GPRS无线网络配置优化

摘要：本文对MOTOROLA系统GPRS网络中GBL、GSL、PCU、PDCH的特点进行了介绍，并根据作者在日常GPRS网络优化工作中的经验对各个网络资源的容量配置进行了详尽的分析，提出了针对各个网络资源进行容量分析的具体实现措施和扩容的指标门限。

关键字：GPRSGBLGSLPCUPDCH统计






























目 录

1、概述3
2、GBL容量分析3
2.1、统计基础3
2.2、数据准备4
2.3、配置估算4
2.4、配置实例5
3、GSL容量分析5
3.1、统计基础5
3.2、数据准备6
3.3、配置估算6
3.4、配置实例6
3.5、配置注意事项7
4、PCU容量分析7
4.1、基础资料8
4.2、PCU负荷分析8
5、PDCH配置优化8
5.1、GSM/GPRS无线资源竞争现状9
5.2、PDCH配置的理论基础9
5.3、统计数据基础9
5.4、小区PDCH资源配置10
5.4.1空中RLC层的数据块吞吐能力分析10
5.4.2初配小区PDCH资源10
5.4.3修正PDCH配置10
5.4.4配置实例11












1、概述
随着市场部门对GPRS应用业务的深入推广，网内用户数量和数据流量正在高速增长，同时网络业务收入也正节节攀升，各种基于GPRS应用的新业务也正在积极酝酿实施中。为了继续保持这种良好的发展势头，我们的新业务支撑部门一方面需要加强现阶段GPRS网络本身的优化工作，另一方面还需要解决由于GPRS网络的不断发展所引起的对GSM无线资源竞争的问题。
接下来我们将就GPRS无线网络配置优化方面的问题进行进一步的探讨，主要包括如下几个方面。
1、GBL容量分析。
2、GSL容量分析。
3、PCU容量分析。
4、PDCH配置优化。
以上所列各网络资源在GPRS网络中所处的位置如图一所示：
图一：

2、GBL容量分析
GBL是PCU与SGSN之间的数据传输通路，其工作性能的好坏将直接影响到整个PCU所辖区域内用户使用GPRS网络的感受。如果GBL性能不佳可能直接导致：用户感觉上网速度慢、易掉线、PDP激活困难等问题。那么如何配从置上保障GBL链路的性能，避免其成为GPRS网络发展的瓶颈呢？我们认为：一方面可以从核心网侧对GBL配置数据进行定期检查，保证配置数据无误；另一方面可以定期对GBL统计数据进行分析评估，判断其容量配置是否合理、GBL工作是否稳定等问题。以下我们主要介绍如何通过GBL统计数据来分析其配置容量是否合理、GBL工作是否稳定的问题。
2.1、统计基础
对GBL进行容量分析的基础数据来自于BSS侧的统计数据，可直接通过OMC-R提供的统计功能获取。
主要包括以下统计指标：
GBL_DL_DATATHRPUT_HIST_MAX;GBL_DL_DATATHRPUT_HIST_MEAN;GBL_DL_DATATHRPUT_HIST_MIN;GBL_DL_DATA_THRPUT_MAX;GBL_DL_DATA_THRPUT_MEN;GBL_LINK_INS;GBL_UL_DATATHRPUT_HIST_MAX;GBL_UL_DATATHRPUT_HIST_MEAN;GBL_DL_DATATHRPUT_HIST_MIN;GBL_UL_DATA_THRPUT_MAX;GBL_UL_DATA_THRPUT_MEAN;GBL_UNAVAILABLE。
其中对我们做GBL容量和稳定性分析最关键的指标为：
GBL_DL_DATA_THRPUT_MAX;GBL_DL_DATA_THRPUT_MEN ;GBL_UL_DATA_THRPUT_MAX，GBL_UNAVAILABLE; GBL_LINK_INS。
GBL_DL_DATA_THRPUT_MAX为GBL下行数据最大输出量，其单位为KByte。它是我们所取统计时间内各个采样时段的GBL下行流量最大值之均值，体现了现有网络情况下该PCU对GBL的实际最大需求，是我们计算GBL扩容需求的主要依据之一。
GBL_UL_DATA_THRPUT_MAX为GBL上行数据最大输出量，其单位为KByte，反映了对上行带宽的最大需求。
