SDCCH拥塞率高的浅析.doc

SDCCH拥塞率高的浅析 YY 编写摘 要 ：本文分为四个部分对SDCCH拥塞率高的分析与处理思路进行阐述。第一部分为SDCCH信道概述, 第二部分为SDCCH信令流程, 第三部分可能导致SDCCH拥塞率高的原因，第四部分为处理SDCCH拥塞率高的思路。 关键词： SDCCH 信令流程 信道结构 拥塞 引言：SDCCH信道的拥塞会直接影响到基站的性能和用户的感观。在现场用户的感觉是：当用户发出通话或其他网络服务的申请时，大部分手机没有任何反映即返回到空闲状态，有的手机发出有节奏的三声响声。当出现这种情况后，用户比较反感，意见较大。为提高SDCCH的接通率，降低无线信令信道的拥塞，在本文中，从出现SDCCH信道拥塞可能的原因入手，提出一些解决SDCCH信道拥塞的思路。1、SDCCH信道概述1.1 SDCCH信道作用在GSM网络的空间接口上，要传递大量信息。我们根据信道承载的信息种类，定义了不同的逻辑信道，在传递信息的过程中，逻辑信道要放在一个物理信道上。在所有的逻辑信道中独立专用控制信道SDCCH是一个相当重要的控制信道。它的主要作用是在指派业务信道TCH前传递系统信息，如：用户鉴权、用户登记消息及呼叫接续信令1.2 SDCCH信道结构 在一个小区内，SDCCH信道传送呼叫接续信令，承担信令话务量；TCH信道传送话音信号，承担通话话务量。SDCCH信道的基本结构及组合结构如下：1）SDCCH/8信道结构 由于呼叫接续信令的传输速率较低，一个物理信道可以分时传送8路呼叫接续信令，因此，一个物理信道可以分成8个SDCCH子信道，一般表示为SDCCH/8。2） 一个小区必须定义一个BCCH广播控制信道，对配置较小的小区可以使SDCCH和 BCCH共占用一个物理信道，一般称为组合BCCH信道。在这种情况下只能定义4个SDCCH子信道，表示为SDCCH/4。可以节省SDCCH占用的物理信道，但是，降低了系统的寻呼能力。3）小区广播业务信道CBCH 在GSM系统中可以开通小区广播业务，在一个位置区域内将短消息业务中心的短消息广播给在该位置区域内登记的所有用户。在开通广播业务时，每个小区的广播业务信道CBCH必须占用一个SDCCH信道。1.3 SDCCH信道和其它信道的组合 根据小区信道配置及小区话务模型，SDCCH信道和BCCH信道有四种组合，一个小区只能使用其中之一。（1）SDCCH/4 SDCCH信道和BCCH信道组合在一起，占用广播载频的第一物理信道。这种组合只能定义4个SDCCH，一个小区最多有4个SDCCH子信道。（2）SDDCH/8 SDCCH信道占用一个独立物理信道，一个物理信道可以分成8个SDCCH信道。一个小区最多可以定义16个SDCCH信道。如果SDCCH信道只占用一个物理信道，系统自动分配广播控制载频的第三个时隙为SDCCH信道；如果SDCCH信道占用两个物理信道，则SDCCH信道占用的第一物理信道为广播载频的第三时隙，SDCCH占用的第二个物理信道可以定义在其它载频上（一般是小区的第二载频），但是第二个物理信道与第一个物理信道的时隙（在两个载频上）应该相同。（3）SDCCH/4信道中包括小区广播业务信道CBCH将一个SDCCH信道定义为CBCH信道，一个小区只有3个SDCCH信道。（4）SDCCH/8信道中包括小区广播业务信道CBCH将一个SDCCH信道定义为CBCH信道，其余为SDCCH信道。2、SDCCH信令流程当手机需要同系统建立联系时，要通过随机接入信道（RACH）来向网络发送信道请求消息（channel request）。这个消息中有3比特用来指示手机接入网络原因。当发生信道资源拥塞时，系统可根据这个指示来分别对待不同原因的信道申请。channel request还含有5比特是手机选择的随机数，这个随机数可以让系统区分不同的手机在同一时隙内发送的RACH消息，此后系统向手机发送的立即指派消息中会将该随机数再发给手机，手机将此随机数与自己所发送的随机数相比较，可以识别出来这个立即指配消息是否是网络发送给自己的。BTS的Layer1进程对收到的channel request进行成功解码后（成功解出RACH后对统计ok_acc_proc_suc_rach计数），BTS的ABIS进程负责对RACH指示的原因进行解析（若解出不正确的RACH请求的原因后，对统计inv_est_cause_on_rach计数）。在BTS的RRSM中依据收到不同原因的RACH消息的个数对统计chan_req_cause_atmp进行计量。