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浅谈交换机寻呼性能的优化


摘要：本文介绍了爱立信MSC交换机寻呼容量的计算方法，总结了在对交换机寻呼性能优化中的一些经验。

关键词：寻呼（Paging） 容量TMSIIMSI
1.概述
寻呼是交换机对移动台的呼叫，在每次移动台作被叫或接收短消息的时候，交换机都要对移动台进行寻呼。寻呼的成功率是交换机的一个重要的指标，一定程度上反映了网络的接通的能力，对交换机寻呼性能的优化的主要目的是提高寻呼成功率。
2.交换机寻呼容量的计算
2.1影响寻呼容量的因素
交换机对移动台的寻呼从寻呼的方式分为本地寻呼（Local Paging）和全局寻呼（Global Paging）,本地寻呼即在一个位置区内对移动台进行的寻呼，全局寻呼即在整个MSC内对移动台进行的寻呼。交换机可以使用TMSI或IMSI号码对移动台进行寻呼。当第一次寻呼不成功时，交换机会自动对移动台进行第二次寻呼。一般交换机的第一次寻呼采用本地寻呼，第二次寻呼采用全局寻呼。
MSC将寻呼消息发送到BSC，BSC再将寻呼命令发送到各个小区。在BSC和BTS中分别设有寻呼队列存放寻呼消息和寻呼命令。在MSC中设置了统计各类型寻呼次数以及寻呼错误次数的计数器，在BSC中设置了统计从MSC接收到的所有寻呼消息和因寻呼队列拥塞而丢弃的寻呼消息的个数，如表1所示：

表1 与寻呼性能相关的计数器及其含义
网元计数器含义
MSCNPAG1LOTOT第一次本地寻呼总次数
NPAG1GLTOT第一次全局寻呼总次数
NPAG1RESUCC第一次成功寻呼次数
NPAG2LOTOT第二次本地寻呼总次数
NPAG2GLTOT第二次全局寻呼总次数
NPAG2RESUCC第二次成功寻呼次数
NPAGERR寻呼错误次数
BSCTOTPAG寻呼消息个数
TOTCONGPAG拥塞的寻呼消息个数

而在大多数情况下，小区的寻呼容量才是网络寻呼容量的瓶颈，但是在系统中并没有设置对应各个小区的寻呼队列的计数器。小区的寻呼容量与BCCHTYPE、AGBLK等参数的设置有关。如图1所示，当BCCHTYPE设为“NON-COMBINED”时，每个复帧中有9个CCCH组；而当BCCHTYPE设为“COMBINED”时，每个复帧中只有3个CCCH组。当AGBLK＝1时，每个复帧中分别有8个和2个寻呼组（Paging Block）。


BCCHTYPE=NCOMB

BCCHTYPE=COMB

图1：不同BCCHTYPE设置下小区BCCH的帧结构

每个寻呼组可以容纳2个IMSI号码的寻呼消息，或4个TMSI号码的寻呼消息，或1个IMSI号码的寻呼消息＋2个TMSI号码的寻呼消息。如图2所示。可见：当使用不同的用户号码进行寻呼的时候，交换机的寻呼容量有明显的差异。

图2 每个寻呼组可容纳不同类型寻呼号码的数量
2.2寻呼容量的计算
为简化计算，作以下假设：
1.设第一次寻呼不成功而需要进行第二次寻呼的概率为12.5％（根据统计，该概率的实际值为5％～12％）；
2.AGBLK=1（目前广州全网小区的设置），此时，当BCCHTYPE=COMB时，每个复帧包含2个寻呼组；当BCCHTYPE=NCOMB时，每个复帧包含8个寻呼组；
3.第二次寻呼使用IMSI号码。

