WLAN网络即时通知和实时调度算法研究

张晓辉， 古莉姗， 邓也

（中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司， 合肥 230041）

WLAN网络即时通知和实时调度算法研究

张晓辉， 古莉姗， 邓也

（中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司， 合肥 230041）

随着近年智能终端的大规模应用，数据流量发展迅猛，如何提升WLAN利用率亟需探讨。本文分析了现网WLAN利用率不足产生的原因及解决思路，提出一种新型的WLAN网络即时通知和实时调度算法，并引出一种发射广播信道可被异系统检测的新型AP，提升四网协同效率的同时，对解决不同制式网络协同问题，进一步提升四网协同效率提出了新的思路。

实时调度；WLAN利用率；AP

1 现有WLAN即时调度方法

现有技术是AP仅发送2.4GHz频段内码字，用户终端进入WLAN覆盖区后，只有在开启WLAN天线的情况下，终端才会自动搜索WLAN信号，随后由用户决定是否连接入WLAN网络。网络侧无法通过监测用户所处的精确位置，从而不能对WLAN业务进行推送，增加了GSM网和TD-SCDMA网的负荷同时造成WLAN网络利用率不足，无法实现网络资源的实时调度。针对此种情况，运营商提出几种方案，从网络侧入手，在网络侧监测到用户发起大量数据业务请求时，就询问终端是否使用WLAN承载，因WLAN与GSM/TDSCDMA网络覆盖范围的不一致，网络侧无法判断出该用户是否已进入WLAN覆盖区域，使得后台主动向未开启Wi-Fi天线的终端发送WLAN推送的短信提醒这种方案的可行性有一定风险，势必会造成很多不在WLAN区域内的盲目推送的情况，影响用户感知。其次是从终端入手，在终端安装类似EasyWLAN客户端，用户进行PDP激活时，该客户端会自动启动WLAN天线进行搜索，如果未搜索到随即关闭天线，搜索到则提醒用户使用WLAN业务，采用客户端的方式自启动WLAN开关，会影响用户的使用习惯，且客户端推广难度较大。

以上两种技术方案均不能实现最优的WLAN即时通知和实时调度。

2 WLAN即时通知和实时调度算法、验证算法研究思路

如何让用户终端在未开启Wi-Fi开关的情况下，能被网络侧检测到进入WLAN覆盖区域。终端虽然未开启Wi-Fi开关，但是GSM/TD-SCDMA天线开关随时处于开启状态，并持续的与网络侧有所沟通。由此，拟提出一种发射广播信道可被异系统检测的无线局域网AP设备，整体思路是为WLAN做一个宏蜂窝网络能够搜索检测到的标记，从而使终端能够在未启动WLAN天线的情况下，网络侧能够精确识别出该用户已进入WLAN覆盖区。从而向用户发送WLAN推送服务或进行其他资源调配动作，提高WLAN的利用率。

2.1 具体研究内容的详细阐述

为了解决上述提出的终端未开启Wi-Fi天线，无法识别WLAN覆盖区域，本发明实施例提出了一种新颖的AP器件，该器件主要包括WLAN AP单元、GSM 1 800 MHz下行链路发射单元、合路器。器件对室内分布系统内的AP增加具有发射1 800 MHz频率信息的器件F，两路信号合路输出。其中F所发信息包含BCH信道中相应信息（FCCH、SCH、BCCH），该BCCH中含有特定的CI号，可被双模手机检测到。由于两者合路，通过对F的功率调整，可保证两者的覆盖范围基本一致(F可稍小于WLAN信号的覆盖范围)。由于F只是发射固定的代码段，只需要被终端检测到而不用切换进来，因此，可以只是一个孤立的器件，集成于AP或者独立安装后再与AP合路。整体器件结构如图1所示。

