华为BSC的3G业务能力提升研究

中国电信广东无线网络运营中心惠州分中心 罗石灶 况卢娟 张 晶

一、引言

经过几年的网络运营，中国电信的3G网络已经具备向全体用户提供高速、优质的3G数据业务。但随之3G业务进一步的规模发展，3G用户数量迅速增加，3G业务也越来越丰富，3G用户对3G业务的要求也更加苛刻，3G网络也出现负荷过高的情况，提升3G业务处理能力成为做好3G网络运营的重点工作，也是支撑3G规模发展的关键环节。而BSC是基站3G网络无线接入的控制器，负责数百个基站的控制，数千个载频的业务调度，整体承载的工作重要性十分突出。3G业务处理能力的提升，除了分布于各个区域的基站之外，BSC作为核心的总控单元，也是需要重点研究的对象。全面提升BSC的3G业务处理能力是个基础，在此基础上才能够针对不同区域的情况对基站进行优化提升，从而实现整体网络的3G业务处理能力提升，实现支撑3G规模发展的目标。

二、3G业务分析及能力提升

1.3G网络结构

从整体网络结构上看，BSC处于集中的分组域核心网元与众多分散的基站之间，作为一个承上启下的控制管理网元。同时BSC把通过基站传送来的用户数据进行处理后再提交到PDSN等核心网元，也把PDSN等核心网元的数据下发到基站，到用户，作为一个数据处理转发的门户网元。其网络结构图见图1。

图1 CDMA网络结构图

在BSC与基站、与分组域核心网之间进行信令交互，需要借助相关的接口，具体接口及其功能如下：

⊙ Abis接口：用于承载BSC与BTS之间的业务数据和信令消息。

⊙ A8/A9接口：A8接口提供AN与PCF之间的业务数据承载；A9接口传送AN与PCF之间业务连接的建立、维持、释放及休眠切换的信令消息。

⊙ A10/A11接口：A10用于传递PCF与PDSN之间的业务数据；A11用于传递A10连接的建立和释放信令消息以及计费信息等。

⊙ A12接口：AN与AN-AAA间的接口，用于传递接入鉴权的信令消息。

⊙ A1/A1p接口：AN和CS域的接口，用于1X/DO互操作。

⊙ A13接口：AN间接口，用于AN间会话迁移；

A16接口：AN间接口，用于AN辅助AN间硬切换；

A17/A18接口：AN间接口，用于AN间软切换（华为内部接口）。

BSC对3G业务的处理，除了于外部的网元交互处理之外，其内部还要经过各个板件的处理，借助板件的功能特性完成业务的处理，其处理过程见图2。

图2 BSC内3G业务处理过程

BSC内配合完成3G业务处理的板件主要有：

⊙ Abis接口处理，PO1Ba，GOUBc等。

⊙ 信令处理，XPUOa。包括数据业务管理单元PMUO，BSC信令处理单元SPUO，SDU资源池单元RPUO，PCF信令处理单元PCUO。

⊙ PCF处理及A11接口处理，GOUXa。

⊙ 业务处理，DPUDb。

⊙ BSC框间交互处理，SCUOa。

综合分析BSC内3G业务处理过程，对BSC的3G业务能力的优化提升工作也就集中在接口处理，信令处理，业务处理等几个方面。

2.各板件的3G业务能力

⊙ PO1Ba每个光口提供63个E1链路，GOUBc每个光口提供1000M的快速以太网（FE）链路，根据基站的业务量给每个基站独立分配，BSC的各个框根据基站业务的需求配置板件。

⊙ PMUO：BSC内必须有且只能有一个，配置在CMPS框。

⊙ SPUO：BSC每框最多可配32个，1个SPUO支持256个载扇，64个基站等效，3G吞吐量100Mb/s。

⊙ RPUO：BSC的每框必须有且只能有一个。

⊙ PCUO：采用资源池方式BSC内共享，一个BSC最多可配15个，一个PCUO支持300000个PPP连接。

⊙ DPUDb：每个DPUDb提供22个DSP，每个DSP支持80个3G用户。

⊙ PCF：支持数据流量400Mb/s。

3.3G业务能力瓶颈

随之3G业务的规模发展，华为BSC对3G业务处理的能力限度问题逐步出现，关联板件的CPU负荷告警，业务板件的话务占用率超门限告警不断出现，影响3G业务处理的主要瓶颈有以下几个方面：

