PS-PAGING专题研究.doc

PS Paging研究

2010-12-10

目录
一． GPRS Paging原理机制说明 3
1.1 网络运行模式说明 3
1.2 PS PAGING 参与网络单元 3
1.3 PS PAGING 信令流程 4
1.4 寻呼和位置、路由更新占用信令信道说明 4
1.5 PS寻呼模式说明 4
1.6 RAI标识说明 5
1.7 PS-PAGING COMMAND包含信息说明 5
1.8 PS Paging 核心网相关参数介绍 5
二． 现网PS Paging对寻呼关键KPI的影响 7
2.1 平均每LAC 全天24小时寻呼量分布图 7
2.2 现网PS PAGING和CS PAGING量对比分析 7
2.2 PS PAGING对AGCH拥塞的影响分析 8
2.3 PS PAGING和PCH空口负荷的关系分析 8
2.4 PS PAGING和PAGING DEL的关系分析 9
2.5 PS PAGING对寻呼成功率的影响分析 9
2.6 PS PAGING和PS AGCH溢出的关系分析 10
三．未来数据业务量上升可能对网络的冲击研究 11
四． 应对PS业务量冲击的方案研究 12
4.1 Gs接口和PBCCH功能说明 12
4.2 ECCCH功能应用 12
4.2.1每天寻呼删除最大值 13
4.2.2 RACH负荷 13
4.2.3 GSM_FREE_BUFFER 14
4.2.4 PCH负荷 14
4.2.5 AGCH负荷 15
4.2.6 功能总结 15
4.3 参数调整研究 16
4.4 Abis传输带宽影响 18
五． 研究总结 18

一． GPRS Paging原理机制说明
1.1 网络运行模式说明
网络运行模式1：已经ATTACH到GPRS网络的手机只须监听一个PCCCH或CCCH信道，就可监听电路和分组寻呼消息；已经分配PDCH的手机，则在PACCH监听语音寻呼；此模式需要开启GS接口；（如果小区配置了PCCCH信道）
网络运行模式2：已经ATTACH到GPRS网络的手机，电路和分组寻呼消息都在CCCH信道上下发，当手机进行数据传输时，语音寻呼将无法收到；
网络运行模式3：已经ATTACH到GPRS网络的手机，电路和分组寻呼消息分别在CCCH信道和PCCCH上下发，如果手机想要既能收到语音寻呼又能收到分组寻呼消息，就要同时监听PCCCH和CCCH信道；此模式需要开通PBCCH信道且需要手机支持。
当前网络运行模式为模式2。
1.2 PS PAGING 参与网络单元

