基于TD系统高负荷的通信保障技术与应用.docx

成果上报申请书成果名称基于TD系统高负荷的通信保障技术与应用关键词索引（35个）TD 保障体系 拥塞 接通率 对企业现有标准规范的符合度：（按填写说明5）符合现有规范成果来源：如果该成果来源于集团研发项目，请填写研发项目年度、项目名称及类型（按填写说明6）省公司自立项目专利情况：如果该成果产出相关专利，且专利处于国知局专利申请审查阶段或已授权，请说明专利名称、类型、申请号、状态、是否海外申请等情况。（按填写说明7）无成果简介：简要描述成果目的和意义，解决的问题，取得的社会和经济效益。随着TD系统用户的不断增长，针对TD系统的通信保障需要一套完整有效地保障系统，我们通过TD系统用户感知以及在线用户容量的变化做出一套整体保障方案和快速调度算法，在大型集会、演出和通信保障中得到了充分的验证。在每一次通信保障中我们通过对网管数据、现场测试和用户感知等三方面的数据进行了详尽分析后，总结除了一套适用于TD网络高拥塞的解决方案。本成果将影响TD网络拥塞成因的因素进行了归结，将TD网络拥塞分为码资源和信令拥塞这两大原因，继而针对这两大类原因分别制订了相应的解决方案。针对码资源不足问题，通过实验测试和用户投诉等内容综合考虑提出了TD的资源均衡方案，同时研究出PS小速率识别、R4抢占H资源，伴随信道复用，CELL FACH，减少HS-PDSCH信道增加用户数等新功能的最优参数设置；针对信令拥塞问题，对MMAX介入应用、FACH信道的设置和语音抢占进行了深入的研究，总结出效果最佳的优化策略。针对高话务的区域计算出网络资源调整方案。通过系统的解决方案，使得通信保障拥塞情况由之前的58.24%降低到10%以下，客户感知度由之前的76.4%提升到89.45%，效果明显，取得了良好的社会和经济效益。带来的经济效益如下：1、增加了TD网络的用户感知度，客户感知度由之前的76.4%提升到89.45%；2、通过保障体系的实施，节省保障的人力成本，通过实施本方案共计节约人力成本468人次，人力节约带来的经济效益提升了200%以上。3、通过采用资源算法后节约载频资源200载频。省内试运行效果：描述成果引入后在本省试运行方案、取得的效果、推广价值和建议等。通过系统的解决方案，在系统码资源容量解决，系统信令拥塞问题解决这两个方面实现了创新，使网络在不扩容的基础上，承载的用户数量提升71.65%，效果明显。明显提升TD网络硬件资源瓶颈带来的用户无法接入问题：在用户接入能力提升的情况下，数据流量总体下降20%以下，其他指标不变。有效提升用户感知度，节约载频资源30%以上，保障成本降低50%以上。本成果已在北京TD-SCDMA网络中大规模实施。在所有通信保障当中得到了很好的应用，并取得了良好的应用效果和社会效果，整体提升了北京网络用户的感知度，使得北京公司TD网络的社会效益和用户感知有了很大的提升。本成果可在中兴设备区域直接移植应用，同时本成果的优化思路不受设备厂家限制。本方案采用独立模块化优化模式，每一项优化措施都可以独立完成或者并列实施，即可灵活的将方案实施到网络上而不必考虑每种解决方案子类之间的影响，又可以通过系统的解决方案逐步提升网络质量。文章主体（3000字以上，可附在表格后）：根据成果研究类别，主体内容的要求有差异，具体要求见表格后的“填写说明6”。1 项目背景由于TD数据业务不断增长，目前诸如飞信、微信等数据业务应用越来越多。已经出现了飞跃性增长，这些数据业务用户的不断增长该TD数据网络带来的较大的影响，在用户较为集中地的地方会给网络带来灾难性影响，因此制定一套基于数据业务的通信保障体系尤为重要，这样可以让我们根据用户的增长预知网络承载能力，一边更好的保障用户感知，以提升用户感知度。