基于用户分级和业务分类的无线资源动态调控方案

基于用户分级和业务分类的无线资源动态调控方案 提纲 项目背景和目标现网问题概述方案要素分解方案效果预期用户级别和业务类型的区分用户分级方案业务分类方案用户级别和业务类型的传递标准QoS参数传递流程推荐方案 标准QoS流程 DSCP方案整体方案参考实例DSCP替代方案2G无线资源动态调控策略用户级别和业务类型的使用策略多种无线资源调控手段整体优化方案总结现网改造要求部署原则改造量分析下一步工作建议附录 项目背景和目标 现网问题概述方案要素分析方案效果预期 现网问题概述 由QQ等即时通信类业务引起的CCCH公共控制信道过载 导致CS寻呼拥塞CCCH过载 根据省公司统计 QQ的CCCH消耗是其他业务 如网页浏览和下载 的5 10倍 导致1 99 的小区 260个 CCCH负荷超过红色门限 1 3 4 的小区 445个 超出黄色门限 0 9 来源 深圳公司 CS寻呼拥塞 部分省公司的商业区域 寻呼成功率长期低于90 严重影响用户感知 信令面 部分类型业务的PDCH资源利用率较低 需针对性地优化无线资源调控策略即时通信类业务流量低 网络资源占比高 投入产出比非常低 需针对性管控 业务面 目标方案需基于对业务类型和用户级别的区分 优化网络资源调控策略 在信令面缓解CCCH拥塞现状 保证CS寻呼成功率 在业务面针对性管控投入产出比低的业务 方案要素分解 调控无线网资源 用户级别业务类型参数 PCC架构下的QoS协商和DPI检测 QoS参数和扩展参数下发 QoS参数 用户级别 业务类型 信令 业务承载优化 CCCH拥塞缓解PDCH效率提升 2 1 3 GGSN PCEF UE SGSN PCRF DPI UE NodeB BTS HLR BOSS 用户签约信息 业务信息 用户状态信息 方案效果预期 效果一 CCCH拥塞缓解 CS寻呼成功率提升CS和PS信令实现区分 CS寻呼消息优先发送PS业务类型实现区分 即时通信业务信令延迟发送对具有优势数据业务的区域开启多CCCH信道 缓解信令拥塞 效果二 网络整体PDCH资源利用率获得提升PS业务类型实现区分 针对性配置物理资源小数据量业务对PDCH资源的浪费减少 小区可承载数据业务总量增大 效果三 高低端用户获得差异化服务质量保障基于签约和状态信息实现用户等级区分系统负荷较大时 高端用户的服务质量优先得到保障应急场景下 高端用户优先接入系统 获得服务 效果四 不同类型业务获得差异化服务质量保障基于价值 效率和安全性实现业务类型区分 业务归类依据区域特性灵活可配系统负荷较大时 高价值高效率业务优先使用资源 无线资源数据占比下降 单位资源收益提升 用户级别和业务类型的区分 用户分级方案业务分类方案 限制部分低价值用户对网络资源的随意占用 为高端用户提供更优质的差异化网络服务提高用户的粘滞度 避免高端用户流失 用户分级方案 管控原则对用户实行分级差异化管控 对高端用户和优质客户实行宽松的管控策略 对部分恶意用户实行严格的管控策略用户分级原则用户分级应综合考虑ARPU贡献 业务习惯 工作性质等因素 不宜过多也不宜过少初步建议用户级别控制在3个级别 具体用户策略以市场部策略为准 目的 原则 用户分级建议 金 银 铜 OPhone等鼓励发展的3G手机用户全球通高端用户 选择高端套餐的数据卡用户军队 政府 企业领导 神州行 动感地带用户中绝大部分用户选择中端套餐的数据卡用户 神州行 动感地带用户中欠费风险高 ARPU值低的用户选择低端套餐的数据卡用户因某些原因被列入黑名单的户 1 用户分级为三类 金 高端 银 普通 铜 低端 2 采用符合标准的QoSARP参数 Allocation RetentionPriority 分配 预留优先级 来标识用户分级 在接入和拥塞情况 可以为优先级高的用户进行优先调度和处理 3 具体的用户分级策略由BOSS端确定 通过综合优先级下发给PCRF 由PCRF映射为ARP参数 本次试点的三类用户分级建议 ARP 1 ARP 2 ARP 3 具体的用户分级策略还需集团市场最终确定 现网不同业务的资源占比和资源效益差别较大 在无线资源一定的情况下 通过业务分类保证高价值业务质量 实现差异化服务 提高资源利用效率 