由于GPRS网络是上下行带宽不对称网络，下行数据带宽高于上行数据带宽，实际无线流量统计中下行数据流量也是上行数据流量的两倍左右，所以在对GBL容量分析时只须分析其下行的GBL带宽需求就完全可以满足其上行需求。
GBL_LINK_INS为统计时段内该GBL的可用时间，GBL稳定的情况下其可用时间应该等于统计时间。GBL_UNAVAILABLE是统计时段内该GBL的不可用时间。它们的单位均为“毫秒”。这两个统计指标从不同的侧面来反映了GBL工作的稳定性。需要注意的是只有在GBL工作稳定的情况下所统计到的GBL_DL_DATA_THRPUT_MAX才能体现该PCU下数据业务对GBL的真实需求。
如何判断GBL工作是否稳定呢？我们认为可以从GBL的可用时间和不可用时间上来判断，其统计表现为：GBL_LINK_INS在一个统计时段内（1小时）的统计值为3600000左右（计数器可能存在误差），并且GBL_UNAVAILABLE的统计值为0时可以判断该GBL在统计时段内工作稳定。
2.2、数据准备
我们认为取连续7日的24小时GBL统计数据基本上可以涵盖其忙闲状况，可以作为对其进行容量分析的依据。对现网GBL最大负荷的评估可通过对7天中最忙一个时段内的GBL流量计算来实现。对GBL进行容量评估前具体准备的资料如下：
1、取连续7日的GBL统计数据，并确认统计时段内GBL工作稳定，统计数据真实有效。
2、整理统计数据，分析该PCU的两条GBL是否基本处于负荷均衡模式。如果是则进入下一步，如果不是则查找原因。
3、整理数据并找出统计时间内该PCU的GBL_DL_DATA_THRPUT_MAX的最大值。
4、现网各PCU的GBL时隙配置资料。
2.3、配置估算
我们可以通过前期准备的资料代入以下公式计算出该PCU下GBL在当前配置模式下的最大负荷。
具体计算公式为：
GBL下行时隙需求个数=GBL_DL_DATA_THRPUT_MAX*8/64/0.8
（注：0.8为MOTOROLA系统计算GBL负荷的经验值）。
当前GBL最大负荷＝ GBL下行时隙需求个数 / 现网实际配置时隙个数
在当前GPRS数据业务高速增长的情况下，我们建议在GBL的最大利用率超过70%时即准备扩容。
2.4、配置实例
假如某PCU两条GBL的“GBL_DL_DATA_THRPUT_MAX”统计指标在连续7天的最忙时段内最大值为18，则根据计算公式：
GBL下行时隙需求个数= GBL_DL_DATA_THRPUT_MAX* 8/ 64 / 0.8＝18*8/64/0.8=2.8125，即该PCU两条GBL的当前最小时隙配置需求个数为3个。如果以GBL利用率不高于70%计算，至少需要对该PCU的两条GBL各配置5个64kbps时隙。以笔者所在城市一年内数据业务流量增长两倍的增速估算，假如未来8个月不再做GBL容量调整则至少需要对两条GBL各配置6个64kbps时隙。“表一”为本市2个PCU的GBL扩容方案，本方案满足自制定之日起8个月内的GBL发展需求。
表一：
PCU编号GBL_DL_DATA_THRPUT_MAXGBL_UL_DATA_THRPUT_MAXPCU所辖区域的重要级别现有GBL时隙配置现有GBL利用率GBL建议配置扩容后的GBL利用率
A224重要485.94%749.11%
B184重要393.75%646.88%
3、GSL容量分析
GSL是PCU与BSS之间的信令链路，所采用的协议为LAPD协议，故GSL链路又叫GDS LAPD。在BSC侧GSL定义于GPROC下，每个PCU可支持6个主用的GSL 64kbps时隙和6个冗余备份时隙，每个64kbps时隙是一个LAPD信道，两条GSL工作于负荷分担模式。网络运行维护过程中定期分析现网GSL负荷，对负荷已经达到预警门限的GSL及时采取容量调整措施可有效保障GSL始终工作于最佳状态。
GSL上传输的消息种类主要有：
PCU下所有BTS的GPRS IMM_ASSIG消息。
GPRS Paging消息。
Stat_msg ，PCU统计消息。
Code_Load ，PCU装载时传输的消息。