算法的实现总体分为3个步骤。

图1 AP器件构造图

AP集成GSM模块并实现GSM虚拟小区覆盖，此虚拟小区不需要承载GSM业务并且与WLAN同覆盖。

GSM全网（或已部署WLAN的小区）配置虚拟小区为邻区，当终端进入虚拟小区范围时，终端向GSM网络上报此邻区，实现对AP的精准感知。

用户发起PS业务时，网络侧给手机push一个界面，提示用户打开Wi-Fi模块。

具体实现方式是将该AP布置于现网中，在室内分布服务小区A的BA列表中，设AP（F）为A小区邻区。

用户在A小区中驻留时，我们可以对A小区的小区级参数网络控制模式NC1进行设置，这样手机在进行数据业务做小区重选的时候，会向网络侧上报测量报告，进行邻区上报，当F的电平进入A小区的邻区系统中，并稳定一定时间后，系统上报至BSC侧，当BSC侧检测到F所发射的特定的CI号，即可判断该用户已进入了WLAN覆盖区域，系统侧下发指令Y，询问用户是否使用WLAN。若BSC侧未检测到F所发射的特定的CI号，则不做任何动作。对于已接入WLAN网络的用户，网络侧会对该用户增加标签，系统侧即使检测到F所发射的特定CI号，也不会对该用户进行推送业务。

系统框图如图2所示。

图2 工作流程图

具体算法实现的网络架构如图3所示。

2.2 关键点分析

2．2．1 新型AP

算法中提出的新型AP中GSM 1 800下行链路发射单元由晶振、基带调制器、调制器、滤波器、高斯滤波器、放大器、电源等组成。具体实现框图如图4所示。

该单元能够产生特定频点的基带信号，基带部分传输过来的I、Q正交模拟基带信号，在发射时隙期间双端平衡输入到中频I／Q正交调制器，调制后的射频信号经过发射窄带滤波器滤波，再通过功率放大以达到末级RF功放(PA)所需的激励电平。所发射的信号，严格遵循GSM规范中对广播信道的定义，仅包含BCCH信道中相应信息（FCCH、SCH、BCH），可被双模手机检测到，在系统消息message 1中，设置小区禁止接入CBQ为禁止接入状态，切换门限。该虚拟小区仅可被检测，无法接入。

图3 算法实现网络架构图

图4 GSM1800上行链路发射单元实现框图

该单元选用1 800 MHz频点，主要考虑频率相近，衰耗接近；可用频率多，基本可做到全网一致（同频同色）。可以在全网有与WLAN覆盖重叠的区域，全部设置一个邻区X，便于参数管理；现网1 800 MHz频点有空余量，选择使用较少的频点，避免对现网造成同邻频干扰。

通过该AP的使用，可以有效实现对于进入WLAN覆盖范围的用户进行精确定位，从而能够准确的推送WLAN业务，实现网络资源的协同调度。

需要注意的是F亦可发射CDMA、TD-SCDMA、 WCDMA等网络制式的广播信道，而且该AP可同时合路不同网络制式的广播信道，适用于多种宏蜂窝网络。

2．2．2 GSM邻区上报

当前GSM网络侧无法在非通话状态获取终端所处位置的邻区，现网中GSM网络邻区上报模式为NC0状态，即终端仅在CS业务态时上报邻区信息，但终端需要使用WLAN网络的场景时以PS业务态为主（有业务需求），但此时网络侧无法获取手机的邻区信息，针对此种情况开启NC1模式后，终端在idle态（GMM Ready）、PS业务态、CS的业务态均会上报测量信息，在用户有数据业务使用需求的场景下BSC可以获取相应的邻区信息，感知虚拟邻区信息。

经测算开启NC1以后分组测量报告的发送将会降低上行数据吞吐率，最高约4%。同时由于空闲模式下终端需要上报测量报告，导致单块资源请求数量增加，考虑到现网应用场景下CS的CCCH占用（包括寻呼和立即指配）远大于PS新增的单块资源请求带来的冲击，因此对CCCH资源的影响不大。由于部分终端会上报错误的单块资源请求消息，导致上行指配成功率和上行立即指配成功率下降，预计10%～20%，这与问题终端的渗透率相关，但不会影响用户。