北京TD网络数据业务的高数据流量地理主要分布在五环内和郊区县城、郊区大型居住区域（回龙观、天通苑、通州等），其中存在拥塞负荷小区为3641个，占比34.57%，在无法扩容的情况下我们通过采用PS小速率识别、R4抢占H资源，伴随信道复用，CELL FACH，减少HS-PDSCH信道增加用户数以缓解拥塞问题，当可扩容后在进行资源扩容。例下图所示在去年的一次通信保障中，现场无法主被叫。统计发现保障的小区9个载频平均上行码资源利用率已经达到83.00%，主载频上行BRU利用率已经达到95.33%，属于典型的上行码道拥塞造成的语音无法主被叫。为了解决语音无法接入问题，我们进行了关闭R4数据业务的操作，但是修改后结果是语音和数据用户都无法接入，此时多个载频码资源利用率只有5%以下。正是由于错误的调整导致了未能达到预期的结果，因此我们需要一套全面的解决方案以应对TD网络拥塞的问题。2 技术方案我们先分析整个TD-SCDMA网络做业务的接入和资源分配过程。如下图所示整个TD网络接入过程分3部分，第一二部分为信令拥塞过程，第三部分为码道资源拥塞问题。主栽波当手机要进行数据、语音、短信、视频等业务时首先要完成上图的3个过程才能进行正常的业务阶段，任何一个阶段出现错误都会造成终端回到业务发起阶段重新开始。当我们在数据业务用户大量增长时为了保证语音的接入关闭R4或者HSDPA的数据业务时是可以将网络的载波资源预留出来，但是会造成大量的数据业务用户频繁的发起数据业务，当用户在1阶段时同时最大只有8个用户同时发起，其他用户回到起点继续发起；当用户完成1阶段进入2阶段时大家会挤占下行FACH信道，造成FACH信道拥塞，最终导致RRC阶段失败回到起点；当用户完成2阶段进入3阶段时需要分配数据业务时网络发现此时数据业务无资源分配于是拒绝了数据业务用户请求，用户再次进入初始阶段。这样就会造成数据业务用户在这3个阶段出现死循环，以至于占用大量的主载波资源导致主载波超忙。主载波超忙就会造成语音用户在进入1,2阶段成功率较低，就没办法进入TD网络的第3阶段。这就是当我们关闭了R4的数据业务后虽然有4个载波资源空闲，但是语音用户仍然无法接入。为了解决TD-SCMDA网络的拥塞问题，必须对目前存在的两个主要问题进行逐一优化解决。由于目前TD资源已经非常紧张，并且由于设备、频率资源以及干扰的问题使得TD基站不能无限制的扩容。因此我们需要一套通信保障参数和方法来最大限度利用现有资源保障数据用户的接入和语音通话的接通，最大限度的利用好站点TD系统的频率、时隙、码道、参数等资源，减少拥塞造成的用户感知下降等问题。将影响TD网络拥塞成因的因素进行了归结，将TD网络拥塞分为码资源拥塞和信令拥塞这两大原因，继而针对这两大类原因分别制订了相应的解决方案。针对码资源不足问题，通过网络数据和GB/GN内容综合考虑提出了TD的资源均衡方案，同时研究出PS小速率识别、R4抢占H资源，伴随信道复用，CELL FACH，减少HS-PDSCH信道增加用户数等新功能的最优参数设置；在此基础上建立了TD网络的红橙黄蓝应急预案，明确了不同网络负荷下的网络调整方案。针对信令拥塞问题，提出了MMAX介入应用、FACH信道的设置和语音抢占进行了深入的研究，总结出效果最佳的优化策略。本项目，通过保障小区的用户数量为依据，根据数据业务用户与语音用户的均衡来保障最大接入，并且充分利用R4和R5载频的特点充分保障用户感知，让TD系统最大限度的接入用户并保障用户的感知度，系统在用户均衡和接入性两个方面实现了创新，使得载频接入性能提升了71.65%，用户感知度由之前的76.4%提升到89.45%效果明显。 2.1 针对码道资源不足的解决方案TD系统是一个典型的码资源受限系统，由于目前集团要求TD网络开启2：4时隙配比，一个TD载频的的上行时隙只有32个码道，当上行数据增加或者用户增加时，特别是微信、QQ等小数据业务发生时就会造成上行码道受限，导致拥塞现象发生，但是总体统计小区的话务量和数据流量并不高，这就是目前存在的一个瓶颈问题。