浅析PS永久在线智能释放技术对信令风暴的影响

（中国移动通信集团安徽有限公司，合肥 230061）

1 引言

中国移动TD-SCDMA用户的增加，以及网络覆盖的继续深入，更是加速了TD-SCDMA智能终端的增加。按照当前的渗透速度预测，2013年7月TD-SCDMA智能终端将超过8 000万部。与此同时，微信、QQ以及飞信等永久在线等技术的应用受到了3G用户的普遍青睐，这些应用已经给现有网络带来了强烈冲击，当前在中国的部分大城市已经出现了设备信令压力陡增的情况。

2 信令风暴分析

2.1 信令风暴介绍

信令风暴是由于网络侧收到的终端信令请求超过了网络各项信令资源的处理能力，引发网络拥塞甚至雪崩效应，导致网络不可用，这就是信令风暴。智能手机的普及使用、手机QQ、微信、飞信等应用的普遍流行，带来大规模小数据量的频繁交互，该类业务流量的建立和释放一般是通过信令信道承载的。频繁的小流量数据交互非常消耗信令信道资源，导致信令量的增幅远大于业务流量的增幅，这是信令风暴的主要表现（交互流程如图1所示）。

信令风暴现阶段主要几个表象：信令量的增幅明显高于业务流量； 在网络利用率整体还不高的情况下即出现明显拥塞的区域； 上行资源受限导致利用率过高。

图1 信令接入交互流程

2.2 智能终端导致信令风暴诱因

2.2.1 节电模式

智能手机为由于省电的需求，设置了快速节电休眠的功能，6～10 s无数据传送则释放连接。手机厂家为了节电使用了快速休眠功能，即一段时间没有数据传输，手机会不经网络侧准许而释放连接。

2.2.2 业务的连接重建

智能终端上丰富的应用普遍要求周期性地向应用服务器发送报文保证用户永远在线的状态，引起已释放的连接重建。为了保持永远在线的状态，智能手机一般每隔一定的时间就会向服务器发送一次控制信号，而服务器也会对其控制信号做出反馈，表明已知晓其状态。其心跳计算公式为心跳消息数＝终端数 ×用户渗透率×在线用户率×应用的心跳频率。

据统计，智能终端上的这类软件所引发的无线信令流量是传统非智能终端的10倍以上，这进一步增加了智能手机产生的信令。这种情况很容易引发雪崩效应，当终端申请不到空口资源，或者链接不上网络，就会不断重试，导致信令信道更加拥塞，直到瘫痪。当前应用业务类型与信令风暴关系表如表1所示。

表1 业务类型的信令需求关系表

2.3 信令风暴的解决策略

当前中国移动3G业务已经全面铺开，网络规模以及用户规模正在成陡增的趋势，虽然现阶段TDSCDMA承担的整网业务占比在一个较低的水平，但是随着智能TD-SCDMA终端的普及，在可预见的未来，TD-SCDMA网络的业务承载会达到一个空前的高度。因此针对信令风暴的解决策略，业界已开始未雨绸缪，当前主流探讨的技术解决策略如下所述。

2.3.1 资源抢占技术

用户接入/切换时，如果目标小区的资源不足，可以发起对已在线用户的资源抢占，抢占算法开启后，可以有效缓解RAB的拥塞，降低拥塞率。但是如果开启释放抢占动作，被抢用户会被计算一次掉线，可能会增加掉线率。另外，在同一个载波同一个时间只允许一个用户发起抢占，所以对于大量的拥塞抢占算法不一定起效。

2.3.2 帧分复用技术

H载波接入用户数受限于下行的伴随信道数量，开启帧分后，伴随信道可2倍、4倍帧分，最大接入用户数可提升2/4倍。可接入的用户成倍增加，但是单用户的速率有相应多倍数的减少。开启帧分后可能导致VIP用户感知变差，同时如果用户处于帧分态，是无法被抢占的。而且目前对比发现部分终端对下行4倍帧分/上行2倍帧分支持效果不理想，开启后，掉线率可能会上升。

2.3.3 混合载波技术

在R4载波上配置混合载波，可提升系统的吞吐量，增加H用户接入用户数。但是对R4用户数的接入数会有影响。引入混合载波后，由于没有独立的频点，且没有连片开启，会带来交叉时隙干扰。除此之外，HSPDSCH没有功控，会引入下行的干扰。

2.3.4 动态DCCC技术

系统自适应判决各小区典型负荷场景，根据每种场景的负荷及特点为用户分配不同的上行最大速率。该算法针对于拥塞具有一定的解决效果，但是随着接入用户的增加对于用户感知度会有所下降。且该算法目前仍在外场验证阶段，并没有进行规模采用。

2.3.5 CELL-FACH中间态承载小流量业务

通过信道重配置算法，当BE业务长时间处于低活动状态时，可以通过该算法将用户迁移到CELL_FACH或CELL_PCH状态，以减轻网络压力，当前该算法仍在验证测试阶段。

2.3.6 载波物理扩容

物理载波扩容，对于网络来说可以一定程度上减轻负荷压力，并且保证了用户感知度，但是现网很多负荷过高都具有潮汐特性，即在特定时段内业务量大，负荷高，因此追加载波的扩容，其收益性需要斟酌考虑。

