基于Gb口报文对小区重选的研究

基于 Gb 接口报文对 GPRS 网络小区重选问题的统计分析小区重选由 MS 自发或者网络控制，基于 MS 对服务小区和临近小区的无线链路测量报告（经过 C1，C2 算法或者 C1,C31,C32 算法决定是否小区重选） ，广播信道 BCCH/PBCCH的 NETWORK_CONTROL_ORDER 定义了小区重选参数 NC0，NC1，NC2，以及 MS 的GMM 状态决定了 MS 的小区重选行为。NC0:MS 发起小区重选，不用向网络报告。NC1：MS 发起小区重选，需要向网络发测量报告。NC2：网络控制小区重选，需要向网络发测量报告。Stanby 状态 MS 发起小区重选，不用向网络报告。只有 ready 状态的 MS 需要看 NETWORK_CONTROL_ORDER。 小区切换的规程： 1、同 RA 小区切换：当 MS 处于 READY 状态时由一个小区进入同一路由区中的另一个小区，该 MS 会发起小区更新规程。 MS 通过发送一个任意类型的、包含 TLLI 的上行 LLC 帧给 SGSN 来启动小区更新规程。BSS 收到该 LLC 帧后，在相应的 BSSGP 帧头带上新小区的 CGI（含 RAC+LAC）给SGSN，通知其发生了路由区内的小区切换。 2、路由区更新：当 MS 处于 READY 状态时进入新的路由区，或在 STANDBY 状态时周期性路由区更新定时器超时，该 MS 会发起小区更新规程。 MS 通过发送一个任意类型的、包含其 ID 的上行 LLC 帧给 SGSN 来启动小区更新规程。BSS 收到该 LLC 帧后，在相应的 BSSGP 帧头带上新小区的 CGI（含 RAC+LAC）给SGSN，通知其发生了路由区内的小区切换。 小区切换的判断： 1、正常的 RAU 及周期 RAU 信息，更新用户表时检查路由区是否更新。 2、cell notification 信息，即 llc null frame 信息，包含用户最新 lacci，及 tlli 信息（以及不支持此种方式的手机发送的任何包含 lacci&tlli 的消息） 3、其他任何完整的需要更新用户表项的流程，均有可能发生了小区的切换， （例如pdp activate、deactivate、flow ctrl 等消息）更新完表项后会检查小区是否切换，从而更新小区信息，上报 GTPC分析计划 1：一天内共出现 29602 个用户进行了完整的 PDP 激活过程 172558-16213 次。90%的激活过程都是发生在同一 BSC 内部的。其中 39184 次激活是没有数据进行的。最长激活时间为84435s，即统计时间一直在同一个激活过程内。1 Gb 接口的小区重选过程GPRS 网络不存在 GSM 网络的小区切换只有小区重选。即 MS 因为无线链路质量的原因接入新的小区，MS 移动到新小区也是由于新小区的无线链路质量优于原小区，MS 接入新的小区，并受到新小区的系统信息，在新小区重新分配 TBF，小区重选通常要花 23s。小区重选对于 Gb 口的影响是 SGSN 检测到 MS 完成小区重选，数据业务会暂时中断，已经发给 MS 的下行数据如果是发到原小区的有可能由于 MS 尚未来得及接收而需要网络重发，如果 MS 路由区或者位置区发生改变，MS 还要发起 RAU 过程，增加了信令开销。小区重选发生在无线侧 BSS 内，由 MS 发起小区重选和 BSC 发起小区重选两种行为，具体采用哪种方式取决于 MS 的 GMM 状态和无线配置参数如网络控制参数NC0，NC1，NC2 等。小区重选对于 Gb 口的影响在于 MS 需要通知 SGSN 修改 MM 上下文，当有用户数据(SNDCP PDU)传输时 SGSN 需要知道哪些报文需要重发，何时报文需要发往新的小区。PDP 上下文激活后，MS 可以在任意 LLC 帧通知 SGSN 发生了小区重选。