基于Gb口報文對小區(qū)重選的研究0923

1、基于Gb接口報文對GPRS網(wǎng)絡(luò)小區(qū)重選問題的統(tǒng)計分析小區(qū)重選由MS自發(fā)或者網(wǎng)絡(luò)控制，基于MS對服務(wù)小區(qū)和臨近小區(qū)的無線鏈路測量報告（經(jīng)過C1，C2算法或者C1,C31,C32算法決定是否小區(qū)重選），廣播信道BCCH/PBCCH的NETWORK_CONTROL_ORDER定義了小區(qū)重選參數(shù)NC0，NC1，NC2，以及MS的GMM狀態(tài)決定了MS的小區(qū)重選行為。NC0:MS發(fā)起小區(qū)重選，不用向網(wǎng)絡(luò)報告。NC1：MS發(fā)起小區(qū)重選，需要向網(wǎng)絡(luò)發(fā)測量報告。NC2：網(wǎng)絡(luò)控制小區(qū)重選，需要向網(wǎng)絡(luò)發(fā)測量報告。Stanby狀態(tài)MS發(fā)起小區(qū)重選，不用向網(wǎng)絡(luò)報告。只有ready狀態(tài)的MS需要看NETWORK_CONT

2、ROL_ORDER。l 小區(qū)切換的規(guī)程：1、同RA小區(qū)切換：當(dāng)MS處于READY狀態(tài)時由一個小區(qū)進入同一路由區(qū)中的另一個小區(qū)，該MS會發(fā)起小區(qū)更新規(guī)程。MS通過發(fā)送一個任意類型的、包含TLLI的上行LLC幀給SGSN來啟動小區(qū)更新規(guī)程。BSS收到該LLC幀后，在相應(yīng)的BSSGP幀頭帶上新小區(qū)的CGI（含RAC+LAC）給SGSN，通知其發(fā)生了路由區(qū)內(nèi)的小區(qū)切換。2、路由區(qū)更新：當(dāng)MS處于READY狀態(tài)時進入新的路由區(qū)，或在STANDBY狀態(tài)時周期性路由區(qū)更新定時器超時，該MS會發(fā)起小區(qū)更新規(guī)程。MS通過發(fā)送一個任意類型的、包含其ID的上行LLC幀給SGSN來啟動小區(qū)更新規(guī)程。BSS收到該LLC

3、幀后，在相應(yīng)的BSSGP幀頭帶上新小區(qū)的CGI（含RAC+LAC）給SGSN，通知其發(fā)生了路由區(qū)內(nèi)的小區(qū)切換。l 小區(qū)切換的判斷： 1、正常的RAU及周期RAU信息，更新用戶表時檢查路由區(qū)是否更新。 2、cell notification信息，即llc null frame信息，包含用戶最新lacci，及tlli信息（以及不支持此種方式的手機發(fā)送的任何包含lacci&tlli的消息） 3、其他任何完整的需要更新用戶表項的流程，均有可能發(fā)生了小區(qū)的切換，（例如pdp activate、deactivate、flow ctrl等消息）更新完表項后會檢查小區(qū)是否切換，從而更新小區(qū)信息，上報G

4、TPC分析計劃1：一天內(nèi)共出現(xiàn)29602個用戶進行了完整的PDP激活過程172558-16213次。90%的激活過程都是發(fā)生在同一BSC內(nèi)部的。其中39184次激活是沒有數(shù)據(jù)進行的。最長激活時間為84435s，即統(tǒng)計時間一直在同一個激活過程內(nèi)。1 Gb接口的小區(qū)重選過程GPRS網(wǎng)絡(luò)不存在GSM網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)切換只有小區(qū)重選。即MS因為無線鏈路質(zhì)量的原因接入新的小區(qū)，MS移動到新小區(qū)也是由于新小區(qū)的無線鏈路質(zhì)量優(yōu)于原小區(qū)，MS接入新的小區(qū)，并受到新小區(qū)的系統(tǒng)信息，在新小區(qū)重新分配TBF，小區(qū)重選通常要花23s。小區(qū)重選對于Gb口的影響是SGSN檢測到MS完成小區(qū)重選，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)會暫時中斷，已經(jīng)發(fā)給MS