2.3.7 PS永久在线智能释放

PS永久在线智能释放算法的开启，通过定时器T1的规划，针对各个特征小区进行针对性的设置，来降低拥塞小区业务码道的资源受限，亦可以结合小区的码资源剩余比例门限的设置，保障拥塞小区用户感知。针对超忙小区以及非忙小区，基础于网络特征进行T1的设计，能够很好的降低PS业务的接入请求次数，缓解信令负荷的压力。

因此，文章主要是从该算法的角度去考虑网络侧的业务拥塞控制以及信令负荷的辨证影响，从而使得基础于该算法下的优化方式得以实现最优的网络效果。

3 PS永久在线智能释放技术介绍

3.1 PS永久在线技术

PS业务永久在线智能释放技术的实现，当进行PS(分组域)业务的用户没有需要交互的信息(包括信令和数据)时，释放其占用的所有L2连接资源，并保存相应的某个L2连接标识和L3连接标识的对应关系信息。之后，当进行PS业务的用户重新出现需要交互的信息时，根据保存的L2连接和L3连接标识对应信息重新建立相应的L2连接；这样，所述用户通过重新建立的L2连接进行信令交换流程或开展PS业务。

联系PS永久在线T1定时器去理解，即当用户业务速率处于非活动性达到定时器时间后，通过释放RRC连接，将非活动性用户释放。基于定时器的非活动性用户释放，可以将用户由CELL_DCH或CELL_FACH或CELL_PCH态->IDLE态。当上行或下行有数据需要发送时，进行 RRC连接建立、 RAB连接建立，从而进入连接态，进行上传或下载。由于基于定时器的非活动性用户释放RRC连接后，仍保留PDP激活文本，所以在有数据传输时，不需要对PDP文本再次激活。

由于PS永久在线智能释放技术可以在无信息交互情况下释放用户所有的L2资源，因此大大节省了RAN(无线接入网)侧的系统资源，保证用户进行PS业务的快捷和便利性。原理实现流程如图2所示。

图2 PS永久在线算法的流程分解图

3.2 PS永久在线智能释放与信令风暴的验证关系

PS永久在线定时器智能释放算法，该算法可以进行小区级以及RNC级设置PS永久在线定时器参数，并且可以通过对当前载波剩余码资源比例门限的判断来进行智能释放。因此，在TD-SCDMA网络中可以真正的针对特别小区进行个性参数定制。

针对较为拥塞小区，可以缩短小区级PS永久在线时长,释放低业务量用户长期占用资源，提升对有业务需求的用户感知，但是会增加用户信令交互次数，会抬升小区信令负荷。

对于负荷正常小区，可以增加小区级PS永久在线时长，增加低业务量用户在线时长，保障数据业务用户感知，提升码资源利用率，并减少用户信令交互次数，降低整体小区信令负荷。

针对该定时器，结合部分高校小区进行实际验证，将T1设置区间为3个区间10 s、20 s、30 s的得出的实际验证指标如表2所示。

对比效果：

（1）适当增大该定时器的时长（如由10 s改为20 s），信令请求数下降3.4%，数据流量提升16.9%，信令承载效率提高21.7%，码资源利用率提升4.6%。

（2）拥塞率和掉线率略有上升（均因为分母变小）。

（3）继续增大该定时器的时长后，信令请求数量进一步下降，数据流量、信令承载效率及码资源利用率均继续提升，但拥塞率和掉线率劣化也较为明显。

表2 PS永久在线定时器参数对应测试指标图

（4）应根据不同区域的不同业务模型及业务负荷来精细优化该定时器的时长设置。

针对超忙小区,PS永久在线定时器的设定较低,由于其加速微量业务的释放,会在一定程度上降低该小区的业务信道拥塞.但是却带来了PS业务请求次数的抬升,造成了信令负荷的加剧,并不能缓解信令风暴的风险。因此其值域的设定一定需要依据不同的业务模型以及业务负荷来优化,参考优化值域区间10～20 s。

针对非忙小区, PS永久在线定时器的设定可以相应抬高,由于其延长用户释放，降低信令交互，提升已接入用户感知。指标上看,其业务量以及码资源率也有一定抬升,但是拥塞率以及掉线率会有小幅提高。因此其值域的设定同样也需要依据不同的业务模型以及业务负荷来优化,参考优化值域区间20～60 s。

4 应用情况

4.1 安徽某地市公司TD-SCDMA业务现状

目前随着移动3G手机的逐步普及，以及智能手机的大面积使用，安徽某地市业务量增长区域主要分布在高校以及市中心办公集中区域，且数据业务增长比例明显高于话音业务，主要原因为高校区域以及市中心办公集中区域的用户终端的更新升级及新增用户普遍采用智能终端。目前业务集中区域PS业务对比CS业务的比例由去年的7.5倍提升至11.5倍。

图3为业务带宽区间柱状图，可以看出该地市10～400 Mbit/s业务小区站点占比较高，占据在80%左右，400 Mbit/s业务以上小区站点占比在10%左右，超闲小区占比约在10%左右。