用户 A 发生小区重选在 Gb 口可以有 3 种方式通知 SGSN：MS 在 ready 状态：通过上行任意 LLC 帧(MS 如果正在传用户数据，通过 SNDCP PDU 传送，如果不在传数据，发送 LLC 空帧)，NS 层携带有 BVCI，BSSGP 层携带有用户标识 (TLLI)，SGSN 可以据此检查该用户 PDP 上下文中的上一个 BVCI，如果发生变化，则视为小区发生重选。 SGSN需要在 BSSGP 层发起 Flush_LL 消息通知 BSC 处理 SGSN 已经发给用户 A 的报文。MS 在 standby/ready 状态：MS 需要发起路由区更新 RAU 过程，通知 SGSN 是否 RAI 发生变化，主要有 3 种情况：1) MS 移动到新路由区后检查到 RAI 和 SIM 卡中的 RAI 不同自行发起。2) MS 的 RA 定时器超时发起即所谓周期性 RAU 过程。3) B 类 MS(绝大多数 MS)只能串行进行数据或话音业务，即打电话发短信时即使位置移动也不能发起数据业务的 GMM 过程如附着或 RAU，故电路交换业务结束后也需要发起 RAU 过程。即 RAU 过程并不一定用户真的发生位置变化。名词解释：TLLI：用于 Gb 口，MS 和 SGSN 唯一识别一个用户，在相同 SGSN 下与 IMSI 一一对应。BVCI：小区的虚连接标识，一个小区只有一个，静态分配，与小区标识一一对应。2 数据采集和解析本文使用的数据是一个 BSC 下所有 59 个小区从 2010-12-24 00:00:00 开始，至 2010-12-25 00:00:00 结束的 Gb 口全部报文。解析 G B 报文存表 ， 记录P D P 序号 、信息及时间数据 f l a g 置 0检测到小区切换S N D C P 消息P D P 激活 P D P 去活查 P D P存表 ， 记录数据时间流量信息数据 f l a g 置 1输出 t y p e 为 1 ;消息类型为 4的信息到文档 ； 更新小区起始时间 ;数据清零输出 t y p e 为 0和 1 ， 消息类型为 3 的信息到文档是遍历用户表 ， 将未下线的 P D P 信息写入 t y p e 为 0 和1 ， 消息类型为 5的信息到文档t y p e = 0 输出 ：P D P I D , t y p e ( 0 ) , 消息类型 , 上线时间 , 下线时间 , 数据 f l a g , I M S I , l a c , c i , 切换数 , 上一个 l a c , 上一个 c it y p e = 1 输出 ：P D P I D , t y p e ( 1 ) , 消息类型 （ 3 、 5 ） , 第一条数据时间 , 最后一条数据时间 , 当前小区进入时间 ， 当前小区结束时间 ， 当前小区上行流量 , 当前小区下行流量 , I M S I , l a c , c i , 切换数 , 上一 l a c , 上一 c iP D P I D , t y p e ( 1 ) , 消息类型 （ 4 ） , 第一条数据时间 , 最后一条数据时间 , 上一小区进入时间 ， 切换小区时间 ， 上一小区上行流量 , 上一小区下行流量 , I M S I , l a c , c i , 切换数 , 上一 l a c , 上一 c i还有报文否S N D C P 消息获取报文时间判断第一条报文计算时间间隔点 （ t i m e 1 、 2 )报文时间超出区间遍历小区表 ， 输出发生过数据传递的小区的各项统计值 ， 清零遍历用户表 ， P D P H o f l a g 重置 ；计算新的时间间隔点提取用户及 P D P 信息存表 ， H o f l a g = 1报文时间在间隔内查找报文 I M S I判断 B V C I ， 未变化 H o f l a g 为0 ， 否则为 1存在 P D P插入 P D P 节点到用户表 , 判断 B V C I ， 未变化 H o f l a g 为 0 ， 否则为 1查小区表小区信息根据数据方向及 H o f l a g 添加数据 p a y l e n 到相应统计值发生小区切换P D P H o f l a g = 1用户存在有是否是否无查小区表小区信息根据数据方向添加数据p a y l e n 到切换统计值另一线程3 PDP 的基本分布3.1 PDP 持续时间的分布3.2 有用户数据的 PDP 比例按 PDP 持续时间的分布从上述报文数据共解析出 156345 个完整 PDP 上下文会话过程。