手机在完成RRC建立阶段,经常会由于码道资源不足导致RAB建立失败,下图为典型的码资源不足RAB建立失败的信令。RRM_PhyResourse_shortage_Failed失败流程如下，由于物力资源不足导致Rab建立失败。为了解决此类问题，北京公司认真研究解决这一问题的技术方案，并通过小范围实验和个中集中保障中验证，最终提出了一套行之有效的解决方案，通过这一保障方案可以避免无谓的站点扩容，并且可以在保障中发挥有效作用，提升用户感知。解决码道资源问题的方案很多，当使用不当就会造成不可预知的问题，因此我们根据网络的负荷情况以及突发话务对网络影响的严重程度，分为红、橙、黄、蓝四种状况来进行网络调整。2.1.1 蓝色预警1、触发条件载波平均BRU利用率大于60%2、应急措施1) 开启拥塞控制算法；开启拥塞控制算法开关，保证在拥塞小区后发起的CS业务能通过使已存在的PS业务降速以空出一定资源供CS业务接入；同时也可实现不同基本业务优先级的PS业务能通过降速机制实现更多的用户接入。上述降速机制仅限R4业务。通过开启拥塞控制算法开关、降低可降速业务基本优先级门限，使CS12.2、CS64能在原本资源不足的情况下通过拥塞控制算法实现使其他PS业务降速以空余相应资源供其接入。对PS业务而言，使高业务优先级的接纳失败用户通过使同等或低优先级PS业务降速以空余一定资源供其接入。核心网参数设置要求 ARP参数在Iu口的RAB ASSIGNMENT REQUEST中携带，在该消息下的RAB Parameters中的Allocation/Retention priority中配置，其配置值如下表。信元名含义取值范围CN配置要求Pre-emption Capability表明该用户是否有强拆其他用户的能力May trigger pre-emption/ shall not trigger pre-emptionHLR全局配置/shall not may trigger pre-emptionPre-emption Vulnerability表明该用户是否可以被有强拆能力的用户强拆Pre-emptable/ not pre-emptableHLR全局配置/not pre-emptableQueuingAllowed该用户是否允许排队queuing not allowed/queuing allowedHLR全局配置/queuing allowedARP参数表现场打开拥塞控制算法开关的前提是：CS/PS的RAB都不具有强拆其他用户的能力，都不具有被有强拆能力的用户强拆，否则，会造成PS/CS业务的掉话率攀升。2) 开启小速率识别；HSDPA资源的数据传输能力大于DCH资源，为了能够提高HSDPA资源利用率，使其尽量为大速率业务提供大吞吐量，因此HSDPA资源利用达到一定程度时，触发一系列的操作，如将R4业务从HSDPA频点迁移到R4频点上，释放伴随资源给HSDPA业务；将小速率的HSDPA业务迁移到DCH信道上，释放HSDPA资源给大速率HSDPA业务。针对用户使用业务区分用户使用数据业务的带宽和时延两方面考虑，如网络游戏类用户能够跟小的网络时延、更高的PING值从而减少卡和断的概率，网络浏览用户能够更快的下载需要的网络数据等。1) 上/下行伴随DPCH资源利用率：已经占用的伴随DPCH与频点可用总DPCH之比大于40%就启动资源调整功能。2) HSDPA的吞吐量利用率：根据业务GBR评估的已经占用HSPA吞吐量与频点可用总吞吐量之比小于10%就启动调整。3) HSDPA用户数占用率：已经接入的在线HSDPA用户数与配置的HSDPA极限用户数之比大于60%将直接将小速率用户调整到R4载频上。4) 打开HSDPA资源预警触发的R4业务迁移到R4频点上、小速率HSDPA业务迁移到DCH经过实施此方案，TD网络释放出大量的HSDPA资源给大速率HSDPA用户使用，使得HSDPA频点资源得到释放，提高了PS业务的在HSDPA资源上的接入成功率；同时，小速率业务承载到DCH上，同时提高了整体TD网络的资源利用率。