基于Gb口报文对小区重选的研究0923精品资料

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、 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。PDP激活存表，记录PDP序号、信息及时间数据 flag 置0是type=0输出：解析GB 报文SNDCP消息检测到小区切换查PDP输出 type为1;消息类型

9、为 4的信息到文存表，记录档；更新小数据时间区起始时间 ;流量信息数据清零数据 flag置 1还有报文遍历用户表，将未下线的 PDP信否息写入 type为 0和1，消息类型为 5的信息到文档PDP去活输出 type为0和1，消息类型为 3的信息到文档PDP ID, type(0), 消息类型 ,上线时间 ,下线时间 ,数据 flag,IMSI,lac,ci, 切换数 ,上一个 lac,上一个 ci type=1输出：PDP ID,type(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 ,IMSI,

10、lac,ci, 切换数 ,上一 lac,上一 ciPDP ID,type(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 ,IMSI,lac,ci, 切换数 ,上一 lac,上一 ci第一条报文计算时间间隔点（time1、2)另发生小区切换SNDCP消息获取报文时间判断报文时间在间隔内查找报文 IMSI有用户存在是存在 PDP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， PDP Hoflag重置；计算新的时间间隔点无否提取用户及 PDP信息存表， Hoflag=1判断

11、BVCI ，未否变化 Hoflag 为一线程PDP Hoflag=1是0，否则为 1插入PDP节点到用户表,判断 BVCI ，未变化Hoflag 为0，否则为1查小区表小查小区表小区信息区信息根据数据方向及 Hoflag添加根据数据方向添加数据数据 paylen到相应统计值paylen到切换统计值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

12、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(SNDCPPDU) ，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。频率

13、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0.93

14、784820-21 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0.940937

15、40-41 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

16、-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

17、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

18、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0.97>1 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

19、区重选频率为 (n-n1)/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

20、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。持续时间在75 分钟以内（时间粒度为1 分钟）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

21、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

22、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 PDP 上下文的小区重选次数最高可达 271 次，但由分布表看出，小区重选 50 次以内的 PDP 上下文已经占到了 99.77%，图 1 只画出了小区重选次数 50 次以内的情况。PDP 上下文会发生没有用户数据 (SNDCP PDU) 传输的情况 ,在所有 PDP 上下文中出现的比例是 39184/156345=25.06%. ，在没有用户数据传输时 PDP 上下文持续时间较短，故小区重选的概率

23、较低，最高会发生 41 次小区变更。4.4 小区 -时间的重选流量比例分布重选流量比例的定义统计切换流量比例是为了分析一个小区C 在一段时间区，源自本小区，或者PDP 上下文激活自t 之前，但从t是从其他小区切换过来的。源自本小区有两种情况，由于小区t0,t1 内有多大流量比例源自本小开始起，在本小区有多大流量比例 - 时间的流量是由不同用户的PDP 上下文中的用户流量累加而成的，故与PDP 上下文激活时间t 有关：1) T0<t<t1, 并且 PDP 上下文从小区 C 发起激活2)T<t0 ，并且从t0 起，该 PDP 上下文的用户流量产生自小区C记一个 PDP 上下文过程

24、 t0,t1 ，三种颜色代表 MS 在三个小区产生了流量，分别记小区C1， C2， C3，矩形的面积表示流量的大小，用V 表示。故 MS 在 C1 产生了V1 流量，在C2产生了 V2+v3+v4 流量，在 C3 产生了 V5+v6 流量。为了将小区 -时间作为一个分析样本，现在用时间粒度 1 将时间轴 t 隔开，则按照上面的规则，对于时间样本1,2, 小区 C1 产生的V1 应加在小区C1 的未切换的流量，小区 C2 产生的 V2 应加在小区C2 的切换流量。同理，对于时间样本2,3, 小区 C2 产生的 V3加在小区C2 的未切换流量；对于时间样本3,4, 小区C2产生的 V4加在 C2

25、的未切换流量，V5 记在 C3 的切换流量；对于时间样本4,5,V6 记在C3的未切换流量。对于所有 PDP 上下文过程产生的用户流量按照上述方法进行拆分，可以得到每个小区在每个时间样本上的非重选流量和重选流量。时间为 5 分钟粒度去除 5 分钟粒度缺流量的小区5 个，保留54 个全天均有288 个 5 分钟的小区，故样本容量 =54*288=15552最小值最大值均值上行流量重选比例00.980.36下行流量重选比例00.990.28时间为 30 分钟粒度最小值最大值均值上行流量重选比例0.010.930.52下行流量重选比例0.010.970.46保留没半个小时都有流量的小区 54 个，共

26、 2592 个样本。重新统计小区 -半小时流量样本出现频率按上下行重选流量比例的分布。时间为 1 小时粒度该 BSC 下共有 54 个小区，每个小区24 个小时，共 1296条样本最小值最大值均值上行流量重选比例0.050.980.61下行流量重选比例0.010.990.51从这三组不同时间粒度的小区-时间样本出现频率按流量重选比例的分布可以看出，流量重选比例与时间粒度长度是相关的，并且小区流量有相当大比重源自其他小区，或者说是从其他小区转移过来的，这说明大部分数据业务流量不是消化在单个小区内部，而是会跨小区。小区重选对小区流量的影响是不可忽视的。随着观测的时间粒度越长，越大比重的小区流量源自

27、其他小区。4.5 PDP 上下文在同一个小区驻留时长的分布当 PDP 上下文跨小区时， PDP 上下文在同一个小区驻留时间等价于PDP 相邻两次小区重选时间间隔，从图中可以看出，未发生小区重选时，PDP 上下文在单个小区驻留的时间在时间较短时波动的更剧烈，1-2s 的 PDP 上下文占据了14%，这里没有区分发生重选和不重选的PDP( 不重选的有122301 条记录 )，即 PDP 上下文未发生小区迁移也记做在同一个小区的驻留时间。对全天同一个BSC 下 59 个小区的460521个小区驻留时间样本进行频率分布。从上图可看出PDP 上下文在同一个小区持续时间出现频率最高的是1-2s 这个区间。接着样本出现频率随着在同一个小区持续时间增大而逐渐减小，96%以上样本在同一个小区的持续时间在 1 小时以内，其中90% 的样本在同一个小区持续时间不足20 分钟。从小区驻