1.3 PS PAGING 信令流程

1.4 寻呼和位置、路由更新占用信令信道说明

1.5 PS寻呼模式说明
如果SGSN提供P-TMSI，PCU就用P-TMSI进行手机标识，否则用IMSI进行手机标识。

1.6 RAI标识说明
PS PAGING以RAC为单位进行寻呼消息下发，网络为了区分RAC区，用RAI进行标识，
RAI=MCC+MNC+LAC+RAC，详细如下：

1.7 PS-PAGING COMMAND包含信息说明
The PS-PAGING COMMAND message includes the following data:
message header
MS identity
DRX parameter (optional)
(temporary) MS identity (optional).
1.8 PS Paging 核心网相关参数介绍
Ø READY state timer (RDY)
缺省值:44秒
现网值:44秒
SGSN移动性管理功能（MM）把RDY参数通过attach accepted 和RAU accepted消息发送给MS。在ready state下，SGSN在cell的层次上对MS进行移动管理，SGSN含有ready状态下MS的cell信息，当MS在ready状态下改变服务小区时，应向SGSN发送cell update消息，GPRS cell selection 和reselect可以由MS自主完成，也可选择由网络控制完成。用户CS Paging在cell level完成，在ready状态下MS不必进行PS Paging。RDY越长，则系统向MS传输数据前所需的Paging越少，但同时需要更多的cell update。RDY越短，则cell update的数量会变小，但系统向MS传输数据前需要更多的Paging。网络侧也可以利用FTS（Force to Standby)命令MS立即进入standby state。
Ø Force to standby (FTS)
缺省值:N
现网值:N
FTS通过移动性管理传给MS。让MS保持在ready状态直到过期，可以避免不必要的Paging 负担，例如在数据传输中进行RAU，如果在RAU accept message中发现了FTS，则在随后的数据传送前，就会进行PS Paging，在MODE1中，也能降低Paging数量，因为在ready状态下，cs Paging是在cell level进行的而不是在RA level。如果RDY detactivated的情况下，FTS不能为Y，同样，如果FTS为Y，则RDY不能为detactivated。
Ø Override MS ready state timer (ORDY)
缺省值:N
现网值:Y
READY timer的数值可以在GPRS attach or GPRS routing area updating时由网络和终端双方进行协商确定: 如果一个终端希望用自己的READY timer，其数值可能大于，小于，或等于网络定义的READY timer数值，SGSN将会采用;如果一个终端自己没有建议，将使用网络的READY timer;如果一个终端只是表示采用'maximum value', SGSN将会比较并取最大的一个数值，即便打开参数OVERRIDE MS READY STATE TIMER。
Ø RA Paging Repetition (RPR)
缺省值:3.5秒
现网值:3.5秒
在Paging重发前，等待Paging response的时间，该取值从0.1到25s，步长0.1s。所有的SGSN Paging参数只用于ps-Paging，SGSN不重复cs-Paging，所有的cs-Paging参数在MSC/VLR中设置。
Ø RA Paging Area (RPA)
缺省值:2
现网值:2
此参数定义了RA Paging重复的次数
Ø SGSN Paging Area (SPA)
缺省值:0
现网值:0
定义了SGSN执行wide Paging的次数，当执行完所有的RA Paging后，将执行SGSN Paging，取值范围为0—5次。NOKIA不建议使用SGSN wide Paging，对无线网会产生很大的危害，会引起大量的Paging信息。
Ø Paging Interval Timer (PIT)
缺省值:0分0秒
缺省值:1分0秒
在RA和SGSN Paging时MS无响应，启动此时间。时间到达后，SGSN尝试进行SGSN范围的Paging。

二． 现网PS Paging对寻呼关键KPI的影响
2.1 平均每LAC 全天24小时寻呼量分布图

从上图可以看出中午12点时PS PAGING量最大平均每LAC有22690条数据业务寻呼消息下发，总寻呼量高峰出现在下午17点，为84191条。（数据来自郑州市区OMC，采集周期为11月15日至21日全天）
2.2 现网PS PAGING和CS PAGING量对比分析
从下图可以看出，郑州目前PS寻呼量占总寻呼量的32%，随着数据业务的发展，这一比例还将提高。（数据来自郑州市区OMC，采集周期为11月15日至21日全天）

2.2 PS PAGING对AGCH拥塞的影响分析

上图是ZZBSC101，LAC：14081晚10点的数据分析，可以看出PS寻呼量和AGCH拥塞率呈现一定的正比关系，PS寻呼量增加会增加BSC下发Immediate Assigment Command的次数，导致AGCH的负荷增加，使AGCH拥塞次数（del_ind_msg_rec）上升。
2.3 PS PAGING和PCH空口负荷的关系分析

上图是ZZBSC115,LAC:14149的 PS寻呼量和PCH空口负荷的走势图。在现网中，PS寻呼消息要通过PCH下发，PS寻呼消息的增加势必会导致PCH的空口负荷加重，上图也印证了这一点。
2.4 PS PAGING和PAGING DEL的关系分析

上图是ZZBSC115,LAC:14149的Delete Paging和Paging量的走势图，可以看出呈现明显的正比关系，当PS Paging量大于4W条时，如果CS Paging量也较大，将可能引起大量的Paging Delete.
2.5 PS PAGING对寻呼成功率的影响分析