BTS的CRM进程在收到RRSM送来的channel required received后，将为此次信道请求分配一条空闲的SDCCH信道（触发统计alloc_sdcch）。RSS收到CRM送来的信道激活（channel active）消息后将相应的SDCCH激活，激活成功后将向RRSM返回信道激活响应（channel active ack）。RRSM收到RSS的激活响应后，将会利用AGCH信道发送立即指派（immediate assignment即I.A）消息（Layer1触发access_per_agch统计），此消息包含了已分配的SDCCH信道的情况、初始TA、初始的手机最大发射功率、对应的信道请求消息中的随机数、BTS收到channel request时的TDMA帧号以及基站的跳频情况等消息。RRSM在发immediate assignment后启动T3101计时器，等待手机接入SDCCH信道。若CRM发现没有可用的资源后（触发统计alloc_sdcch_fail），将向手机发送立即分配拒绝消息immediate assignment reject，出现这种情况可能的原因有：无可用无线资源、测得的手机TA值超出系统限制、信道激活无应答等。当收到立即指派拒绝消息后，手机启动T3122，在T3122所规定的时间内，不允许手机接入网络，同时手机将进入空闲模式并监听寻呼信道的消息。到T3122超时后，手机才可以发新的channel request。当手机收到立即指派消息后，手机将收到的I.A消息与自己发出的信道请求中的消息字段进行比较，用于判断这个立即指配消息是否是给自己的。如果收到的立即指配是给自己的，则手机将信道调整到所分的SDCCH上，再利用SABM消息（设置异步平衡模式）通知网络手机已经成功占上SDCCH，SABM包括手机申请信道的原因、用户身份及移动设备的特性。此时手机使用的TA和发射功率来自于I.A消息的指示。Layer2（数据链路层）的SABM消息用于建立异步平衡模式，其服务接入点类别SAPI=0，Layer2工作于证实模式下。SABM承载的Layer3消息initial message是第三层的业务请求消息。BTS的Layer1在收到SABM消息后，将向MS发一个内容与initial message一样的UA消息（无序号证实），只有MS收到的UA消息的内容与SABM消息的完全一样，手机的接入才正确。UA的作用是为了处理多个手机在同一时间发送内容一样的信道请求消息的情况，以区分出不同的手机的消息。BTS的Layer1在收到Layer2的SABM后将向RRSM发送建立指示消息即establish indication，RRSM收到此消息后将T3101停止计时，触发统计ok_access_proc。此统计可以区分出用户申请服务不同的原因，包括：Connection Management的业务请求（呼叫建立即主叫、短信息、附加业务管理等）、位置更新请求（正常位置更新、周期性位置更新、IMSI附着）、IMSI分离、紧急呼叫及寻呼响应。另外，在T3101的时间内，如果手机不能正常占用SDCCH，则RRSM将触发统计chan_req_ms_fail。下一步RRSM会向BSC的SSM发出三层业务请求消息（initial layer3 information），SSM再向MSC发CR消息（connection request），用来申请与MSC建立SCCP层连接，CR中含有申请CM业务的原因、该手机的一些物理特征以及该MS的MSISDN。在MSC收到此消息后，即向BSC的SSM发出CC消息（connection confirmed），这样MS与MSC 之间的信令链路就建立起来了，MSC已经能够控制RR管理的传输特性，BSS处于监视传输质量和随时准备切换的运行状态。备注：为方便理解上述流程，可参考以下备注：BSS的呼叫处理Call Processing（CP）是L2和L3的系统应用进程的集合，用于MS呼叫的高层信令控制。CP包括MTP L3/SCCP preprocessor (MTP L3). Connectionless manager (CLM). SCCP state machine (SSM). Switch manager (SM). Cell resource manager (CRM). Radio resource state machine (RRSM). Radio channel interface (RCI). 其中：MTP L3/SCCP preprocessor (MTP L3)处理A接口上的收发消息的协议适配，还通过分析消息的包头并进行寻址，来决定消息的目标进程。