一个完整 PDP 上下文会话过程是有完整的 PDP 上下文激活和去激活的信令报文，并且在本 BSC 发起会话，在PDP 上下文过程中未离开本 BSC，最后在本 BSC 结束会话的情况。从图上看出 PDP 持续时间 2 秒以内，只有不足 5%的 PDP 上下文中有用户数据(SNDCP PDU)，从 7s 开始有 90%以上的 PDP 上下文中带有用户流量。因为 PDP 上下文的主要目的就是用于传输用户数据，故 PDP 用于用户数据传输的比例可以体现 GPRS 网络工作的效率，无用户数据 PDP 上下文增加了信令开销，应尽量避免。同时，PDP 用户数据传输比例并没有随持续时间增加而增加，有样本数不足的原因(PDP 持续时间越长，记录数越少)。也可能是某些手机终端有自动激活 PDP（非用户自发请求 GPRS 业务）的机制，后续可以深入分析。3.2.1 频率分布表PDP 持续时间 有用户数据的 PDP 比例0-1 秒 0.0493211-2 秒 0.0318592-3 秒 0.2110193-4 秒 0.5942734-5 秒 0.7198755-6 秒 0.7373066-7 秒 0.8470027-8 秒 0.9013058-9 秒 0.9081689-10 秒 0.92838510-11 秒 0.93486611-12 秒 0.94441212-13 秒 0.93395713-14 秒 0.95919614-15 秒 0.95987515-16 秒 0.95910316-17 秒 0.96629217-18 秒 0.95921218-19 秒 0.95308619-20 秒 0.93784820-21 秒 0.94512821-22 秒 0.96594822-23 秒 0.95817523-24 秒 0.88600224-25 秒 0.91016525-26 秒 0.9345426-27 秒 0.91596627-28 秒 0.84172728-29 秒 0.82705129-30 秒 0.53568630-31 秒 0.51282131-32 秒 0.7997232-33 秒 0.76183833-34 秒 0.9093834-35 秒 0.86059735-36 秒 0.88316636-37 秒 0.87815137-38 秒 0.88552238-39 秒 0.9157339-40 秒 0.94093740-41 秒 0.92924541-42 秒 0.90731742-43 秒 0.92620943-44 秒 0.94527444-45 秒 0.9405145-46 秒 0.93333346-47 秒 0.92831547-48 秒 0.95744748-49 秒 0.96540949-50 秒 0.95593250-51 秒 0.94117651-52 秒 0.95744752-53 秒 0.94306953-54 秒 0.93846254-55 秒 0.92708355-56 秒 0.92668656-57 秒 0.94256857-58 秒 0.93846258-59 秒 0.89353659-60 秒 0.8730161-2 分钟 0.932-3 分钟 0.923-4 分钟 0.964-5 分钟 0.955-6 分钟 0.936-7 分钟 0.987-8 分钟 0.988-9 分钟 0.979-10 分钟 0.9610-11 分钟 0.9711-12 分钟 0.9712-13 分钟 0.9713-14 分钟 0.9814-15 分钟 0.9615-16 分钟 0.9716-17 分钟 0.9817-18 分钟 0.9518-19 分钟 0.9719-20 分钟 0.9620-21 分钟 0.9721-22 分钟 0.9722-23 分钟 0.9723-24 分钟 0.9824-25 分钟 