3) 删除HSDPACH信道（删除至2个），以增加伴随信道；通过减少HS-PDSCH一个时隙可有效增加H载频的接入用户数，目前方案是由于中兴伴随信道复用存在问题会造成整个小区H载频不可用风险，因此可通过此方案暂时缓解H载波用户数量受限问题，当中兴伴随信道复用BUG解决后可直接使用4倍复用来解决。2.1.2 黄色预警1、触发条件小区平均BRU利用率大于80%，或者小区在线用户数大于容纳用户数的85%（计算小区最大用户数公式为：小区H载波数*14+R4载波数*16-1）2、应急措施1)开启CELL_DCH转CELL_FACH方案；Cell FACH技术可以保证用户更好的传输体验。应用于非常少的控制信道开销，CELL_FACH状态非常适合用于“永远在线”类型的服务。以前的HSDPA中多在CELL_DCH下操作，而Cell FACH技术允许在CELL_FACH，甚至是CELL_PCH和URA_PCH下使用HS-DSCH，从而增强了可能的速率。尤其对于少量的数据而言，短时间就可以完成而不需要转化到CELL_DCH状态。 在FACH接纳的速率门限为32kbps时，业务可以成功从DCH迁移到FACH上，也可以从FACH成功迁移到DCH上。 在FACH接纳的速率门限为16kbps时，业务可以成功从DCH迁移到FACH上，由于速率过低，用户持续一段时间无流量，然后UE自动去激活，释放IU 、RRC链路。 针对小流量用户进行专项分级优化，让小流量或无流量用户节省出更多的TD码道资源来给真正需要的用户，让永远在线用户感知无掉话，高速下载用户使用更高的下载速率。操作内容：开启“允许业务接纳在FACH上”，并将FACH接纳的速率门限设置为32Kbps；在下图中找到“RBC模块和SDCA模块配置”将“小区接纳属性”参数配置为“允许业务接纳在FACH上”。2)载波动态属性调整方案为了更加灵活地配置网络资源，使得R4和HSDPA/HSUPA的资源利用率最大化，特提出R4/HSPA载频属性动态调整方案。该方案在每个小区只配置较少的R4载波，其余配成HSDPA或HSUPA的载波类型，在R4资源不足的情况下可抢占HSPA的资源，从而简化频点配置策略，提高系统内的资源利用率。该方案由快速共享的总开关“R4_HS资源共享开关”控制。当开关置为R4_HS资源共享的新功能开启时，在资源分配过程中如果R4资源不足，可以抢占HSPA资源，以整时隙为粒度抢占。对某个HSPA载波是否可实施抢占，由新增参数“HSPA载波是否可被R4抢占”进行配置。参数详见附录说明。该方案有以下几个技术要点：1.对于已抢的HSPA资源，R4业务应尽量集中分布，避免对多个HSPA频点的影响。2.对HSPA频点的资源可以全部抢占，包括HSPA的控制信道。R4优先抢占HSPA的业务信道，次选HSPA控制信道。3.当HSPA资源不足时，可以对抢占HSPA资源的用户进行资源调整，以释放出HSPA用户所需的资源。R4抢占HSPA资源包括两种情况：R4用户抢占HSPA资源；HSPA用户的伴随DPCH信道抢占HSPA信道资源。故资源调整的策略包括：4.首先对R4已抢的HSPA时隙上的用户进行频点/时隙迁移，释放出HSPA业务的可用资源；5.对上述操作失败的用户，进行信道转换后再尝试迁移。譬如，对于HSPA用户的伴随DPCH抢占HSPA业务信道的情况，如果将该HSPA用户由HS信道迁移到DCH信道，并接入R4频点，就可以释放出之前伴随DPCH已抢的HSPA资源；6.对上述操作仍失败的用户进行DPCH降速，释放出所需的HSPA资源。譬如，R4 PS用户抢占HSPA业务信道的情况，如果R4用户迁移失败，则可以考虑对该PS降速，释放出已抢的HSPA资源。7.