Cell_Updata ，小区更新消息。
Msg_sw_ts_chg ，动态PDCH的状态转换消息。
Status_Queries ，BSC或OMC-R查询PCU状态的消息。
3.1、统计基础
OMC-R上对GSL的主要统计指标为：I_FRAMES_RX和I_FRAMES_TX。它是基于PCU－BSC间第二层链路I帧的收/发帧数，其中每个I帧的大小为84KByte。
3.2、数据准备
我们认为取连续7日的24小时GSL统计数据基本上可以涵盖其忙闲状况，可以作为对其进行容量分析的依据。对现网GSL最大负荷的评估可通过对7日中最忙一个时段内的GSL流量计算来实现。对GSL进行容量评估前具体准备的资料如下：
1、从OMC-R获取目标PCU所有配置GSL的统计指标：I_FRAMES_RX、I_FRAMES TX，采连续7日的24小时数据。
2、确认该PCU下的几条GSL是否工作于负荷均衡模式，如果是则进入第3步，否则GSL负荷不均，需要查找其原因。
3、通过数据处理找到目标PCU下统计时段内GSL的最大I_FRAMES_RX、I_FRAMES_TX值并记录下来作为配置估算的数据。
4、现网各PCU的GSL配置资料。
3.3、配置估算
GSL收/发利用率的计算公式如下：
GSL utilization rate (RX/TX)
= ( I_FRAMES_RX/TX * 84 ) / ( 8 *1024 * stats_interval )
其中: “I_FRAMES_RX/TX”为忙时PCU某条GSL上收发的I_FRAME_RX/TX帧数，这里采用统计时段内的最大值来计算该PCU的GSL最大利用率。
84 为每个I_FRAME_RX/TX的帧长度，单位为Byte；
8*1024为 每条GSL的信道容量为64kbps,即8Kbytes/s。
stats_interval 为对I_FRAMES_RX/TX持续统计的时间，单位为秒 。
MOTOROLA系统GSR5中提出，当GSL最大利用率高于25%时，建议对该PCU的GSL扩容。
注意：这里需要说明的是GSL收/发利用率的计算公式中分子为单位时间内数据链路层的流量，而分母是单位时间内物理层的吞吐能力。为什么分子不采用统计物理层流量呢？这是由于MOTOROLA系统对GSL的统计项仅支持对数据链路层的统计功能。
3.4、配置实例
某PCU当前配置为4条GSL，通过统计数据整理发现各GSL忙时的最大I_FRAMES_RX/TX指标如表二所列：
表二：
PCU编号GSL编号最大I_FRAMES_RX数最大I_FRAMES_TX数
PCU xxGSL 01786218117
　GSL 11673917354
　GSL 21597419213
　GSL 31624318476
通过表二数据我们认为这4条GSL忙时负荷相差不大，负荷均衡较好。我们根据GSL利用率的计算公式分别计算出4条GSL的负荷，具体数据如表三所列：
表三：
PCU号GSL号I_FRAMES_RX最大值I_FRAMES_RX最大利用率I_FRAMES_TX最大值I_FRAMES_TX最大利用率
PCU xxGSL 0178625.09%181175.16%
　GSL 1167394.77%173544.94%
　GSL 2159744.55%192135.47%
　GSL 3162434.63%184765.26%
从表三中我们可以看到该PCU的4条GSL的收、发负荷均在5%左右，与MOTOROLA系统对GSL扩容的建议门限值“25%”还有较大差距，所以该PCU下现有GSL配置完全满足现网需求，并有较大的负荷冗余量，暂不需要扩容。
3.5、配置注意事项
我们知道MTL采用C7协议而GSL采用LAPD协议，在BSS侧他们被配置于GPROC下。由于他们所采用的协议不同，在配置GSL数据时，最好不要将MTL与GSL定义于同一个GPROC(LCF)处理器下。当GPROC负荷较大时可能影响GSL的工作性能，从而导致GPRS网络服务质量下降。
具体协议情况如表四所列：
表四：

4、PCU容量分析