（1）Abis接口带宽不足

带宽不足导致无法很好满足用户3.1M最高体验速率。EVDO RevA峰值速率为3.1Mb/s，若平均每载扇用户数达1个以上，要保证用户达到3.1Mb/s的最高速率，则要求每个基站平均每个载扇1.5个E1，即3Mb/s带宽。

带宽不足导致用户平均速率感知低。基站忙时DO传输平均利用率大于45%以上时，用户等效速率开始出现拐点，并随着利用率的升高用户速率呈持续下降趋势（图3）。

图3 3G传输利用率与客户速率之间的变化趋势

传输带宽不足甚至会导致用户无法使用3G业务。传输峰值利用超过90%时，用户可分配的传输资源迅速减少，导致用户打开网页慢容量，下载速率低等情况，甚至导致用户无法接入，寻呼失败，流量损失，严重影响3G用户感知。

（2）信令处理能力不足

SPUO的负荷过高。SPUO是BSC的信令处理子系统，除了3G业务的信令处理之外，还负责1X的语音、数据业务的信令处理和短信息的处理。当SPUO子系统的负荷过高时，会导致下带的基站出现小区退服现象，中断基站的业务服务。2011年12月惠州BSC1的某个SPUO子系统负荷高达90%，导致下带的9个基站信令链路中断，小区退服，业务受影响。另一方面，SPUO子系统下带多个基站业务，若因负荷过高而导致板件故障，将出现大面积的业务全部中断，包括3G和语音等。

SPUO原则上能够支持256个载扇，但在目前业务发展的情况下，在密集市区每个SPUO下带的载扇在120个即会导致负荷上升到50%～60%，甚至更高。

（3）业务处理能力不足

3G业务处理由DPUDb负责，一块DPUDb支持22×80＝1760个用户，在3G用户集中的区域，如密集市区，大客户公司，校园网，大规模的演唱会，节假日时期的高速公路收费站和服务区等，都会出现大规模的3G用户接入，超过DPUDb的处理能力，导致用户无法接入。

三、3G业务能力提升方案

1.Abis传输能力提升

3G业务的Abis传输能力提升的方法是增加Abis传输的带宽，主要方式有增加E1链路和FE改造增加带宽。

由于基站侧的接口板能够提供的E1接口最多为16个E1，即32Mb/s，而且还要部分提供1X的业务，传输设备的接口有限；同时BSC侧接口板的1个光口仅能提供63个E1，若大量基站使用E1形式开通16个E1的带宽配置，将占用大量的接口板和槽位资源，使得信令处理和业务处理能力不足；因此难以通过增加E1链路的方式来满足大量的3G业务传输能力的提升。

随着IP化进程的发展，IP承载已经成为移动通信网络演进的主流趋势。FE（Fast Ethernet）相比E1传输有以下几方面优势：

⊙ 传输带宽大。FE接口使用以太网传输，带宽为100Mb/s，使用E1传输可能需多个传输接口板，而用FE仅需要一个端口就可以满足带宽需求（从另一角度来看也降低了网络成本）。

⊙ 网络扩容方便。E1扩容需要端对端的扩容E1数量，实施复杂；而FE方式只需要扩容调整中间传输带宽，不需要增加端口数量和接口板等资源，而且操作方便，能大大缩短扩容的周期。

⊙ 网络搭建成本低。无论是新建、还是进行网络扩容，使用FE传输时都无需新增接口板、端口等资源。

⊙ 便于未来演进。传输网正向IP包交换方向演进（如EPON等），FE接口可以满足与演进网络的对接，是移动通信网络演进的方向。

使用FE形式的传输，除了满足业务需求之外，在BSC侧接口板使用GOUBc板，该板件有4个光口，每个光口提供1000Mb/s的带宽，可以节省大量的槽位资源提供给信令处理单元和业务处理单元使用，且板件是主备保护机制，具有高度的安全性。当前已经逐步利用FE改造的方式来实现3G业务的传输能力提升。