业务分类方案 分类应兼顾业务收益价值和资源使用效率 同时也需考虑对自有业务的优先保证考虑业务细分对设备改造的影响 现阶段主要区分部分资源恶意占用的业务 后期可根据业务开展情况作进一步细分 目的 原则 业务分类列表 初期 目前 对即时通信类业务进行管制是最迫切的需求 其次是提高高价值自有业务优先级的需求 初期以实现这两个目的为主 对其他业务进行比较基本的分类上表所示业务分类应用于当前试点阶段 后续 如有明确的需求 可以对业务分类进行调整和扩充 各业务类型与综合优先级的对应关系 也可以灵活的调整 考虑兼顾业务收益价值和资源使用效率 同时优先保证自有业务 在试点阶段推荐对现网业务分为如下表所示四大类 TC 业务类型标识 标准共定义了四种业务类型 会话类 交互类 流类和背景类 由于现网中业务主要为交互类和背景类 故选用交互类和背景类标识 THP 交互类业务处理优先级标识 可进一步区分交互类业务中自有业务和浏览类业务的优先级 从而影响无线侧资源调控优先级 上表为试点阶段推荐使用的业务类型标识参数 后续可根据网络实际需求 添加其他QoS参数标识 如GBR 核心网元的流控和其他控制功能亦可使用其他QoS参数 如MBR 具体定义可参见附录 业务分类和QoS参数映射关系 采用IP包头中的DSCP字段和标准QoS参数中的TC和THP参数和对业务类别进行标识 具体如下表 DSCP参数说明 DSCP参数 IP报文头域的一个字段 原用于表示差异化服务等级 DifferentiateService 用于IP报文在IP网络的QoS差异化传输处理 通过此参数可以标识不同的业务 如QQ 本方案中该参数只用于下行用户数据报文IP头的DSCP 为了不影响核心网正常传输 采用的不是GTP U的IP头中的DSCP字段 而是业务数据包的IP头中的DSCP字段 IP包 用户级别和业务类型的传递 标准QoS参数传递流程推荐方案 标准QoS流程 DSCP方案DSCP替代方案整体方案参考实例 Page15 存在的问题 当用户同时使用QQ和其他业务时 频繁的业务变更会造成PDPupdate消息的乒乓效应 会使Gn接口和Gb接口的信令负荷急剧增加 如果终端不支持PFC 则无法发起ModifyBSSPFC流程 QoS无法发送给BSC处理 PDPModify流程需要时间 对于即时通讯类等小数据量业务 可能PDPModify流程未完成而业务数据已传完 无法体现效果 实时性差 标准QoS流程无法实现同一PDP内并发业务的区分调度 间断出现的即时通信类业务会引起整体PDPQoS基本调低 影响用户基本数据业务的体验 BSC SGSN GGSN UpdatePDPRequest UpdatePDPResponse ModifyPDPRequest ModifyPDPAccept ModifyBSSPFCAccept ModifyBSSPFCRequest MS 感知业务类型 标准QoS流程对普通的业务资源调度可以满足 但对即时通信类业务则无法有效的管控 因此还需要引入其他的传递机制 标准QoS参数传递流程 PFC流程 Page16 标准QoS流程 DSCP方案 GGSN PCRF PDN Gx HLR 终端 BOSS SGSN 1 2 3 BTS BSC BSS Gn Gp Gb 基本QoS参数传递方案 1 BOSS和HLR将用户签约信息 含QoS 下发给PCRF 2 PCRF将QoS控制规则下发给GGSN 3 GGSN检测到业务变更后 将新QoS参数传递给SGSN 4 SGSN将新QoS参数传递给无线和终端 4 2 特定业务的无线资源优化过程 1 GGSN接收PCRF下发的业务处理规则2 GGSN感知业务类型 如QQ 并基于QQ业务的QoS要求 修改IP报文的DSCP值 3 GGSN将修改了DSCP的报文下发给SGSN 4 SGSN将报文下发给BSC BSC基于报文的DSCP 按照此DSCP对应的调度处理方式调整资源分配和处理 1 3 PCRF将特定业务类别是否需要特殊处理的策略下发给GGSN 鉴于标准QoS流程存在的问题 提出DSCP方案作为标准QoS参数传递方案的补充 处理QoS方案无法很好处理的特定业务 特定业务规则由PCRF统一下发给GGSN 1 