上图是ZZBSC129，LAC:14143的寻呼成功率和PS寻呼量的关系走势图，可以看出寻呼成功率和PS寻呼量呈现明显的反比关系，PS寻呼量越高，PCH负荷越高，BUFFER溢出导致寻呼消息删除，影响寻呼成功率。
2.6 PS PAGING和PS AGCH溢出的关系分析

数据来自ZZBSC106,LAC:14838，从上图可以看出数据业务AGCH溢出次数和PS寻呼量相对关系不明显，因为AGCH和PCH共用CCCH信道，并且在NSN系统中AGCH的优先级高于PCH，所以寻呼量对AGCH溢出的影响不明显；
下图是数据业务AGCH溢出次数和数据业务、语音业务信道请求次数走势图，可以看出其有明显的正比关系，信道请求次数越多，IMME_ASS下发次数越多，AGCH的占用次数越多，导致数据业务AGCH溢出，详细如下图:

三．未来数据业务量上升可能对网络的冲击研究
随着移动通信的发展，数据业务量越来越大，PS寻呼量也将大量增加，从上面分析可知：
Ø PS寻呼量上升会加重PCH负荷；
Ø 增加AGCH拥塞和寻呼删除；
Ø 降低语音业务的寻呼成功率。
由于PS寻呼消息下发是以RAC为单位的，为了适应PS寻呼量的增加就要在LAC内合理规划RAC区，RAC区过小将导致大量的RAC更新，手机做RAC更新时无法监听PCH信道，导致寻呼失败，影响用户感知；RAC区过大，PAGING负荷变高，影响寻呼成功率，并且还会增加二次寻呼次数，增加网络负荷，影响网络质量。

四． 应对PS业务量冲击的方案研究
4.1 Gs接口和PBCCH功能说明
Ø Gs接口：Gs接口是MSC和SGSN之间的接口，虽然只是个可选的接口，但通过该接口可实现SGSN和VLR之间关于用户位置管理的资源共享，从而简化业务流程，减少A口信令负荷，实现语音业务寻呼和数据业务寻呼统一协调，充分利用无线资源，随着GPRS用户的增多，Gs接口越来越重要。Gs接口信令协议结构采用7号信令协议，应用层为BSSAP协议，它的实现不需要特别的硬件，只要相应的软件模块就行，和其它7号信令链路一样，Gs链路可以是直达链路，也可以是通过其它信令转接点转接实现。
Ø PBCCH:PBCCH是无线网络的可选应用，当网络中实现了PBCCH后，带来的变化就是GPRS用户实现了专用分组控制信道，这一方面利用PCCCH信道从CCCH寻呼信道上进行了业务分流，另一方面通过使用PAGCH，可以实现对数据业务终端多时隙分配请求的一次完成。GPRS网络通过PBCCH来广播数据业务特定的分组系统消息（PSI），除了这种消息，PBCCH还复制了BCCH上传输的消息，因此当小区配置PBCCH后,一个GPRS附着手机只需要监听PBCCH就能同时使用语音业务和数据业务；
Ø PBCCH和Gs接口之间的关系：从理论上说PBCCH和Gs接口间没必然联系，使用PBCCH未必需要使用Gs接口，因为只需要将将网络运营模式设置为3，手机就可以同时收到语音和数据业务寻呼了，只是在这种模式下终端必须能同时监听PCCCH和CCCH，这是CLASS B的手机做不到的；使用Gs接口也未必使用PBCCH，只要将网络运营模式设置为1就可，此时语音业务寻呼可以通过SGSN下发，但寻呼消息都还要在CCCH上下发，没有减轻控制信道压力，反而加重了SGSN负担。
从上面分析可知，Gs接口和PBCCH可以单独使用，但只有联合使用时才能发挥优势。
4.2 ECCCH功能应用
ECCCH功能是在1个CCCH（BCCH）时隙的基础上，能额外配置1至3个CCCH，从而增加AGCH和PCH容量，减少AGCH拥塞和寻呼删除次数，改善网络质量。
下面对商丘CELL ID:15653在9月28日晚上激活ECCCH功能后的指标变化情况进行分析：
4.2.1每天寻呼删除最大值