5、的下行數(shù)據(jù)如果是發(fā)到原小區(qū)的有可能由于MS尚未來得及接收而需要網(wǎng)絡(luò)重發(fā)，如果MS路由區(qū)或者位置區(qū)發(fā)生改變，MS還要發(fā)起RAU過程，增加了信令開銷。小區(qū)重選發(fā)生在無線側(cè)BSS內(nèi)，由MS發(fā)起小區(qū)重選和BSC發(fā)起小區(qū)重選兩種行為，具體采用哪種方式取決于MS的GMM狀態(tài)和無線配置參數(shù)如網(wǎng)絡(luò)控制參數(shù)NC0，NC1，NC2等。小區(qū)重選對于Gb口的影響在于MS需要通知SGSN修改MM上下文，當(dāng)有用戶數(shù)據(jù)(SNDCP PDU)傳輸時SGSN需要知道哪些報文需要重發(fā)，何時報文需要發(fā)往新的小區(qū)。PDP上下文激活后，MS可以在任意LLC幀通知SGSN發(fā)生了小區(qū)重選。用戶A發(fā)生小區(qū)重選在Gb口可以有3種方式通知SGS

6、N：MS在ready狀態(tài)：通過上行任意LLC幀(MS如果正在傳用戶數(shù)據(jù)，通過SNDCP PDU傳送，如果不在傳數(shù)據(jù)，發(fā)送LLC空幀)，NS層攜帶有BVCI，BSSGP層攜帶有用戶標(biāo)識(TLLI)，SGSN可以據(jù)此檢查該用戶PDP上下文中的上一個BVCI，如果發(fā)生變化，則視為小區(qū)發(fā)生重選。SGSN需要在BSSGP層發(fā)起Flush_LL消息通知BSC處理SGSN已經(jīng)發(fā)給用戶A的報文。MS在standby/ready狀態(tài)：MS需要發(fā)起路由區(qū)更新RAU過程，通知SGSN是否RAI發(fā)生變化，主要有3種情況：1) MS移動到新路由區(qū)后檢查到RAI和SIM卡中的RAI不同自行發(fā)起。2) MS的RA定時器超時

7、發(fā)起即所謂周期性RAU過程。3) B類MS(絕大多數(shù)MS)只能串行進行數(shù)據(jù)或話音業(yè)務(wù)，即打電話發(fā)短信時即使位置移動也不能發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的GMM過程如附著或RAU，故電路交換業(yè)務(wù)結(jié)束后也需要發(fā)起RAU過程。即RAU過程并不一定用戶真的發(fā)生位置變化。名詞解釋：TLLI：用于Gb口，MS和SGSN唯一識別一個用戶，在相同SGSN下與IMSI一一對應(yīng)。BVCI：小區(qū)的虛連接標(biāo)識，一個小區(qū)只有一個，靜態(tài)分配，與小區(qū)標(biāo)識一一對應(yīng)。2 數(shù)據(jù)采集和解析本文使用的數(shù)據(jù)是一個BSC下所有59個小區(qū)從2010-12-24 00:00:00開始，至2010-12-25 00:00:00結(jié)束的Gb口全部報文。3 PDP的

8、基本分布3.1 PDP持續(xù)時間的分布3.2 有用戶數(shù)據(jù)的PDP比例按PDP持續(xù)時間的分布從上述報文數(shù)據(jù)共解析出156345個完整PDP上下文會話過程。一個完整PDP上下文會話過程是有完整的PDP上下文激活和去激活的信令報文，并且在本BSC發(fā)起會話，在PDP上下文過程中未離開本BSC，最后在本BSC結(jié)束會話的情況。從圖上看出PDP持續(xù)時間2秒以內(nèi)，只有不足5%的PDP上下文中有用戶數(shù)據(jù)(SNDCP PDU)，從7s開始有90%以上的PDP上下文中帶有用戶流量。因為PDP上下文的主要目的就是用于傳輸用戶數(shù)據(jù)，故PDP用于用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋壤梢泽w現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)工作的效率，無用戶數(shù)據(jù)PDP上下文增加了