QoS参数传递流程 DSCP流程 1 DSCP方案 1 GGSN UE SGSN 2 DPI GGSN识别出数据包的业务类型 将业务类型标识在数据包IP包头中的DSCP中 发送给SGSN 解析数据包中的DSCP标识 识别出数据流业务类型 针对特定的业务类型进行无线侧信令面和业务面的优化 BTS 1 直接转发 不做处理 业务侧 检出 业务类型 优点 业务类型信息携带在数据包中传递 无需增加额外的信令 开销小 只涉及BSC和GGSN的改造 涉及网元少 部署相对简单 缺点 BSC需增加检测业务包DSCP字段功能 此外LLC协议头的长度可变 无法通过简单的偏移读取DSCP值 可能引起较大的性能下降 BSSGP协议会对IP包进行分片 在BSC上会存在分片乱序问题 造成误检测 LLC加密的情况下 在中国 LLCPDU未加密 BSC不能解析LLC内容 无法获取DSCP值 Page18 DSCP方案 2 SGSN将IP包用BSSGP协议封装后通过Gb口发给BSC BSC上的处理模块解析收到的包 剥离LLC包头 SNDCP包头 SNDCP包头中的F字段标识了该分片是否是包含了IP包头的第一分片 通过IP包头中的DSCP值 获取到业务类型 然后进行相关无线资源优化处理 Page19 整体方案参考实例 PDN Gx 用户1 SGSN BTS BSC BSS Gn Gp Gb PCRF将业务处理规则下发给GGSN 规则内容 QQ业务用DSCP方案处理 规则预定义在GGSN上 GGSN检测到目前用户1的当前业务从FTP变为了网页浏览根据PCRF激活的预定义规则 触发QoS参数修改流程PDPQoS级别修改为网页浏览级别GGSN检测到用户1使用了QQ根据PCRF激活的预定义规则 不触发QoS流程 触发DSCP流程GGSN将QQ的业务类型标识在QQ数据包的DSCP字段中DSCP标识随业务包传递到BSC BSC检测到DSCP字段为QQ标识的数据包对该数据包按QQ级别进行无线资源调度 不改变用户PDPQoS级别 PCRF GGSN 业务类型变更FTP Web 2 QoS参数修改流程 3 1 4 检测到QQ 5 6 7 DSCP标识随业务包传递 8 9 注 由于DSCP流程必须在GGSN对业务类型识别并标识后 随后途径的网元才能基于该标识做差异化处理 故DSCP方案不适用于上行数据的处理 对上行数据的差异化调控只能基于QoS参数修改流程 DSCP替代方案 DSCP BSSGP方案GTP U BSSGP方案 GGSN UE SGSN DPI GGSN识别出QQ即时消息包 将DSCP优先级标识在QQ数据IP包头中 发送给SGSN 读取BSSGP包头中的业务类型参数 识别出QQ数据流 针对QQ业务数据进行无线侧信令面和业务面的优化 BTS 解析数据包中的DSCP标识 识别出QQ数据流 将业务类型结果存放在BSSGP包头的可用字段中 业务侧 GGSN到SGSN方案同方案B SGSN到BSC的业务传递方案是将业务类型结果存放在BSSGP包头的可用字段中 BSC解析BSSGP中该字段来获得业务的类型 检出 QQ 方案1 DSCP BSSGP业务类型传递方案 BSSGP 业务类型 SGSN负荷增加需评估 DSCP读取功能和QoSprofile填写功能 采用BSSGP协议头中的已有字段还是扩展专用字段 对方案效果有影响使用DT的情况下 该方案也不适用 网元改造需求 GGSN BSC SGSN GGSN UE SGSN DPI GGSN识别出QQ即时消息包 将业务标识携带QQ数据包的GTP U包头内 发送给SGSN 读取BSSGP包头的内容QoSProfile中的业务类型参数 识别出QQ数据流 针对QQ业务数据进行无线侧信令面和业务面的优化 BTS 解析GTP U表头扩展标识 识别出QQ数据流 将业务类型结果存放在BSSGP包头的内容QoSProfile信元中 业务侧 在GTP U包头的扩展字段中增加QQ标识字段 GGSN将业务类型写入该字段 SGSN检出GTP U中的业务类型自动 通过BSSGP包头将业务类型传递给 BSC解析BSSGP包头来获得业务的类型 检出 QQ 方案2 GTP U BSSGP业务类型传递方案 QoSProfile 业务类型 