PCU是GPRS网络中的分组控制单元，主要负责对整个PCU下无线资源的管理，其工作性能的好坏直接影响GPRS网络的无线性能，日常运行维护工作中关注PCU的工作性能，定期进行容量分析是必要的。通常情况下，我们对PCU进行容量分析时主要关注其PRP板的容量，当PRP负荷接近或达到预警门限时即需组织容量调整，这对保障PCU的工作性能和无线网络的健康发展非常重要。以下我们将具体探讨在MOTOROLA系统GSR5下如何进行PCU的容量分析。
MOTOROLA系统GSR5下PCU容量的特点：
允许开通PDCH的CS3/4功能，开通CS3/4后的PDCH对GDS的需求会倍增。单个PRP对PDCH的管理能力为120个，同时可支持的GDS个数仍为120个，这将直接导致部分PDCH开通CS3/4功能后会首先耗尽GDS资源，从而导致单个PRP下实际可配置的PDCH数低于120个；在完全开通PDCH的CS3/4功能后，单个PRP仅支持配置60个PDCH。
所以我们在MOTOROLA系统GSR5下分析PCU容量时不能通过PDCH配置数进行分析，而只能分析可能率先耗尽的资源——GDS的容量。
在对PDCH完全开通CS3/4功能前后，PRP板的PDCH管理能力变化情况图二所示：
图二：

4.1、基础资料
在进行PCU容量分析前我们需要准备以下几项数据：
PCU下PRP板现有配置个数。
PCU下GDS已配置个数。
PCU覆盖区域的重要程度及其对未来开通CS3/4的预期。
4.2、PCU负荷分析
在进行现有PCU负荷评估时我们主要准备表五所列资料,其中：GDS可用数＝PRP配置数*120；PCU下现有GDS负荷＝GDS已配置数/GDS可用数*100%。
表五：
PCU号覆盖区域现有PRP
配置个数GDS可用数GDS已配置个数现有GDS负荷PRP板扩容建议
1城区重点336026373.06%暂不扩容
2城区重点336031888.33%扩1个PRP
根据当前系统版本（MOTOROLA GSR5）的特点和覆盖市区PCU下对开通CS3/4功能的预期较高的特点，我们认为当其GDS负荷高于80%时，即可考虑对它扩PRP板；对覆盖市郊的PCU由于其总体流量和开通CS3/4的预期相对较低，所以我们考虑在其GDS负荷高于90%时才对它扩PRP板。因此我们建议对表五中所列的PCU2扩1个PRP板。
5、PDCH配置优化
PDCH即分组数据信道，它是GPRS网络所特有的小区级业务信道，它与GSM网络无线信道共享空中接口物理信道，因此在小区物理信道有限的情况下，配置过多PDCH信道可能会对GSM网络产生严重影响。比如：在GSM网络无线资源已经比较紧张的小区配置过多的PDCH信道可能导致GSM无线资源匮乏，从而导致GSM网络业务接入性能大幅下降；在GPRS网络业务量较大的小区配置过少的PDCH资源又会导致GPRS网络业务接入性能下降，造成GPRS无线瓶颈，影响用户的使用感受。因此在配置小区PDCH时需要考虑均衡GSM/GPRS双网无线资源的问题。
5.1、GSM/GPRS无线资源竞争现状
在此仅以笔者所在城市的情况为例介绍目前网络无线资源的大环境状况：一方面12个月内网络业务大幅增长。GSM全网话务量增幅达56%，GPRS全网无线流量增幅达200%；另一方面全网无线信道容量的同期增幅仅为16%。随着市场业务不断发展以及网络投资的逐步萎缩，无线资源利用率还将不断提高，GSM与GPRS网络对空中接口无线资源的竞争关系也将不断加剧，表六所列数据仅反映目前的无线资源竞争现状。
表六：
GSM话务统计小区类型小区总数所占比例备注
忙时每线话务量高于0.4Erl忙时每线话务量大于0.4Erl127427.02%无线资源较紧张
忙时每线话务量低于0.4ErlDRI配置低于3个的小区（含3个）157233.34%主要为了GSM覆盖的小区
DRI配置高于3个的小区186939.64%无线资源相对富裕
合计全网小区总数4715100%
从表六中我们可以看出：目前全网忙时每线话务量高于0.4Erl的小区占全网小区总数的27.02%。这部分小区即为GSM无线资源较紧张的小区，在对这类小区配置PDCH资源时需要考虑他可能会给GSM网络带来的严重影响。如何合理配置小区PDCH资源，既避免GPRS的瓶颈产生于空中接口又不会对GSM网络无线资源造成严重冲击呢？接下来将就此谈谈我们的配置方法。