当第一次寻呼使用IMSI号码时，每个寻呼组可容纳的寻呼次数（Paging Attemps）为：4/ (2+2*12.5%)=1.78PA / paging block (1 PA = 1 IMSI + 12.5% IMSI)
对于BCCHTYPE=COMB的小区的寻呼容量为：1.78*(2/0.2354)=15.12 PA/Sec.
则：1.125*15.12=17.01 Paging Command/Sec.
即每小时可处理的寻呼数为：17.01*3600=61236
对于BCCHTYPE=NCOMB的小区的寻呼容量为：1.78*(8/0.2354)=60.49 PA/Sec.
则：1.125*60.49=68.05 Paging Command/Sec.
即每小时可处理的寻呼数为：68.05*3600=244980

当第一次寻呼使用TMSI号码时，每个寻呼组可容纳的寻呼次数（Paging Attemps）为：4/ (1+2*12.5%)=3.2PA / paging block (1 PA = 1TMSI + 12.5% IMSI)
对于BCCHTYPE=COMB的小区的寻呼容量为：3.2*(2/0.2354)=27.19 PA/Sec.
则：1.125*27.19=30.59 Paging Command/Sec.
即每小时可处理的寻呼数为：27.19*3600=110110
对于BCCHTYPE=NCOMB的小区的寻呼容量为：3.2*(8/0.2354)=108.75 PA/Sec.
则：1.125*108.75=122.34 Paging Command/Sec.
即每小时可处理的寻呼数为：122.34*3600=440442

爱立信建议：实际的寻呼负荷应不大于小区每小时可处理的寻呼数的50%。根据此建议计算得出的小区寻呼容量如表2所示：

表2 小区寻呼容量（小时）表
第一次寻呼号码IMSITMSI
BCCHTYPE=COMB3061855055
BCCHTYPE=NCOMB122490220221
3.参数修改前后性能指标的变化
3.1修改BCCHTYPE
所选的MSC中，共有163个小区，其中有7个小区的BCCHTYPE=COMB，其余158个小区的BCCHTYPE=NCOMB。修改后，将该MSC中所有的小区的BCCHTYPE统一为NCOMB。

图3修改BCCHTYPE后寻呼性能的变化图

由图3可见：在31日上午12时左右进行参数修改后，虽然忙时寻呼量有明显的增加，31、1日忙时第一次寻呼的成功率从29、30日的89%左右提高到91%左右，总的寻呼成功率没有出现明显变化。第一次寻呼成功率的提高，减少了系统的第二次寻呼，修改参数前，GZRMSC忙时第二次寻呼的次数占第一次寻呼次数的11%左右，修改后，其比例降到了9%，第二次寻呼数量的减少有利于降低系统负荷。
3.2修改寻呼方式
选择了两个MSC：MSC1和MSC2，修改前，在两次寻呼中，都使用IMSI对移动台进行寻呼，修改后，都是在第一次寻呼中使用TMSI，在第二次寻呼中使用IMSI。
3.2.1修改寻呼方式对寻呼成功率的影响
如图4所示，在改变了寻呼方式后，MSC1的第一次寻呼的成功率有了明显的提高，忙时的第一次寻呼成功率从87％左右提高到了91％以上，第二次寻呼的次数从每小时12000～14000次降低到8000～9000次，总的寻呼成功率也从92％～93％提高到94％左右。

图4 MSC1忙时寻呼成功次数和寻呼成功率

对比MSC1，在改变寻呼方式前后，MSC2的寻呼成功次数与寻呼成功率都没有出现明显的变化，如图5所示。MSC2忙时的第一次寻呼成功率从91％左右提高到92％以上，第二次寻呼的次数从每小时6000次左右降低到5300次左右，总的寻呼成功率则一直维持在93％到94％之间。