Connectionless manager (CLM)处理BSS的global控制，这个进程负责处理C7信令协议中无连接的部分。SCCP state machine (SSM)负责处理C7信令协议中面向连接的部分，它协同处理所有intra-BSS 和 intra-cell的切换，它要确保目的小区收到了切换请求且为手机预留了资源。这个进程产生所有与切换相关的信令，当进程结束后要通知MSC，当切换成功结束后要通知源小区，让源小区释放相应的资源。Switch manager (SM)用于控制从MSC至MS的陆地链路（由MSC指派）到MS的无线链路（由BSS中的CRM负责分配）的连接。Cell resource manager (CRM)负责当MS接入系统时给它分配无线资源，它保留和维护着表征其管辖范围内每个信道状态的动态数据库，并根据RSS提供的信道干扰信息来分配在最好的资源，还分配用于区分每个呼叫的SCCP reference number。当一个BTS或小区的话务过高时，CRM会触发Flow Control，当话务负荷减轻时Flow Control会停止。CRM还产生空中接口上传输的系统消息。Radio resource state machine (RRSM)负责激活和维护物理连接，它激活由CRM分配的无线信道，当MS不再需要该信道后，由RRSM负责关闭此信道。Radio channel interface (RCI)用于将RSS中MS的地址（无线信道号）转换成Call Processing中Layer 3进程识别MS的地址（SCCP reference number）。RSS是BSS radio subsystem的缩写，是系统应用程序的一个集合。用于管理BSS的RF硬件和与MS通信的无线链路。它包括五个进程：Configuration and fault management. Layer 1 interface. Layer 2 protocol. Abis interface. Handover Detection and Power Control（HDPC）.其中：Configuration and fault management控制与它相关的无线资源的配置，并提供BTS故障管理系统的接口。Layer 1 interface用于RSS软件与channel coding进程之间消息协议的转换，它还负责存贮paging 消息和access granted 消息，直至等到控制信道上该消息相应的时隙出现。Layer 2 protocol用于将以MS为目的地的信令信息翻译成在空中接口上传送的以时隙为单位GSM信令，还处理MS的LAPDm信令；它还负责为MS建立连接，以在空中接口上传送MS的SMS数据（MO或MT）。bis interface用于将RSS内产生的消息翻译成Abis格式，以传送给Layer3应用程序。这个进程要对收到的消息进行校验来确保消息的完整性，它还对RACH信道上收到的access bursts进行计数，计数的周期可在数据库中设置，如果计数值超过了预设的门限，则此进程会通知Layer3的应用软件，由Layer3的应用软件通过Bar住某个接入级别的MS，以减少RACH上的access burst的个数。Handover Detection and Power Control（HDPC）用于以时隙为单位控制MS的发射功率（Uplink）和相应的基站发射功率（Downlink）。这个进程还负责控制MS的timing advance以让MS能够在其所属的时隙中工作。此进程还负责触发MS的切换，依据不同的标准判决有无切换的必要。当TCH空闲时，此进程还负责测量其收到的噪声，计算出平均的噪声等级，并将数值通知Call Processing，用于在信道分配时提供参考。当MS的呼叫已经建立后，此进程还监测收到MS的SACCH消息的情况，若连续未收到某个MS一定数量（可由数据库设置）的SACCH消息，此进程要通知Call Processing来释放这个MS有关的资源。3、可能导致SDCCH拥塞率高的原因当基站的SDCCH拥塞率指标出现拥塞后，通常提取与SDCCH信道分配过程有关的性能统计，并结合基站的配置参数、现场测试文件等，对基站拥塞的原因进行分析定位。