5.2、PDCH配置的理论基础
PDCH在空中接口中传输的消息包括两类：打包后的用户数据和信令信息。空中接口任何信息的传输都会在OMC-R侧的上、下行流量统计中得到体现，所以空中接口的统计流量是判断小区PDCH忙闲的有力依据。我们可以通过OMC-R统计单位时间内该小区收/发数据包的数量来评估该小区PDCH的忙闲程度，并依据小区数据流量来初配该小区的PDCH资源。
5.3、统计数据基础
我们从OMC-R上获取的可用于计算单位时间内小区应用数据总流量的主要统计指标有：Air_dl_data_blks_qos3_cs1、Air_dl_data_blks_qos3_cs2 、Air_dl_data_blks_qos3_cs3、Air_dl_data_blks_qos3_cs4、Air_ul_data_blks_qos3_cs1、Air_ul_data_blks_qos3_cs2、Air_ul_data_blks_qos3_cs3、Air_ul_data_blks_qos3_cs4
单位时间内小区内应用数据总流量的计算公式为：小区应用数据总流量＝上行应用数据总流量＋下行应用数据总流量，带入具体统计指标则为：
小区应用数据总流量＝(air_ul_blks_q3_cs1*22+air_ul_blks_q3_cs2*32+air_ul_blks_q3_cs3*38+air_ul_blks_q3_cs4*52)*100 ＋ （air_dl_blks_q3_cs1*22+air_dl_ blks_q3_cs2*32+air_dl_blks_q3_ cs3 *38+air_dl_blks_q3_cs4*52)*100 ，单位为Byte/小时。
上式中的“22、32、38、52”分别为空中接口采用CS1/2/3/4编码方式时一个RLC DATA BLOCK中所包含的最大用户信息数，其单位为Byte，乘100是因为MOTOROLA系统在空中接口中收/发100个RLC DATA BLOCK时将在MOC-R统计数据中对应一个统计单位。
为了准确把握全网真正的GPRS业务热点小区，我们采用统计每小区连续7天的平均每日数据流量的方式来实现。这样可以避免仅取统计忙时的数据可能造成的热点小区丢失或热点小区虚假问题。
5.4、小区PDCH资源配置
5.4.1空中RLC层的数据块吞吐能力分析
GSM规范规定每个Radio Data Block由4个TDMA帧组成。一个GPRS复帧的传输周期是：52×4.615ms＝240ms，一个RLC Data Block的传输周期是：240ms÷12＝20ms。那么1个PDCH 1小时可以传送的RLC Data Block有：3600s×（1000ms÷20ms）＝180000个，对应于MOTOROLA系统统计指标为1800个统计单位。由此我们可以计算单个PDCH的吞吐能力：
1、仅开通CS1/2编码方式的网络其单个PDCH的极限吞吐能力为：
CS1编码方式下每PDCH应用数据吞吐能力为:180000*22/1024/1024=3.777MB/h;
CS2方式编码下每PDCH应用数据吞吐能力为:180000*32/1024/1024=5.493MB/h。
2、开通CS3/4编码方式的网络其单个PDCH的极限吞吐能力为：
CS3编码方式下每PDCH应用数据吞吐能力为:180000*38/1024/1024=6.523MB/h;
CS4方式编码下每PDCH应用数据吞吐能力为:180000*52/1024/1024=8.926MB/h。
无线环境质量的好坏将决定RLC Data Block的编码方式，而编码方式的确定则决定了一个PDCH的实际吞吐能力。
5.4.2初配小区PDCH资源
根据小区GPRS应用数据流量的大小配置全网各个小区的PDCH个数，流量与小区的PDCH配置个数如表七所列。
表七：
小区应用数据流量PDCH最大数
每日流量大于80Mbyte的小区7
每日流量在30Mbyte至80Mbyte的小区6
每日流量在15Mbyte至30Mbyte的小区5