9、信令開銷，應(yīng)盡量避免。同時，PDP用戶數(shù)據(jù)傳輸比例并沒有隨持續(xù)時間增加而增加，有樣本數(shù)不足的原因(PDP持續(xù)時間越長，記錄數(shù)越少)。也可能是某些手機終端有自動激活PDP（非用戶自發(fā)請求GPRS業(yè)務(wù)）的機制，后續(xù)可以深入分析。3.2.1 頻率分布表PDP持續(xù)時間有用戶數(shù)據(jù)的PDP比例0-1秒0.0493211-2秒0.0318592-3秒0.2110193-4秒0.5942734-5秒0.7198755-6秒0.7373066-7秒0.8470027-8秒0.9013058-9秒0.9081689-10秒0.92838510-11秒0.93486611-12秒0.94441212-13秒0.93

10、395713-14秒0.95919614-15秒0.95987515-16秒0.95910316-17秒0.96629217-18秒0.95921218-19秒0.95308619-20秒0.93784820-21秒0.94512821-22秒0.96594822-23秒0.95817523-24秒0.88600224-25秒0.91016525-26秒0.9345426-27秒0.91596627-28秒0.84172728-29秒0.82705129-30秒0.53568630-31秒0.51282131-32秒0.7997232-33秒0.76183833-34秒0.9093834-35

11、秒0.86059735-36秒0.88316636-37秒0.87815137-38秒0.88552238-39秒0.9157339-40秒0.94093740-41秒0.92924541-42秒0.90731742-43秒0.92620943-44秒0.94527444-45秒0.9405145-46秒0.93333346-47秒0.92831547-48秒0.95744748-49秒0.96540949-50秒0.95593250-51秒0.94117651-52秒0.95744752-53秒0.94306953-54秒0.93846254-55秒0.92708355-56秒0.92668

12、656-57秒0.94256857-58秒0.93846258-59秒0.89353659-60秒0.8730161-2分鐘0.932-3分鐘0.923-4分鐘0.964-5分鐘0.955-6分鐘0.936-7分鐘0.987-8分鐘0.988-9分鐘0.979-10分鐘0.9610-11分鐘0.9711-12分鐘0.9712-13分鐘0.9713-14分鐘0.9814-15分鐘0.9615-16分鐘0.9716-17分鐘0.9817-18分鐘0.9518-19分鐘0.9719-20分鐘0.9620-21分鐘0.9721-22分鐘0.9722-23分鐘0.9723-24分鐘0.9824-25分鐘

13、0.9825-26分鐘0.9826-27分鐘0.9827-28分鐘0.9628-29分鐘0.9929-30分鐘0.9530-31分鐘0.9331-32分鐘0.9832-33分鐘0.9533-34分鐘0.9634-35分鐘0.9835-36分鐘0.9536-37分鐘0.9637-38分鐘0.9638-39分鐘0.9939-40分鐘0.9640-41分鐘0.9941-42分鐘0.9842-43分鐘0.9743-44分鐘0.9844-45分鐘0.9945-46分鐘0.9746-47分鐘0.9947-48分鐘0.9948-49分鐘0.9849-50分鐘0.9850-51分鐘0.9751-52分鐘0.9

14、952-53分鐘0.9953-54分鐘0.9654-55分鐘0.9955-56分鐘0.9856-57分鐘0.9857-58分鐘0.9558-59分鐘0.9759-60分鐘0.97>1小時0.94 Gb口小區(qū)重選相關(guān)的統(tǒng)計分析4.1 PDP發(fā)生小區(qū)重選的概率按PDP持續(xù)時間的分布4.1.1 小區(qū)重選概率的定義小區(qū)重選概率是指一定PDP持續(xù)時間條件下，發(fā)生小區(qū)重選的PDP數(shù)比上總PDP數(shù)。根據(jù)大數(shù)定律，樣本數(shù)足夠多時事件發(fā)生頻率可以近似于事件發(fā)生的概率。設(shè)PDP上下文持續(xù)時間為t的PDP上下文共有n條，其中n1條未發(fā)生小區(qū)重選；則PDP上下文持續(xù)時間為t的小區(qū)重選頻率為(n-n1)/n，由于

