基于业务感知的分场景4G网络扩容体系

2015-02-28汤利民徐德平程日涛

电信科学 2015年1期

关键词：数据业务现网门限

汤利民，徐德平，程日涛

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京100080）

1 引言

1.1 4G网络业务特性

4 G网络强大的端到端传送能力使丰富多彩的移动互联网应用随时随地渗透到每个用户，同时更为复杂的应用决定了评价业务质量的体系也更为复杂。持续提升极致体验、业务零等待是终极的建网目标。

4 G网络还是基于数据分组服务域（packet service domain）的系统，业务占用信道的特征体现在共享特性、速率可变特性方面。共享特性决定了业务特性与系统特性有一定背离关系，特定业务在某一时刻得到的服务与系统负荷、终端所处无线信道质量、调度算法、业务数据分组达到特性等因素均相关，速率可变特性决定了业务的感知速率随时处在变化之中，平均速率难以体现业务实际的感知。

1.2 现网扩容标准及局限性

传统的2G、3G网络主要依据基于爱尔兰理论的信道利用率体系制定扩容方案，中国移动在4G网络扩容体系研究方面基于统一业务模型要求，综合考虑了信道利用率、小区吞吐量、有效RRC（radio resource control）连接数等因素，制定了保障统一业务需求的扩容标准并在现网应用中起到了积极作用。

现有4G网络负荷评价体系主要以信道利用率为基础，参考有数据传输的RRC连接数、小区吞吐量的情况进行扩容。针对上述3个评价参数，分别依据一定的评价标准确定门限（网络规划设计要求取定信道利用率门限）；取定业务模型，结合实验室测试确定有数据传输的RRC连接数门限；依据信道利用率门限和实测的PRB（physical resource block）承载效率取定小区吞吐量门限。现行标准也存在不适应4G网络发展的问题，现行标准基于统一业务模型进行设定，现网运行发现部分小区利用率不高且用户感知不好的现象。不同地域、不同场景差异化明显，大而统一的标准无法适应互联网业务发展需求。

1.3 本文解决的问题

基于移动互联网业务特性，本文对扩容标准进行了完善和优化，形成分场景、体系化的扩容标准，主要内容如下。

·基于现网大数据分析，确定不同场景下的小区扩容标准。

·基于理论分析和测试数据，研究VoLTE引入对扩容标准的影响。

·考虑到数据业务热点的聚合性特征，基于统计分析，提出成片扩容的建设标准。

2 基于业务感知的扩容体系

2.1 研究思路

体系建立需要按业务分类，制定业务感知评价标准，制定分业务类型的扩容标准，制定成片扩容标准，具体步骤如下。

步骤1进行业务分类。根据现网业务统计，进行业务优先级排序，确定主流业务。分析主流业务技术特性，找出影响扩容标准的关键因素，按照此因素进行业务分类。

步骤2制定业务感知评价标准。从单一业务（小分组业务（如浏览）、大分组业务（如视频）、VoLTE业务）的客户感知着手，研究各类业务的感知评价标准。

步骤3制定分业务类型的扩容标准。在业务感知与网络负荷关联性分析中，首先将无线侧业务感知影响从端到端业务感知指标中剥离，并通过现网数据分析和测试验证的方法研究无线网网络负荷与业务感知之间的关系，从而确定不同业务类型的扩容标准。

步骤4制定成片扩容标准。在步骤3基础上，从网络整体性出发，对网络容量的变化进行科学分析预测，从而提升整个网络的资源使用效率，预防容量爆发对用户感知影响的风险。

2.2 业务分类

业界对于业务的分类主要采用应用层标准，从国际运营商数据来看，主流业务包括Web浏览、视频、文件下载、即时通信等。从中国某城市4G业务分场景构成来看，这4类业务占整体业务时长的比例高于80%，流量比例比时长比更高一些。

不同类型业务的网络负荷表现也存在明显的差异性，小分组业务的数据分组小，达到同样容量需要同时调度的用户数多，队列中等待调度的数据分组多，调度能力受限，信道资源占用零散且效率低。

大分组业务的数据分组大，达到同样容量需要同时调度的用户数少，调度能力不受限。其资源占用特点表现为调度资源开销小、信道资源占用集中且效率高。小分组业务与大分组业务网络覆盖表现的差异性如图1所示。

考虑4G网络目前尚不支持语音业务，而语音业务后续也将成为4G网络的重要业务之一，且语音业务的质量要求与其他数据类业务存在明显差异性，因此将VoLTE语音业务作为一个独立的业务分类进行研究。

经过对现网Web浏览、视频、文件下载、即时通信业务的数据提取分析，设定小分组业务、大分组业务及VoLTE业务作为3种基本的业务分类。

·小分组业务以即时通信类业务为主，主要为微信、QQ等。业务特性表现为单用户流量小、突发性高、速率要求较低、信令开销大，单小区能够支持的用户数多。

·中分组业务以Web业务为主，包括Web浏览、HTTP下载等。业务特性表现为单用户流量较大、速率要求较高、信令开销适中、单小区能够支持的用户数较多等。

·大分组业务以视频业务为主，包括Web视频、微信视频、FTP下载等。业务特性表现为单用户流量大、速率要求高、单小区能够支持的用户数少。业务分类及基本特征见表1。

2.3 业务感知评价标准

用户体验质量（quality of experience,QoE）是指用户对业务的主观体验，是从用户的角度感觉到的系统整体性能。因而，用户体验质量是客户对服务商整体满意度的衡量。

KPI（关键网络性能指标）与KQI（关键业务质量指标）是保障QoE和QoS需求的基础，也是可以直接测量和监测的重要参数。在网络优化中，它们亦是QoE的关键影响因素。