以惠州某学校覆盖基站为例，其传输能力和网络性能（接入失败次数）的变化如图4所示。

图4 某基站传输带宽提升与接入失败情况对比

2.信令处理能力提升

2012年8月，华为BSC升级到8.0版本，该版本提供了SPU资源池优化，使CPU负荷更均衡。该功能主要的意义在于动态共享门限，保证系统所有SPU负荷均衡；增加SPU寻呼负荷分担功能，提升可负荷分担的业务比例，如图5。

图5 华为BSC的SPU负荷均衡

在日常网络运营过程中，在保障日常业务需求的过程中，还要考虑突发情况下的业务需求，建议在BSC同个框内，200个DO载频配置1块DPUDb单板，在密集市区可以考虑每150个DO载频配置1块DPUDb。

根据华为BSC8.0版本中关于SPU负荷均衡的特性，SPU负荷均衡只发生在业务阶段，对于业务接入时和短信息处理这两种情况是不启用均衡策略的，还是由载频绑定的SPU子系统进行处理。因此虽然目前由于SPU负荷均衡策略已经使得3G业务信令处理能力的瓶颈不如之前一般突出，但是从网络安全和业务进一步发展扩大的角度上看，还是要保证各个子系统下带的载频数量尽可能的均衡。建议将载频数量控制在120个，以提供后续业务发展的需求和应对突发情况下（如大型演唱会，高速公路堵塞等情况）的3G业务能力需求。

华为BSC的8.0版本之前SPUO子系统由XPUOa单板承载，1块XPUOa单板仅能承载4个SPUOa子系统，能力有限，占用槽位较多。8.0版本之后，华为BSC支持APU单板，此单板能承载8个SPUO子系统，能够更好地满足各SPU下带载频数的优化调整，实现均衡。

3.业务处理能力提升

华为BSC的3G业务处理主要是由DPUDb板件完成，在华为8.0版本之前，每个DPUDb按照支持220个激活3G载频规划，在8.0版本之后，取消了载频绑定关系，改由每个DSP支持80个3G用户，即每个DPUDb支持22×80＝1760个3G用户，因此提升BSC的3G业务处理能力主要是通过扩容增加DPUDb来完成。

在2012年9月30日上午，惠州往河源的高速公路上出现了超长距离的车辆堵塞，大量的3G用户滞留，频繁使用3G网络，而覆盖此路段的基站所在BSC框仅配置了1块DPUDb板件，在平日3G话路的占用率不足30%，但此时却高达85%，并出现325次的接入失败记录。后紧急扩容了1块DPUDb板件后，话务占用率下降到40%左右，接入失败次数小于5次。

四、3G业务能力规划建议

由于BSC的资源是配置在各个框内的，且每个框还要兼顾1X业务的接口处理、信令处理、业务处理，必须占用了足够的槽位，因此对3G业务处理能力的规划可考虑以下建议：

⊙ 同个BSC内，将业务均衡分配到每个框，充分使用本框的信令处理、业务处理资源，避免过度调用其他框资源，增加框间交互的负荷。

⊙ BSC每个框具备提供FE传输能力的接口板GOUBC，1对或2对。

⊙ BSC每个框具备2对APU板件，即16个子系统，供SPU，PCU，RPU等信令处理单元使用。

⊙ BSC每个框具备2块（或密集市区3块）的DPUDb板件，满足3G业务的需求。

⊙ 每个BSC配置2块GOUXa作为PCF和A10/A11的接口板件，既满足3G业务处理能力要求，也增加网络安全性。

五、结束语

目前中国电信3G业务进入规模发展阶段，3G业务和3G用户的要求不断挑战3G网络的业务能力。通过对华为BSC的3G业务处理分析，掌握华为BSC内处理3G业务各个环节的性能，结合网络覆盖、用户规模、业务类型等各方面的分析，锁定业务处理瓶颈所在。从传输能力、信令处理能力、业务处理能力等各个方面着手，系统研究华为BSC的3G业务能力的提升方案，做到提前优化、提前扩容、提前规划，有效支撑3G业务的持续规模发展。■