需要评估设备的影响分析标准参数方式 可拓展至3G和LTE 网元改造需求 GGSN BSC SGSN 传递方案比较 目前各方案网元性能开销还没有进行有效的评估 需试点验证 考虑到方案B已有厂商实现 可以先采用方案B试点 以验证无线侧资源调控的效果 2G无线资源动态调控策略 用户级别和业务类型的使用策略多种无线资源调控手段 用户级别和业务类型的使用策略 BSC需能够支持根据用户级别进行接入控制 拥塞控制和资源调度 保证高优先级用户可以优先接入系统以及优先使用资源 用户级别 根据核心网参数设置原则 对于非QQ类业务采用标准QoS参数作为无线资源调控依据由核心网决定非QQ类业务建立时其PDPcontext的QoS参数 以及在发生业务并发或变更时 是否发起PDP更新修改QoS参数BSC在接收到QoS参数后 需能够支持根据标准QoS参数进行无线资源调控 业务类型 根据核心网参数设置原则 针对特殊业务 如即时通信 采用DSCP参数辅助QoS参数作为无线资源调控依据只有需要特殊处理的业务 目前仅为QQ业务 核心网才会在其IP包头DSCP上打上相应标记BSC在检测DSCP获得特殊业务类型后 综合DSCP与当前PDPcontext的QoS参数 进行无线资源调控如果当前PDPcontext仅承载特殊业务 则以DSCP作为资源调配的唯一依据如果当前PDPcontext还承载其它业务 则需要综合考虑DSCP和QoS参数 QoS参数 DSCP参数 用户级别和业务类型的使用策略 用户级别与业务类型的结合综合用户级别和业务类型 形成综合调度优先级 用于无线资源调度综合优先级与用户级别及业务类型的对应关系可以在BSC侧灵活配置 是否针对小区级可调可基于BSC改造量确定 BSC侧可灵活配置 多种无线资源调控手段 保证语音业务不受影响 即保证语音对数据的优先对无线资源的调控 以区分用户级别 业务类型为主 将上述参数映射至综合优先级由于各厂商已有成熟的无线资源调控手段 且各成体系 因此不强制要求实现细节的统一 但要求实现效果和配置灵活性 无线资源调控原则 无线资源调控手段 无线资源调控手段 调整TBF占用度 BSC根据综合调度优先级设置合适的TBF占用度 普通业务的TBF占用度设置为1 即时通信类的TBF占用度设置为0 5 或更小 使得在TBF复用度上限一定时 PDCH信道上复用的即时通信类业务数量可以更多 现网中 TBF平均复用度设置有门限 一般要求设置为2 4 超过门限则不能再复用用户调整TBF占用度 提高TBF复用度 可保持当前BSC中TBF复用度门限不变 并避免出现将所有即时通信类用户都分到同一组PDCH信道上的情况 新接入用户 无线资源调控手段 最大PDCH信道占用数 Page29 空口资源拥塞情况下 BSC能根据综合调度优先级配置业务可占用的最大PDCH信道数量 在该范围内调整给业务分配的PDCH信道数 如在资源拥塞时 限制为即时通信类业务分配的PDCH数为1现网典型Class10PS终端时隙分配为3 2 但由于即时通信类业务数据量小 实际可以只使用1个PDCH 浪费较多空口资源 无线资源调控手段的使用示例 在本次试点测试中 建议对上述手段进行组合测试 且设备中各种手段涉及的关键参数需可以配置 选取试点效果较明显的调控手段组合 并综合考虑设备改造量和成本 作为设备规范要求 可依据区域业务特征在BSC侧可灵活配置 可依据现网试验结果配置合适的参数值 可依据现网试验结果配置合适的参数值 要求至少对QQ业务能够设置独立的TBF释放时延 整体优化方案总结 整体优化方案总结 GGSN PCRF PDN Gx HLR RNC 终端 BOSS SGSN SOAP SOAP Gr BTS BSC BSS Gn Gp IU PS Gb 3 2 1 区分用户级别和业务类型用户分为金银铜三个基本 业务类型分为四个优先级 传递相关参数采用标准QoS流程加DSCP的传递方案进行相关参数的传递 对于QoS流程不能有效处理的及时通信类业务采用DSCP方案 调控无线网资源通过接入控制 拥塞控制 调整TBF复用度 调整PDCH信道分配 调整TBF释放时延等手段优化无线资源利用 基于用户分级和业务分类的无线资源动态调控方案 通过区分用户级别和业务类型 