15、t的取值范圍較寬，全天數(shù)據(jù)最大值有84435s，而t在較大時記錄數(shù)很少，故下面采用不同時間粒度來展示小區(qū)概率取T在4.1.2 時間粒度為15分鐘注意到PDP上下文持續(xù)時間在8個小時以上時，每個15分鐘粒度的PDP上下文數(shù)不高于100，此時由于樣本數(shù)過低結(jié)果會存在較大偏差，故下圖截取了PDP持續(xù)時間在8小時以內(nèi)的情況?？煽闯鯬DP持續(xù)時間在75分鐘內(nèi)，小區(qū)重選概率有一個上升過程，此后小區(qū)重選概率在80%附近波動，說明PDP持續(xù)時間高于75分鐘時有80%左右的概率會發(fā)生小區(qū)重選，并不是重選概率隨持續(xù)時間增長而持續(xù)增長，由于手機通常不會持續(xù)幾個小時呆在同一個地方，。同時PDP持續(xù)時間在75分鐘以內(nèi)的

16、PDP上下文數(shù)占到總樣本數(shù)的92.7%，說明大部分PDP持續(xù)時間是較短的，下面對75分鐘內(nèi)的樣本以1分鐘時間粒度觀察小區(qū)重選概率的分布。4.1.3 PDP持續(xù)時間在75分鐘以內(nèi)（時間粒度為1分鐘）4.1.4 PDP持續(xù)時間在1分鐘以內(nèi)（時間粒度為1s）1分鐘以內(nèi)的PDP上下文進行分析（占總PDP上下文數(shù)的55.87%）小區(qū)重選概率明顯隨著PDP持續(xù)時間增加而逐漸增加，1分鐘時達到峰值0.1746，即PDP激活時間持續(xù)1分鐘時，有17%的PDP上下文發(fā)生過小區(qū)變化。同時注意到PDP激活時間如果小于1s且有用戶數(shù)據(jù)傳輸不會發(fā)生小區(qū)重選。4.2 PDP持續(xù)時間與小區(qū)重選次數(shù)的二維分布將PDP持續(xù)時間

17、1小時以內(nèi)的PDP挑出(占總PDP數(shù)的90%)，按1分鐘粒度對PDP持續(xù)時間分隔，小區(qū)重選10次以上的劃分為1類(小區(qū)重選10次以上的PDP只占總PDP數(shù)的2.8%)。橫軸是PDP持續(xù)時間有60柱，縱軸是小區(qū)重選次數(shù)有12類。可看出PDP持續(xù)時間在20分鐘內(nèi)各小區(qū)重選次數(shù)的成分會隨著PDP持續(xù)時間增加而發(fā)生顯著變化，在20分鐘左右，各成分基本穩(wěn)定：未小區(qū)重選的比例在55%左右，小區(qū)重選1次的在4.3 PDP上下文按小區(qū)重選次數(shù)的分布從上表看出，全天采集到的156345個完整PDP會話中，有78.2%的PDP上下文未發(fā)生過小區(qū)重選，即生命周期完全在同一個小區(qū)激活去激活。90%的PDP上下文都在切

18、換2次以下。由于一天內(nèi)同一個PDP上下文的小區(qū)重選次數(shù)最高可達271次，但由分布表看出，小區(qū)重選50次以內(nèi)的PDP上下文已經(jīng)占到了99.77%，圖1只畫出了小區(qū)重選次數(shù)50次以內(nèi)的情況。PDP上下文會發(fā)生沒有用戶數(shù)據(jù)(SNDCP PDU)傳輸?shù)那闆r,在所有PDP上下文中出現(xiàn)的比例是39184/156345=25.06%.，在沒有用戶數(shù)據(jù)傳輸時PDP上下文持續(xù)時間較短，故小區(qū)重選的概率較低，最高會發(fā)生41次小區(qū)變更。4.4 小區(qū)-時間的重選流量比例分布4.4.1 重選流量比例的定義統(tǒng)計切換流量比例是為了分析一個小區(qū)C在一段時間t0,t1內(nèi)有多大流量比例源自本小區(qū)，源自本小區(qū)，或者PDP上下文激活

19、自t之前，但從t開始起，在本小區(qū)有多大流量比例是從其他小區(qū)切換過來的。源自本小區(qū)有兩種情況，由于小區(qū)-時間的流量是由不同用戶的PDP上下文中的用戶流量累加而成的，故與PDP上下文激活時間t有關(guān)：1) T0<t<t1,并且PDP上下文從小區(qū)C發(fā)起激活2) T<t0，并且從t0起，該PDP上下文的用戶流量產(chǎn)生自小區(qū)C記一個PDP上下文過程t0,t1，三種顏色代表MS在三個小區(qū)產(chǎn)生了流量，分別記小區(qū)C1，C2，C3，矩形的面積表示流量的大小，用V表示。故MS在C1產(chǎn)生了V1流量，在C2產(chǎn)生了V2+v3+v4流量，在C3產(chǎn)生了V5+v6流量。為了將小區(qū)-時間作為一個分析樣本，現(xiàn)在用時