虽然在资源分配过程中，R4业务会尽量集中分配，并次选HSPA控制信道，但是随着业务的释放会影响上述方案的实施效果。故引入周期性的R4资源整合。包括两个方面：8.R4用户的载波间资源整合。周期性的评估R4已抢频点的资源占用情况，对R4资源占用率较低的频点，触发该频点上的用户迁移到其他频点上。9.占用HSPA控制信道的用户从控制信道迁出的资源整合。2.1.3 橙色预警1、触发条件小区出现RRC连接失败计数器，NO REPLY(次)大于10次或者分组域无排队RAB指配建立失败的RAB数目，内部原因，RRM_PhyResourse_Shortage_Failed(个)大于10次。2、应急措施1) 23G分流方案在实施完蓝、黄级别应急措施后，修改系统间重选门限，将话务疏导至2G网络；修改PS业务的23G切换及系统间重选门限，进行PS业务分流。3APS-DCH和3APS-HS的本RAT频率质量门限均由-98改为-70 。重选算法的异RAT小区测量触发门限由7改为39，使用户提前重选至G网；为缓解TD网络拥塞，将TD覆盖的所有2G小区的QSRI调整为15，以暂时关闭2G至TD网络的重选。2) 调高终端接入电平或降低基站发射功率，缩小基站覆盖区域；2.1.4 红色预警1、触发条件蓝黄橙级别应急措施均已实施但依然存在拥塞，并且现场无法打通语音电话。2、应急措施 在上述各项措施均实施完毕且出现了无法打通语音电话的现象时，必须立即向领导请示并启动应急预案；在实施蓝、黄、橙级别应急措施后，关闭小区数据业务，此方案可直接让TD数据业务用户无法接入网络导致数据业务用户感知下降，如没有特殊场景或者问题严重不建议使用此方案。1）关闭R4数据业务修改DPCH的PS业务当前门限由3072改为0，禁止PS用户抢占R4载波资源，保证CS用户的顺利接入；2）关闭HSDPA数据业务将HSDPA最大用户数由16改为0。2.1.5 码道资源保障方案效果小结我们在西南区域RNC307完成了优化资源等方案后，使网络在不扩容的基础上，承载的用户数量提升71.65%，效果明显。2.2 针对信令拥塞问题的解决方案我们解决了TD码资源受限问题是否就解决了TD的拥塞问题，其实不然当我们使用了错误的解决方案后就会造成新的问题，如果我们为了保障语音解决而直接关闭数据业务就会导致大量的数据业务用户无法接入网络而不停地进行接入请求最终导致语音无法接入。2.2.1 信令拥塞问题问题分析主栽波第1阶段上行同步接入过程描述终端从小区允许使用的上行同步码中随机地选择一个，选取时应满足概率一致性分布的原则。每个小区码组由1个SYNC-DL、8个SYNC-UL、4个Midamble和4个Scrambling码组成。终端在小区选择阶段就已经确定了小区的下行同步码SYNC-DL，因而也就确定了小区允许的SYNC-UL码。按TD-SCDMA系统的设计，网络可以在同一帧内检测到8个用户在GP + UpPTS两个时隙内同时发送的SYNC-UL。当然，这8个用户必须刚好选择了8个不同的SYNC-UL码。在发送SYNC-UL码之前，首先确定发送SYNC-UL码需要的功率和时间提前量。 当两个用户使用不同的SYNC_UL码则接入成功，如果相同则全部失败再次8选一随机接入，当大量用户再次阶段时会造成大量的碰撞概率造成无法接入,失败后回到初始接入阶段再次发起1阶段过程；此阶段由于未接入网络，因此没有计数器可以记录失败次数。第2阶段RRC建立阶段描述上图为RRC建立过程：完成了上行同步后手机在RACH信道上发送随机接入请求（RRC REQUEST），网络接收后通过FACH信道下发RRC建立要求，手机收到后完成RRC建立阶段。在本次故障中大量用户随机接入造成FACH信道下发用户的RRC CONNECTION REQUEST，而手机未收到自己的RRC消息而使得RRC阶段建立失败，最终导致终端进入初始阶段；此阶段我们只能统计RRC建立超时失败次数来确定失败次数。