图3 安徽某地市PS业务区间柱状图

4.2 个性化的PS永久在线定时器对信令风暴影响

4.2.1 拥塞小区设置原则

对该地市RNC下部分热点小区，开启PS永久在线定时器智能释放算法，设置PS T1定时器由30 s修改为20 s，参数调整后对比前后一天涉及小区的业务量、码资源、拥塞关键KPI以及误块率等指标，结果如表3所示。

在将PS T1定时器适度修改降低后，拥塞问题得以解决，但是码资源利用率小幅降低，PS业务连接请求次数增大大约19.3%左右。这主要是在拥塞小区，由于业务码道的拥塞，需要低速用户进行相应的码道释放，因此将该定时器适度下调，所以小区下PS微量用户在T1时间到达后，会释放当前的数据业务，从而缓解业务码道的压力。但是由于当下智能手机软件业务多数存在心跳检测机制，因此在一个心跳周期过后会继续发起业务重建，且支持该心跳方式的应用软件十分广泛，因此PS业务请求次数抬升明显，所以加剧了小区的信令负荷。

因此在拥塞小区，PS永久在线定时器的修改可以缓解业务信道的拥塞，但是却牺牲了信令的负荷。在当前TD-SCDMA业务未完全地承担起整网业务时，需要未雨绸缪，针对不同的业务类型环境进行不同设置，以达到最佳的效果。

表3 典型拥塞小区指标

表4 典型非忙小区指标

4.2.2 非忙小区设置原则

对该地市RNC下部分非忙小区，开启PS永久在线定时器智能释放算法，设置PS T1定时器由20 s修改为40 s，参数调整后对比前后一天涉及小区的业务量、码资源、拥塞关键KPI以及误块率等指标，结果如表4所示。

在将PS T1定时期适度修改提高后，非忙小区业务量提升明显，信令负荷显著降低，码资源利用率提升明显，部分小区存在突发拥塞现象。这主要是由于该定时器修改，小区下PS微量用户持续对资源进行占用导致，因此其PS业务重建次数大大降低，所以相应的指标有所提高。

因此在非忙小区，PS永久在线定时器的修改可以提升小区PS业务量，降低信令负荷，但是可能会导致该小区的突发性拥塞，造成掉线率的提高。在当前TDSCDMA业务未完全的承担起整网业务时，该参数需要进行合理优化，在拥塞允许范围内，尽量提高该定时器设置，可以提升TD-SCDMA用户在TD网络下的流量，降低GSM网业务负荷，且网络底噪也会相对降低，同时也相对大大减少了TD-SCDMA网络下的小区用户频繁重建次数，防止信令风暴的产生。

4.2.3 信令风暴与PS永久在线定时器相干关系

目前网络的“PS永久在线智能释放算法”已经开始阶段的应用，由于网络数据用户较多，为使得处于闲置状态的无线资源得到充分利用。修改此定时器，在用户高层业务无流量的情况下（UE会主动上报4B测量报告），网络侧则对UE上报的4B测量报告进行统计，对满足条件的用户以User Inactivity原因删除无线链路，回收码资源，实现系统无线资源的最大化利用。在不影响用户主观感受的情况下，该策略的引入，对于节约无线资源、提高系统容量、降低PS业务掉话率等方面都有明显的效果。

针对信令风暴问题的解决，从整网的角度去考虑，其对于非忙小区的的信令负荷的降低是有一定意义，且一般网络的超闲小区、非忙小区、超忙小区其数量分布是基本符合正态分布结构，所以针对非忙小区进行该参数的优化，可以将网络信令的压力控制在相对较低的水平；对于拥塞小区，由于考虑接入用户感知度以及对应性能指标的需要，在可控的范围内，适度降低该定时器，可以缓解拥塞，提升客户感知度，但是却会造成信令负荷的抬升，因此需要优化人员进行相应的对比测试验证，以达到最佳的网络效果。

5 经验总结

随着数据业务移动化的网络格局的发展，以及智能手机的规模使用，势必会导致有限的无线网络资源与智能终端应用程序的大量信令需求产生不可调和的矛盾。

从网络侧的角度去考虑，缓解信令风暴的若干方法中，PS永久在线技术应该属于“节流”的范畴。即通过该算法的设计应用，针对不同的特征小区进行不同的参数设置，从而保证了PS业务请求次数的缓解或者降低，对于整网的信令负荷来说，起到了一定的解决效用。

诚然，对于TD-SCDMA的网络来看，信令风暴的影响当前主要还是存在于“冰山”之下，即现网普遍信令量增长远高于流量增长，但尚未出现大面积数据接入拥塞或设备瘫痪的严重情况。但是，随着TD-SCDMA网络格局的不断拓展，智能手机广泛应用，信令风暴对于网络的影响势必会加剧，因此提前部署相应措施，了解相应算法的解决特质，是当下势在必行的工作。

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[3] 汪丁鼎，龚追风，潘江永．智能手机风暴对移动通信网络的影响及应对策略[J]．移动通信, 2011,(21).