20、間粒度1將時間軸t隔開，則按照上面的規(guī)則，對于時間樣本1,2,小區(qū)C1產(chǎn)生的V1應(yīng)加在小區(qū)C1的未切換的流量，小區(qū)C2產(chǎn)生的V2應(yīng)加在小區(qū)C2的切換流量。同理，對于時間樣本2,3,小區(qū)C2產(chǎn)生的V3加在小區(qū)C2的未切換流量；對于時間樣本3,4,小區(qū)C2產(chǎn)生的V4加在C2的未切換流量，V5記在C3的切換流量；對于時間樣本4,5,V6記在C3的未切換流量。對于所有PDP上下文過程產(chǎn)生的用戶流量按照上述方法進行拆分，可以得到每個小區(qū)在每個時間樣本上的非重選流量和重選流量。4.4.2 時間為5分鐘粒度去除5分鐘粒度缺流量的小區(qū)5個，保留54個全天均有288個5分鐘的小區(qū)，故樣本容量=54*288=15

21、552最小值最大值均值上行流量重選比例00.980.36下行流量重選比例00.990.284.4.3 時間為30分鐘粒度最小值最大值均值上行流量重選比例0.010.930.52下行流量重選比例0.010.970.46保留沒半個小時都有流量的小區(qū)54個，共2592個樣本。重新統(tǒng)計小區(qū)-半小時流量樣本出現(xiàn)頻率按上下行重選流量比例的分布。4.4.4 時間為1小時粒度該BSC下共有54個小區(qū)，每個小區(qū)24個小時，共1296條樣本最小值最大值均值上行流量重選比例0.050.980.61下行流量重選比例0.010.990.51從這三組不同時間粒度的小區(qū)-時間樣本出現(xiàn)頻率按流量重選比例的分布可以看出，流量重

22、選比例與時間粒度長度是相關(guān)的，并且小區(qū)流量有相當(dāng)大比重源自其他小區(qū)，或者說是從其他小區(qū)轉(zhuǎn)移過來的，這說明大部分?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量不是消化在單個小區(qū)內(nèi)部，而是會跨小區(qū)。小區(qū)重選對小區(qū)流量的影響是不可忽視的。隨著觀測的時間粒度越長，越大比重的小區(qū)流量源自其他小區(qū)。4.5 PDP上下文在同一個小區(qū)駐留時長的分布當(dāng)PDP上下文跨小區(qū)時，PDP上下文在同一個小區(qū)駐留時間等價于PDP相鄰兩次小區(qū)重選時間間隔，從圖中可以看出，未發(fā)生小區(qū)重選時，PDP上下文在單個小區(qū)駐留的時間在時間較短時波動的更劇烈，1-2s的PDP上下文占據(jù)了14%，這里沒有區(qū)分發(fā)生重選和不重選的PDP(不重選的有122301條記錄)，即PDP

23、上下文未發(fā)生小區(qū)遷移也記做在同一個小區(qū)的駐留時間。對全天同一個BSC下59個小區(qū)的460521個小區(qū)駐留時間樣本進行頻率分布。從上圖可看出PDP上下文在同一個小區(qū)持續(xù)時間出現(xiàn)頻率最高的是1-2s這個區(qū)間。接著樣本出現(xiàn)頻率隨著在同一個小區(qū)持續(xù)時間增大而逐漸減小，96%以上樣本在同一個小區(qū)的持續(xù)時間在1小時以內(nèi)，其中90%的樣本在同一個小區(qū)持續(xù)時間不足20分鐘。從小區(qū)駐留時間這個角度分析可以看出MS頻率分布表小區(qū)駐留時間/s頻數(shù)頻率累積頻率0-1s98550.02140.02141-2s190710.0414120.0628112-3s72700.0157860.0785983-4s42310.0091870.0877854-5s4470