连接，及时释放资源，增加用户接入。RNC的PS域用户永久在线检测定时器主要针对 Background/Interactive业务。其中，用户不活动定时器T1是当使用PS域业务的用户在超过该定时器时长的一段时间内无数据传输时，PDCP层会向RRC层发送释放本次会话型业务的请求;用户不活动定时器T2是当业务用户不活动定时器T1超时后，PDCP层会向RRC层请求释放该业务，同时启动该T2定时器。如果T2超时后，当前会话型业务仍然没有释放，则PDCP层会向RRC层重复发送释放该业务的请求。

　　HSDPA判决门限：根据用户请求的速率来决定占用H载波还是R4载波，对于低速率请求优先占用R4载波。下行流业务HSDPA门限，该值定义PS域 Streaming业务承载在HS-DSCH(High-Speed Downlink Shared Channel，高速下行链路共享信道)上的速率判决门限，PS域Streaming业务下行最大速率大于或等于该门限才可以用HS-DSCH承载，否则承载在DCH上。下行BE业务HSDPA门限，该值定义PS域Background/Interactive业务承载在HS-DSCH上的速率判决门限，PS域Background/Interactive业务下行最大速率大于或等于该门限才可以用HS-DSCH承载，否则承载在DCH上。提高下行流 /BE业务HSDPA门限有利于分流部分低速率用户，优化载波资源，提升用户感知。

　　5 结束语

　　随着TD-SCDMA网络的快速发展，运营商为了占领网络市场，会大规模投放3G终端，导致全网业务量增加，即将面临高负荷网络所带来的一系列问题。从网络性能指标和网络整体负荷趋势来看，当网络整体负荷过高时，网络无线接入性能指标率会有不同程度的降低。这就需要提前预警，采取应对高负荷的措施来保障用户感知，为运营商打造高品质的 TD-SCDMA商用网络提供强有力的支持。

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