从上图可以看出扩展CCCH之后，这个小区不再有寻呼删除现象。

4.2.2 RACH负荷

从上图可以看出扩展CCCH之后，这个小区的RACH负荷下降明显。
4.2.3 GSM_FREE_BUFFER

从上图可以看出扩展CCCH之后，这个小区的FREE_BUFFER增加明显，寻呼处理能力增强。
4.2.4 PCH负荷

从上图可以看出扩展CCCH之后，这个小区的PCH负荷下降明显。

4.2.5 AGCH负荷

从上图可以看出扩展CCCH之后，这个小区的AGCH_AIR_LOAD_DRX
下降明显。
4.2.6 功能总结
开启扩展CCCH后，前期由于CCCH资源不足所引起的寻呼删除现象消失，BTS寻呼能力增强，很大程度上改善了网络质量，提升了用户感知。

4.3 参数调整研究
SGSN GMM READY TIMER参数调整：随着数据业务的快速增长，尤其是手机即时通信类业务的普及和活跃度的提高，数据业务对无线信道的争抢和挤占越来越严重，严重影响了语音业务的感知，其中即时通信类业务的特点是流量小、交互频繁，造成信道承载效率低，状态的频繁切换对公共控制资源占用严重，为减少该类现象计划进行GMM状态转换参数的优化。
GMM（GPRS移动性管理）层有三种状态，idle状态、standby状态和ready状态，状态转换示意图如下图所示：

MS在附着后只会在standby和ready状态之间做转换，二者之间的转换由ready定时器控制，MS和SGSN分别维护一个针对该MS的ready定时器，有上行或下行数据时进入ready状态并启动ready定时器，当ready定时器（默认44s）超时后终端进入standby状态。
下面将对商丘BSC38在23号晚 READY state timer (RDY)调大后的数据进行跟踪，对PS寻呼量，CS寻呼成功率，寻呼删除进行分析：

从下图可以看出TIMER调大后，终端在READY状态的时间更长，PS寻呼量明显降低；

从下图CS寻呼成功率可以看出，READY TIMER调大后3个LAC的CS寻呼成功率无变化，LAC:14277在25号后由于语音寻呼量下降到之前的60%，所以CS寻呼成功率提升较大；

从下图可以看出23号READY TIMER修改后寻呼删除无明显变化。

4.4 Abis传输带宽影响
Ø 空口寻呼能力计算：在Uncombined方式下，如果AG=2，用作PCH的BLOCK为7个，平均每个BLOCK可以发送的Paging消息数为3个（采用TMSI+IMSI方式），则：经过计算可以得出PCH信道每小时可以发送的Paging信息数为=7*3*3600/(235/1000)= 321702个。
Ø Abis寻呼能力计算：对于32Kbit/sec的Abis接口信令链路，最大的平均信令负荷为2000bytes/sec，其中60％用来发送寻呼消息，每个寻呼消息为21bytes（包括FCS和flags），则每小时Abis接口信令链路能够发送的最大平均寻呼消息个数为：2000×0.6/21×3600＝205714个；
从上面的计算我们可以看到发送Paging消息的瓶颈主要在Abis接口信令链路上，当寻呼量增多之后，可以考虑对Abis传输带宽进行扩容，来提高寻呼消息处理能力。
五． 研究总结
随着数据业务的发展，数据业务量越来越高，为了减轻或避免对现网的冲击，提升用户感知，改善网络质量，我们可以把一些实验成果应用到现网，如SGSN GMM READY TIMER调整和ECCCH功能，当然还有一些其它改善策略有待我们下一步探索。