0.9825-26 分钟 0.9826-27 分钟 0.9827-28 分钟 0.9628-29 分钟 0.9929-30 分钟 0.9530-31 分钟 0.9331-32 分钟 0.9832-33 分钟 0.9533-34 分钟 0.9634-35 分钟 0.9835-36 分钟 0.9536-37 分钟 0.9637-38 分钟 0.9638-39 分钟 0.9939-40 分钟 0.9640-41 分钟 0.9941-42 分钟 0.9842-43 分钟 0.9743-44 分钟 0.9844-45 分钟 0.9945-46 分钟 0.9746-47 分钟 0.9947-48 分钟 0.9948-49 分钟 0.9849-50 分钟 0.9850-51 分钟 0.9751-52 分钟 0.9952-53 分钟 0.9953-54 分钟 0.9654-55 分钟 0.9955-56 分钟 0.9856-57 分钟 0.9857-58 分钟 0.9558-59 分钟 0.9759-60 分钟 0.971 小时 0.94 Gb 口小区重选相关的统计分析4.1 PDP 发生小区重选的概率按 PDP 持续时间的分布4.1.1 小区重选概率的定义小区重选概率是指一定 PDP 持续时间条件下，发生小区重选的 PDP 数比上总 PDP 数。根据大数定律，样本数足够多时事件发生频率可以近似于事件发生的概率。设 PDP 上下文持续时间为 t 的 PDP 上下文共有 n 条，其中 n1 条未发生小区重选；则PDP 上下文持续时间为 t 的小区重选频率为(n-n 1)/n，由于 t 的取值范围较宽，全天数据最大值有 84435s，而 t 在较大时记录数很少，故下面采用不同时间粒度来展示小区概率取 T在4.1.2 时间粒度为 15 分钟注意到 PDP 上下文持续时间在 8 个小时以上时，每个 15 分钟粒度的 PDP 上下文数不高于100，此时由于样本数过低结果会存在较大偏差，故下图截取了 PDP 持续时间在 8 小时以内的情况。可看出 PDP 持续时间在 75 分钟内，小区重选概率有一个上升过程，此后小区重选概率在 80%附近波动，说明 PDP 持续时间高于 75 分钟时有 80%左右的概率会发生小区重选，并不是重选概率随持续时间增长而持续增长，由于手机通常不会持续几个小时呆在同一个地方， 。同时 PDP 持续时间在 75 分钟以内的 PDP 上下文数占到总样本数的 92.7%，说明大部分 PDP 持续时间是较短的，下面对 75 分钟内的样本以 1 分钟时间粒度观察小区重选概率的分布。4.1.3 PDP 持续时间在 75 分钟以内（时间粒度为 1 分钟）4.1.4 PDP 持续时间在 1 分钟以内（时间粒度为 1s）1 分钟以内的 PDP 上下文进行分析（占总 PDP 上下文数的 55.87%）小区重选概率明显随着 PDP 持续时间增加而逐渐增加，1 分钟时达到峰值 0.1746，即 PDP激活时间持续 1 分钟时，有 17%的 PDP 上下文发生过小区变化。同时注意到 PDP 激活时间如果小于 1s 且有用户数据传输不会发生小区重选。4.2 PDP 持续时间与小区重选次数的二维分布将 PDP 持续时间 1 小时以内的 PDP 挑出(占总 PDP 数的 90%)，按 1 分钟粒度对 PDP持续时间分隔，小区重选 10 次以上的划分为 1 类(小区重选 10 次以上的 PDP 只占总 PDP数的 2.8%)。横轴是 PDP 持续时间有 60 柱，纵轴是小区重选次数有 12 类。可看出 PDP 持续时间在 20 分钟内各小区重选次数的成分会随着 PDP 持续时间增加而发生显著变化，在 20 分钟左右，各成分基本稳定：未小区重选的比例在 55%左右，小区重选1 次的在4.3 PDP 上下文按小区重选次数的分布从上表看出，全天采集到的 156345 个完整 PDP 会话中，有 78.2%的 PDP 上下文未发生过小区重选，即生命周期完全在同一个小区激活去激活。90%的 PDP 上下文都在切换 2 次以下。由于一天内同一个 P