业务感知指标体系如图2所示。

图1 小分组业务与大分组业务网络覆盖表现的差异性

表1 业务分类及基本特征

图2 业务感知指标体系

QoE的主观感知标准在实际应用中无法量化处理，因此需要量化。一般认为，对于数据业务而言，业务等待时间是用户可感知的网络体验标准，但不同业务存在个性的衡量标准，比如对于Web浏览业务，页面打开时间是最重要的业务感知量化指标，视频业务的初始打开时间、卡顿、马赛克比例等是主要的量化指标，VoLTE业务的评价指标包括接通率、接通时延、掉话率、MOS值等。

以视频浏览业务为例，通过从生理学、心理学多个角度的业务等待时间忍耐度研究，用户良好体验感受的门限为2.5～3 s，即要求用户从点击视频链接到视频开始播放的初始缓冲时延不高于2.5～3 s。视频浏览业务感知标准如图3所示。

2.4 分业务类型的扩容标准

2.4.1 小分组业务

通过对3省现网22万以小分组业务为主的小区利用率数据的统计分析，随客户数增长，下行利用率和吞吐量增长存在“拐点”效应，通过拐点后，下行利用率和吞吐量不再随客户数增长而增长，单客户感知下降。上行未出现拐点，上行PRB利用率参照原标准，吞吐量门限按50%利用率实际对应值修订。

取定扩容门限为下行/上行利用率门限分别为40%和50%，RRC数门限为50个，下行/上行流量门限分别为2.2 GB和0.3 GB。小分组业务分析如图4所示。

2.4.2 中分组业务

通过对以中分组业务为主的小区利用率数据的统计分析，中分组业务类型的小区下行利用率和吞吐量随客户数增长而增长，但未发现明显受限情况，用户数和吞吐量门限根据现网实际情况修订。

取定扩容门限为下行/上行利用率门限分别为50%和50%，RRC数门限为20个，下行/上行流量门限分别为3.5 GB和0.3 GB。中分组业务分析如图5所示。

2.4.3 大分组业务

通过对以大分组业务为主的小区利用率数据的统计分析，大分组业务类型小区随客户数增长，吞吐量增长趋缓，存在“拐点”效应，通过拐点后，虽然利用率仍在增长，但吞吐量呈现下降趋势，拐点处取为扩容门限。

取定扩容门限为下行/上行利用率门限分别为70%和50%，RRC数门限为10个，下行/上行流量门限分别为5 GB和0.3 GB。大分组业务分析如图6所示。

2.5 VoLTE业务的影响

图3 视频浏览业务感知标准

图4 小分组业务分析

图5 中分组业务分析

图6 大分组业务分析

对于无线网络，VoLTE业务的本质是QCI（QoS class identifier）=1的数据业务，即调度优先级最高的小流量数据业务，相对于其他数据业务具有周期性占用资源、上下行流量对称的特性。VoLTE业务分为语音业务和视频业务，语音业务每E-RAB流量在数百KB以上，属于中、大分组业务；视频业务每E-RAB流量在数MB以上，属于大分组业务。

从VoLTE测试情况看，语音业务峰值用户数可达200个，上行PRB利用率可达70%。视频业务峰值用户估算5～10个，上行PRB利用率可达70%。

VoLTE业务具有最高优先级，可以挤占其他业务资源。当系统资源受限时，首先满足VoLTE业务需求，除非VoLTE使用的系统资源超过VoLTE业务扩容门限，因此得到扩容准则1：当系统VoLTE信道资源利用率超出门限且VoLTE用户数超过门限，需要扩容。当系统资源不受限时，VoLTE和数据业务共享资源，但VoLTE业务会挤占数据业务资源，导致数据业务能够满足的容量下降。在资源占用上，VoLTE业务70%资源占用相当于数据业务d%的占用，即二者是等价的。设定可用资源占用率K=已占资源/可占用资源上限，则当VoLTE业务占用X%资源时，K=X%/70%，对应数据业务可占用的资源比例为1-K，即数据业务可用资源门限为d%×(1-K)。因此得到扩容准则2：数据业务扩容门限为d%×（1-X%/70%）。其中d %为数据业务原扩容门限，X%为VoLTE利用率。

图7 成片扩容聚合度分析

现网业务不含VoLTE业务，因此本次对现网数据的分析不包含VoLTE业务的影响，因VoLTE业务为中、大分组业务，因此当VoLTE业务渗透率较高时，会影响小区的大、中、小分组业务比例。

VoLTE语音业务速率低、网络承载能力较高，因此不影响资源受限拐点，但会提高有效RRC用户数门限。现阶段可暂时使用基于前述小区业务分类的扩容标准，待VoLTE全面商用后，根据商用情况适时调整扩容门限。

2.6 制定成片扩容标准

4 G网络流量呈现高度集中的特点，高价值区域，流量集中、明星终端集中、高价值用户集中。因此，资源精准投放、优先保障价值区域的卓越网络体验就显得格外重要，高价值区域需要提供更好的感知。另外，一个片区内基站的负荷相对均衡，小区间的覆盖和容量具有互补性，这对成片扩容实施提供了条件。

根据现网数据分析，数据业务增长呈聚合特性，数据热点基站分布区域集中；从网络的角度来看，成片扩容有利于减少异频切换、提高小区吞吐量、保证载波聚合基站的性能。建议在扩容小区聚合度达到一定比例的区域，采用成片扩容的方案。省公司在具体实施时应综合考虑投资效益、竞争压力、业务发展潜力，通过扩容小区聚类算法具体确定成片扩容方案。成片小区聚合度因子原则上不低于0.5。聚合度定义=片内达到扩容标准的基站数量/片内基站总数×100%。成片扩容聚合度分析如图7所示。