每日流量在3Mbyte至15Mbyte的小区4
每日流量在3Mbyte以下的小区3
本配置方案是基于现网每12个月无线业务流量增长200%的业务发展模型而制定的适合于今后6个月的无线网络发展需求的方案。
5.4.3修正PDCH配置
根据小区应用数据总流量初配小区PDCH资源仅仅考虑了GPRS网络的发展需求，但事实上GPRS是叠加于GSM网络之上的网络，它们共享空中接口无线资源。所以我们在配置PDCH资源时必须考虑它可能对GSM网络造成的严重影响。为了保障GSM/GPRS网络均能健康有序的发展，我们需要对部分GSM资源极度紧张的小区作适当的PDCH配置减让。具体修正方案如下：
1)、PDCH配置为7的小区如果GSM话务在统计时段内出现过拥塞则将其配置降为6个。
2)、PDCH配置为6的小区如果GSM话务在统计时段内拥塞率高于5%或统计时段内每线话务量高于0.5Erl，则将其配置降为5个。
3)、PDCH配置为5的小区如果GSM话务在统计时段内拥塞率高于10%或统计时段内每线话务量高于0.6Erl，则将其配置降为4个。
4)、PDCH配置为4的小区如果GSM话务指标在统计时段内拥塞率高于20%，则将其配置降为3个。
5)、对于只有1个载频的小区（主要是为了实现GSM网络覆盖偏远小区），最大PDCH配置个数为3，如果在统计时段内出现过拥塞则控制其PDCH个数不超过2个。
6)、对于只有2个载频且存在TCH拥塞的小区，控制PDCH配置数目不超过3个。
7)、 对于覆盖市区内的小区，建议PDCH配置个数不少于3个；对市区内覆盖重点区域的小区（政府机关、四星级以上宾馆、高档写字楼、电脑城等地）配置5个以上的PDCH信道。
需要注意的是：
1、我们对小区实施PDCH减让时需要严格按照以上修正步骤从1到7的执行，否则可能导致修正不完全的情况发生。
2、在对GSM话务量较高且GPRS流量也较大的小区实施PDCH减让后，最好通过开通该小区CS3/4功能，这样可以适当弥补减让的带宽。
5.4.4配置实例
表八所列数据为实施PDCH配置优化前的2小区GSM/GPRS统计数据，从表中我们可以看到这两个小区的GSM拥塞很严重。
表八：
CELLID小区流量（MByte/天）调整前实际
PDCH配置Dri个数系统忙时每线话务量(Erl)系统忙时TCH拥塞率(%)PDCH分配成功率(%)
xxxx102.8640.9436.788.68
yyyy32.05420.8921.8591.78
表九所列数据是对这两个小区实施PDCH初配和减让后的具体配置数据：
表九：
CELLID小区流量（MByte/天）PDCH理论配置修正后PDCH配置Dri
个数根据GSM话务情况修正GPRS PDCH配置
xxxx102.8734满足1/2/3/4条“拥塞率高于20%,PDCH配置3个”
yyyy32.05632满足第6条“2个载频且严重拥塞，PDCH配置3个”
表十所列数据为实施了PDCH减让并开通了小区CS3/4功能后的GSM/GPRS相关统计指标。
表十：
CELLID小区流量（MByte/天）Dri个数系统忙时每线话务量(Erl)系统忙时TCH拥塞率(%)PDCH分配成功率(%)备注
xxxx10340.9436.788.7修正前
xxxx11240.952487.4修正后
yyyy32.120.8921.991.8修正前
yyyy3720.9323.390.5修正后
PDCH减让后GSM网络仅系统忙时一个时段就分别比减让前多吸收了1.22/1.37Erl话务量，系统拥塞率也得到一定程度的缓减；另一方面其GPRS网络流量和PDCH分配成功率的变化幅度很小。
一成不变的网络资源配置方式是不适合网络业务发展需求的，在网络运行维护过程中时时跟踪网络发展状况，并根据各个时期网络发展实际制定切实可行的网络优化调整方案对保障我们网络健康有序的发展非常重要的。最后建议各地根据当地的GSM/GPRS网络发展实际，定期对GPRS网络的GBL、GSL、PCU、PDCH资源进行分析，以保障网络的健康发展。

参考资料
GSR5/6 MOTOROLA handbook
笔者所在地区的GSM/GPRS网络统计资料