传递相关参数和无线资源调控三个步骤 优化了无线资源的利用率 减少网络拥塞 3 2 1 现网改造要求 部署原则改造量分析 部署原则 无线 热点区域部署 仅在热点区域的BSC设备开启该功能调控策略小区级可调 统一优先级与用户级别及业务类型的对应关系可以在BSC侧灵活配置 是否针对小区级可调可基于BSC改造量确定例如 在大学校园内某一时段 22 00pm之后 大量用户使用即时通信类业务 而其他类型业务的使用很少 则对该范围内的小区可提高即时通信业务的统一优先级 改造量分析 核心网元 网络 GGSNSGSNBOSSHLRPCRF无线网元 无线 BSC 下一步工作建议 验证方案 后续工作时间计划 9月20日 试点规范定稿11月中旬 完成设备功能开发11月底 提交厂商自测试报告12月初 启动现网测试 其他无线资源调控方案 TBFLIMITonActiveTBF方案基于包大小的无线资源分配 TBFLIMITonactiveTBF原理 对PDCH上TBF的状态进行区分 当TBF上有数据传输时为激活TBF 否则为非激活TBF 均值TBF门限更改为仅对激活TBF数量进行限制 现网问题 均值TBF门限对所有类型TBF数量进行限制 PDCH资源利用率较低开启效果 均值TBF门限仅控制实际产生PDCH负荷的用户数量 相同门限下PDCH上可复用大量非激活TBF业务 如QQ Fetion等 提高了PDCH资源利用率 开启前 TBFLIMIT对所有类型TBF数量和进行限制 包括激活和非激活状态的TBF 当存在较多突发性小数据量业务时 PDCH利用率较低 开启后 TBFLIMIT仅对激活TBF数量进行限制 同一PDCH资源上可同时复用大量非激活TBF业务 当存在较多突发性小数据量业务时 所需PDCH资源减少 不区分用户和业务类型 能减少PDCH的占用 提高PDCH的共享和分配成功率 FTP用户 highactivity 聊天用户 lowactivity 非激活的TBF 激活的TBF TBFLIMITonactiveTBF示例 例子 7个用户正在进行数据业务 其中FTP用户一直有数据业务在进行 依据TBFLIMIT分配资源 TBFLIMITonactiveTBFs TBFLIMIT 4 TBFLIMIT 2 FTP用户 highactivity 聊天用户 lowactivity 非激活的TBF 激活的TBF 目前 TBFLIMIT考虑所有的TBFs 有业务承载 激活 及无业务承载的 非激活 功能开启后 只有业务承载的TBFs 激活 才被考核 GGSN GPRSBackbone PacketDataNetwork Gb SGSN BSC BTS BTS BSS BSC BTS Ater Abis MAP MAP X25 IP PCU Um 基于包大小进行Ater优化 基于包大小进行PDCH优化 1 2 与PCC架构无关的Ater优化和PDCH优化 基于包大小的资源分配优化 Ater优化的目标 提高 实际Gb吞吐量 相对 需求Ater资源 的占比通过对总Ater资源的优化 减少所需的Ater链接数量增加Ater PS口 actualGbthroughput Aterresourcesneeded 的比率 减少预留GCH资源却未被使用的比率减少Ater资源缺乏导致的TBF建立失败当Ater拥塞时 优化前的算法可能导致更多的建链失败 阻塞 基于包大小 改变MCS编码 分配Ater的GCH资源 基于包大小的Ater资源分配优化 Ater优化的原理 TBF分为 shortdata TBF和 data TBF两种 shortdata TBF指这个TBF上承载的数据小于规定的字节数 由参数设置 例如signalling或shortdatatransfer 否则认为是 data TBF对被认为是 shortdata 的TBF限制其最大允许的 M CS 在分配GCH资源时 对 shortdata TBF按所设置的PDCH参数INIT PDCH SHORT DATA EGPRS GPRS和所允许的最大 M CS分配相应的GCH资源 所有TBF初始建立时都被看作是 shortdata TBF 按 shortdata TBF处理 一旦该TBF承载的数据超过规定的