3.1 基站SDCCH与TCH信道配置不合理由于在基站的资源分配中，SDCCH与TCH均要占用基站的物理信道资源，在基站结构配置中实际上存在SDCCH与TCH的平衡问题，通常SDCCH与TCH在开站时被固定分给一定的信道，但由于网络承载的话务是不断变化发展的，为了适应这种变化，保持SDCCH与TCH在资源的使用上的合理分配.3.2 周边基站相比本小区的覆盖不合理相对自身信道配置以及与邻区话务来说，如果基站的实际覆盖范围过大，可能导致它实际承载了过多的手机的网络服务需求，这样很容易产生SDCCH信道拥塞。当出现这种情况后，针对基站覆盖偏大的情况，采取有效措施来收缩基站的覆盖，从而降低基站承载的用户数，减小SDCCH信道的拥塞。常用的方法有：在距离上限制距基站较远的用户接入本基站；调整基站的小区重选的参数设置。3.3 C2设置不合理导致基站实际覆盖过大对于有些基站由于基站的站址比较偏远或基站位置过矮，为了吸收话务量，优化人员有时开启C2。但是，如果C2的设置过大，且邻区的切换门限没有做及时的调整，也容易造成SDCCH拥塞。3.4 手机过多的位置更新占用了基站的SDCCH信道当基站发生SDCCH信道拥塞后，对用户申请SDCCH信道的原因进行分析后，若基站大量SDCCH的分配是被用于手机进行位置区的更新，则在采取其他措施的同时，尽可能地降低不必要的手机位置更新的次数，可以大幅度降低SDCCH信道的占用，从而减少SDCCH信道的拥塞情况。要降低LAC更新的次数，可以从LAC的划分是否合理、位置区更新滞后参数的设置等方面进行检查，分析问题所在。1） LAC划分不合理导致手机频繁位置更新在进行网络LAC区规划时，如果LAC区的交界被选择在手机用户数较多，用户移动性较大的地区，则会导致频繁的手机位置更新，这样会占用大量的SDCCH信道，很可能引起SDCCH的拥塞。同时，由于大量的位置区更新会造成手机经常不在服务区的现象。所以，在对网络的LAC分区进行划分时，要充分考虑具体的道路信息、手机用户分布信息、基站的位置信息等，将LAC交界避开主干道路和话务密集的地区，减少不必要的位置更新，从而降低频繁位置更新对SDCCH信道资源过度的占用。分析SDCCH拥塞率较高的基站其占用资源的原因，如果大量是由于位置更新造成的，则要分析LAC交界的具体情况，采取调整基站的覆盖，以较少基站覆盖的不必要交叠，适当的时候要增加CRH来降低发生位置更新的几率，或者考虑增加SDCCH信道的个数。在有些时候，可能出现基站的SDCCH信道已经达到最大配置，基站的覆盖已经调整得比较合理，CRH的取值也达到最大的情况，这种情况下只能检查LAC的划分是否合理，重新调整LAC的分区，来避开高话务地区。2）LAC分界处的基站覆盖交叠过大且此处的手机用户密度较大在LAC分界的基站如果覆盖交叠过大或用户密度较大，可能存在大量的位置更新。在调整基站覆盖使之趋于合理的同时，通过调整网络参数可以在一定程度上缓解频繁位置更新的发生。当手机进行小区重选时，若原小区和目标小区属不同的位置区，则手机在小区重选后必须启动一次位置更新过程。由于无线信道的衰落特性，通常在跨LAC的相邻小区交界处，测量得到的两个小区的C2值会有较大的波动，从而使手机频繁地进行小区重选。尽管按照GSM规范，手机两次小区重选的间隔时间不会小于15秒，但对位置更新发生在手机用户数量较多的地区时,15秒的保护时间还是不够的。手机用户过多的位置更新不但使网络的信令流量大大增加、无线资源得不到充分利用，并且由于手机在位置更新的过程中无法响应寻呼，因而使系统的接通率降低。为了减小这一问题的影响，GSM规范设立了一个参数，称为小区重选滞后cell_reselect_hysteresis。此参数是BSS小区级参数；它要求邻区（位置区与本小区不同）信号电平必须比本区信号电平大，其差值必须大于小区重选滞后规定的值，并且要保持5秒以上，手机才再启动小区重选。3.5 基站不能正常分配SDCCH信道当基站的软件或硬件出现故障后，就可能导致在立即指配过程中，基站无法正常分配SDCCH信道，在统计上体现为SDCCH信道的拥塞。通常有以下的这些情况：1）硬件问题导致基站时隙退出服务从而降低小区的可用资源基站出现硬件故障的情况，主要是指基站的载频出现单个或几个时隙退出服务，甚至整个或几个载频不能正常提供服务的情况。当出现这种硬件故障后，很可能直接导致基站的SDCCH和TCH话务拥塞。要根本解决这种原因引起的话务拥塞，必须首先处理硬件故障。2）基站传输闪断增加SDCCH分配失败次数基站传输闪断在很大程度上会影响到SDCCH等信道的分配，对于闪断严重，尤其是在话务高峰闪断严重的情况，该站的SDCCH拥塞率会大幅度增加。