2．2．3 小区重选对网络侧的影响

现网中，当虚拟小区的电平达到重选门限后，终端会发起重选流程，为了降低系统复杂度，虚拟小区不提供业务，为避免虚拟小区对网络造成影响，该虚拟小区系统消息配置小区为bar状态，终端不会尝试选择该虚拟小区为服务小区，更不会驻留在该虚拟小区，小区重选对网络KPI及用户体验不会产生影响。

2．2．4 BSC识别邻区并向核心网传递信息方法

BSC收到上报的邻区信息后，通过与预配置的虚拟小区信息进行比对，识别出当前终端上报的测量消息中是否包含虚拟小区，并将此标识上报给SGSN，为尽可能的减小系统复杂度，拟通过以下两种方式将虚拟邻区信息上报至SGSN。

通过BSSGP+GTP_U上报：

（1）BSC将标识填充在BSSGP头中，发送给SGSN。

（2）SGSN将BSSGP头中的标识取出，封装到GTP_U头中，然后将报文传给GGSN。

（3）GGSN解析出GTP_U头中的标识，触发事件上报到PCRF。

通过DSCP方式上报：

（1）BSC将标识填充在用户上行数据报文的DSCP字段，发送给GGSN。

（2）SGSN透传（不处理）。

（3）GGSN解析出用户数据报文的DSCP字段，触发事件上报到PCRF。

3 技术优点

从现网应用考虑，新型AP包括AP单元、GSM 1 800 MHz上行链路发射单元、腔体合路器、连接装置和固定装置，实现对WLAN信号添加GSM广播信道，为WLAN信号添加宏蜂窝能够识别的标记。完成终端未开启Wi-Fi天线情况下，实现终端是否在WLAN覆盖范围下的定位，从而主动向UE推广（乃至于自主资源调度）WLAN服务，形成室内WLAN/GSM/TDSCDMA的协同组网。将GSM 1 800 MHz上行链路发射单元与AP单元合路，集成为一完整体，输出频点可根据现网实际情况设置；器件接口、固定装置均与现网AP保持一致，便于现网的替换安装。

从资源调度的角度来考虑，该算法，能够实现不影响用户终端使用特性的基础上，对用户是否已进入WLAN覆盖区进行精确定位。对已定位的数据业务用户直接推送WLAN应用界面，提醒附近有WLAN，相对现网中的WLAN的被动应用，达到推广移动WLAN热点，分流数据流量，培养用户习惯的效果。

该算法，除有效提升WLAN网络利用率外，不会影响现有的网络质量。1 800 MHz虚拟小区在与WLAN信号合路后，采用低于AP功率发射，遵循宁小勿大原则，保证虚拟小区在服务小区邻区报告中出现后，合路的WLAN信号质量能够得到保证。同时虚拟邻区通过对小区接入禁止(CBO)和小区禁止限制(CBQ)两个参数的设置，两者共同组成小区的优先级状态。将该虚拟邻区的两个参数配合切换门限分别进行设置，即可杜绝UE端通过小区选择、重选和切换接入到该虚拟邻区中，进而影响现有网络质量。另外，因为该虚拟邻区的发射功率低，频点干净，不会对周边小区造成频率干扰影响。

WLAN network immediate notification and real-time scheduling algorithm

ZHANG Xiao-hui, GU Li-shan, DENG Ye
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. AnHui Branch Institute, Heifei 230041, China)

With the intelligent terminals widely used in recent years, the data traffic has increased rapidly. It is necessary to pay attention to raise the utilization rate of WLAN. Base on the analysis of the reasons for low utilization rate of WLAN, a new algorithm for instant notif i cation and real-time scheduling of WLAN is proposed in this paper. And a new AP is designed, whose broadcast channel can be detected by other communication systems. This new proposal can raise the utilization rate of WLAN, while it also provides a reference to solve the problem of collaborative work in different communication systems.

real-time scheduling; WLAN utilization rate; AP

TN929.5

A

1008-5599（2013）10-0007－04

2013-09-01