图5 MSC2时寻呼成功次数和寻呼成功率

根据图4、图5，MSC2忙时（17时）的寻呼次数约为65000～80000，而MSC1忙时的寻呼次数达到100000～130000。对比表1可见：在MSC2，无论第一次寻呼使用IMSI号码或使用TMSI号码，只要小区的BCCHTYPE=NCOMB，各小区的寻呼容量均能满足实际寻呼负荷。对于MSC1，其忙时的寻呼负荷已经达到或超过了第一次寻呼使用IMSI号码的寻呼容量，而使用TMSI作为第一次寻呼号码时，只有在BCCHTYPE=NCOMB的小区，才会出现实际寻呼负荷超过小区寻呼容量的现象。因此在将第一次寻呼号码由IMSI改为TMSI后，MSC1的寻呼成功率出现了显著的提高，而MSC2的寻呼成功率没有出现明显变化。
另外，有部分手机（如SAMSUNG等）在使用IMSI作为寻呼号码时，只识别其中的前13位，如寻呼号码的前13位与本机的IMSI的前13位相同，则认为本机被寻呼而进行应答。不同的手机如果IMSI的前13位相同，就会出现错误应答的情况。使用TMSI作为第一次寻呼号码时，这种情况就不会出现，从而减少了手机错误应答的现象，提高了寻呼的成功率。
3.2.2修改寻呼方式对SDCCH掉话率的影响
如图6所示，在修改寻呼方式后，两个MSC的忙时（每日17时）SDCCH掉话率均出现了明显的升高，其中MSC1的SDCCH掉话率从0.5％~0.6％升高至0.65％~0.75％，MSC2的SDCCH掉话率从0.5％左右升高至0.6％~0.65％，分别升高了25％左右。


图6 修改寻呼方式前后的忙时SDCCH掉话率

如表3所示，在修改寻呼方式后，在两个MSC的忙时SDCCH掉话中，各种类型的掉话都有升高。其中，弱信号掉话和质差掉话的变化比较明显，TA过大的掉话数虽然有明显的增加，但由于其数量很少，对掉话总数的变化影响不大。

表3 忙时SDCCH分类掉话数统计（每日11时）
MSC掉话类型修改前修改后变化率（％）
MSC1弱信号掉话585.6959983.361167.89618
其他掉话1930.4881948.830.950103
TA过大掉话4.4579859.274145108.0345
质差掉话353.2606509.905244.34248
SDCCH掉话数2873.9033451.3720.09349
MSC2弱信号掉话615.69481045.54169.81473
其他掉话1657.5571808.1769.086821
TA过大掉话1.7874565.782308223.4937
质差掉话127.9716226.09576.67592
SDCCH掉话数2403.0633085.61528.40346

无论是MSC1，MSC2，在改用TMSI作为第一次寻呼号码后，其SDCCH的掉话次数和掉话率都出现了一定的升高，特别是弱信号掉话和质差掉话的次数明显增加。造成这种现象的原因估计是：当手机处于接收信号较差的区域，较短的TMSI号码有利于手机正确接收寻呼号码而进行应答，在随后占用SDCCH通信的过程中，可能由于上行信号太弱或质量太差而导致掉话。因此，这种现象在上下行平衡比较严重的MSC2更为明显。
4.结论
将BCCHTYPE从COMB改为NCOMB，能明显提高寻呼成功率，有利于降低系统负荷。将BCCHTYPE设为COMB的主要目的是在小区载波数较小的时候，提高小区的TCH和SDCCH容量，但这样的设置严重影响系统的寻呼性能，建议不使用这种方法；
使用TMSI作为第一次寻呼号码，能有效的增加小区的寻呼容量，建议对寻呼数量较大的MSC，使用TMSI作为第一次寻呼号码，将能明显提高寻呼成功率，同时应尽量减少上下行不平衡的现象以减少SDCCH掉话；
使用TMSI作为第一次寻呼号码，会增加SDCCH掉话，建议对寻呼数量较少的MSC（每小时寻呼数少于100000），可以考虑使用IMSI作为寻呼号码。


参考文献：
1.LOCATION AREA DIMENSIONING GUIDELINE， THE ERICSSON GSM SYSTEM R8
2.FLOW GRAPHS FOR INCREMENTING AND DECREMENTING SELECTED STS COUNTERS， Ericsson Radio Systems