3）SDCCH信道吊死导致基站不能正常分配 SDCCH拥塞率相关的统计项，其中有一项是SDCCH平均占用时长， 若某个CELL的SDCCH平均占用时长比其他CELL明显大出很多，不合常理，那么该CELL的SDCCH有可能吊死在那儿。发生SDCCH吊死的情况时，该基站还能分配一些资源供手机使用，但在分配SDCCH时成功率非常低。从基站的实时运行状态看，该基站的绝大部分SDCCH均长期被占有，而无正常释放。3.6 手机不能正常占用SDCCH，引起手机重新申请网络服务在立即指配完成后，网络会在指定的时间内等待手机占用SDCCH信道，但是，有时会发生因为各种原因而导致手机不能正常地占用SDCCH的情况，并且现象的存在若比较严重的话，可能引起手机在多次立即指配不成功的情况下，多次申请网络服务，引起大量的SDCCH资源请求，从统计上看SDCCH拥塞率较高。一般造成这种现象的原因有：1) 小区载频硬件问题由于小区硬件问题导致系统分配完SDCCH后，手机无法占上SDCCH信道，从统计上看，表现为chan_req_ms_fail的值较高。此时，手机在收到Immediate Assignment消息后尝试占用SDCCH，在网络参数T3101规定的时间内手机占用SDCCH却不成功，这样呼叫就没有建立起来。出现这种情况，很可能导致手机在多次申请网络服务不成功后，继续申请资源，从而引起不必要的SDCCH分配，可能造成SDCCH信道的拥塞。此问题一般是由于基站的某个或某几个载频故障导致：在现场测试时可以发现，当手机被分配给固定的某个载频的TCH时隙后，在试图占用时总是出现占用不成功的现象；若要从OMC统计上观察，则可以通过将该小区的信道逐个LOCK住，观察每个TRU在被LOCK住后，小区性能统计chan_req_ms_fail的统计值是否还很高。如果在闭掉某个TRU后，chan_req_ms_fail的值恢复正常，则可以判断问题出在该载频上。当发生这种问题后，在进行故障定位的基础上，只需将该载频更换即可。2) 参数设置错误问题由于网络在向手机发送Immediate Assignment消息后，开始计时（T3101），手机要在此计时器规定的时间内接入网络，若计时器超时而手机还未成功接入，此时系统将触发统计项chan_req_ms_fail。T3101：BSS中小区级参数；它的取值定义了系统从发送Immediate Assignment消息后，等待手机建立SDCCH连接的时间。这个参数的大小要综合考虑手机占上SDCCH平均所需的时间和基站SDCCH信道拥塞情况。取值过大可能造成基站资源浪费，取值过小将可能引起大量手机不能正常占上SDCCH的现象。3) 存在频率干扰的问题如果基站存在严重的系统内部或系统外部的干扰时，手机在进行SDCCH的接续时，可能由于存在频率的干扰而收不到系统发来的Immediate Assignment消息，或者收到该消息后，在接入系统的时候由于干扰，网络无法正确解出手机发来的Immediate Assignment消息，从而最终造成手机无法占用系统为其所分配的SDCCH资源。这样，在一定程度上会引起手机多次申请网络服务，造成系统资源的拥塞。要解决干扰问题，首先要判断干扰来自本系统内，还是系统外的干扰。这可以通过OMC统计观察该站的空闲情况下的干扰统计IOI，如果24小时均很高，则干扰很可能来自系统外；如果IOI只是随着网络的话务量增长而增值，则问题很可能来自系统内的频率规划。对于系统外的干扰，要具体查找干扰源，一般是电台、电力设备、非法直放站等所造成；对于系统内的干扰，则要检查该站的频率规划是否存在问题。3.7 由于基站异常原因导致用户频繁重新申请网络资源当基站存在比较明显的单通或无声时，手机用户在打电话时若感觉到没有声音，在最初发现时，用户一般会再拨打几次才会放弃尝试。当用户话务量相对比较集中时，若遇到这种基站单通或无声的问题，则很容易发生大量用户频繁申请网络服务的现象，基站的SDCCH拥塞率指标会比基站工作正常时有所提高。3.8 MSC侧等有线部分原因造成基站SDCCH信道拥塞SDCCH拥塞率较高，通常是由于无线部分的原因造成的。但是，在某些特殊情况下，由于MSC的资源状态设置或参数设置等不正确，也会造成无线部分的SDCCH信道拥塞。这种情况一般发生在基站割接、新BSC或新站入网的时候，此时出现异常的SDCCH拥塞，则需要关注MSC或A接口的设置。3.9 基站容量不足且尝试了各种方法均未奏效时考虑加站或扩容在尝试过各种参数修改和覆盖调整等方法后，基站的SDCCH拥塞情况若还没有根本改善的时候，加新站或对基站进行扩容就成为唯一能够迅速奏效的可行方法了。到底采取加新站还是扩容要视具体的而定。