网络多次下发RRC SETUP后终端未回RRC SETUP COMPLETE导致起呼失败案例 终端在09:58:26开始发起rrcconnectionrequest,携带的TMSI为10000101001000110110100000110111。随后RNC下发的rrcconnectionsetup中携带的TMSI为10111011001001011110001001110001，TMSI无法相互对应终端未给予回rrcconnectioncomplete,d导致未接通。2.2.2 信令拥塞问题解决方案1）随机接入提升方案TDSCDMA系统中，UE开机后，将进行DwPCH的同步过程以及解读DwPCH上的内容，直到找到一个合适的小区，并且驻留在该小区中，完成小区重选过程最终进入空闲模式。流程如下图在初试小区搜索中，UE搜索到一个小区，并检测其所发射的DwPTS，建立下行同步，获得小区扰码和基本Midamble 码，控制复帧同步，然后读广播信息。利用下行导频做小区初搜根据TD原理可以得到一个TD小区的上行同步码只有8个，因此在同一个5MS内最大只能有8个用户同时接入，但是一旦有2个用户冲突则这两个用户都不能解决网络，因此要想解决此阶段的信令拥塞问题就要让出现此类问题的小区增加用户接入频次或者将用户进行分流处理。应急措施：l 23G分流，通过调整TD到GSM的重选和切换来降低TD网络接入用户数量;l 降低TD网络小区功率来减少TD网络覆盖范围以降低用户集中度;l 修改GSM到TD网络重选参数让GSM网络承载部分TD用户，防止雪崩效应。2）FACH信令拥塞解决方案当出现公共信道拥塞情况时，也就是大量用户随机接入造成FACH信道下发用户的RRC CONNECTION REQUEST操作内容造成FACH信道拥塞，目前北京网络配置了3个SCCPCH信道和2个FACH信道，当大量用户在此阶段无法接收信令就会导致所有用户接入失败，造成信令风暴。要解决此问题可以通过统计RRC接入失败次数来确定是否为此阶段的拥塞，当出现此阶段拥塞可以通过扩容FACH信道来解决。2.2.3 信令拥塞方案效果小结我们在北京RNC309完成了FACH信道的扩容工作，这个RNC的RRC建立失败次数由49051次降低到23981次降低了51.11%，效果明显。2.3 方案创新点2.3.1 小速率识别方案创新点HSDPA资源的数据传输能力大于DCH资源，为了能够提高HSDPA资源利用率，使其尽量为大速率业务提供大吞吐量，因此HSDPA资源利用达到一定程度时，触发一系列的操作，如将R4业务从HSDPA频点迁移到R4频点上，释放伴随资源给HSDPA业务；将小速率的HSDPA业务迁移到DCH信道上，释放HSDPA资源给大速率HSDPA业务。2.3.2 拥塞算法创新点开启拥塞控制算法开关，保证在拥塞小区后发起的CS业务能通过使已存在的PS业务降速以空出一定资源供CS业务接入；同时也可实现不同基本业务优先级的PS业务能通过降速机制实现更多的用户接入。上述降速机制仅限R4业务。通过开启拥塞控制算法开关、降低可降速业务基本优先级门限，使CS12.2、CS64能在原本资源不足的情况下通过拥塞控制算法实现使其他PS业务降速以空余相应资源供其接入。对PS业务而言，使高业务优先级的接纳失败用户通过使同等或低优先级PS业务降速以空余一定资源供其接入。2.3.3 删除HS-PDSCH时隙创新点由于目前H载频的用户只能接入6个，当出现大量数据业务用户是就会出现用户数量受限问题，目前中兴伴随信道复用问题出现BUG，当开启后会出现整个小区数据业务无法接入的风险，因此为了提升用户的介入性能，北京公司通过实践分析通过减少HS-PDSCH信道来解决用户接入较少的问题，并且避免了中兴目前版本的BUG问题。此方案已经在北京拥塞站点得到了大量的应用效果明显提升H载波用户数量100%。2.3.4 Cell FACH方案的创新点C