Ping包时延优化

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本文摘自《移动通信》2012年16期。作者 黄航

【摘要】文章介绍了深圳联通关于Ping包时延优化方面的经验，其中包括通过空口环境的优化、参数优化、基站小区指标性能提升等几种方案有效减少无线环境下Ping包时延。实践检验的结果显示，这些方案最终显著改善了深圳3G网络数据传输时延。
　　【关键词】Ping时延 空口环境 参数优化 基站性能
　　1 引言
　　深圳联通WCDMA网络正式运行以来，网络规模不断扩大，网络负荷与复杂程度也不断提高。随着智能终端使用的普及，特别是使用iPhone手机用户群数量的不断扩大，导致数据用户的迅速增长。如何有效解决数据用户的数据包传输时延、提升数据用户的感知成为当务之急。
　　2 研究背景
　　深圳WCDMA网络在建网初期，由于用户数量较少，网络上下行的干扰水平相对较低。但随着现网规模越来越大，智能终端的普及，特别是HSUPA用户数量的急骤增长，导致现网干扰水平升高越来越明显，特别是局部话务热点区域，基站小区RTWP普遍偏高，呼吸效应明显。
　　Ping（Packet Internet Groper）是网络层协议，使用ICMP的超时机制来发现一个数据包在穿越互联网络时所经历的路径，其时延大小决定了网络IP包经无线空口至对端服务器之间的实际时延。这就意味着有效地优化Ping包的时延，可以有效减少用户终端到网络服务器之间的IP数据包的端至端时延，从而提升用户网络感知、降低投诉率、提升网络质量。
　　通过开展专项优化方案实施，显著地减少了现网IP包传输时延，明显提升了深圳WCDMA网络质量，满足了公司“降本增效、节能减排”的经营策略与思想导向。
　　3 Ping时延优化分析
　　为了有效降低Ping包时延，先从理论分析影响用户终端至服务器之间引起时延的各个因素，包括限制HSUPA用户上行数据调度的因素、小区无线资源与NodeB处理资源等各类因素，也包括TCP/IP协议层的因素等。
　　3.1 HSUPA快速调度
　　HSUPA分组调度算法主要功能是根据RNC通过NBAP的配置上行底噪参考Reference Received Total Wideband Power（RefRTWP）、上行干扰目标Maximum Target Received Total Wideband Power（MaxRTWP）、Target Non—serving E—DCH to Total E—DCH Power Ratio（NServToTotalPwr）、UE上报状态信息、RNC通过NBAP的配置的UE QoS参数、小区无线资源、NodeB处理资源等信息，确定系统资源使用情况和系统负荷，通过一定的优先级策略，分配系统资源给不同的UE，从而达到调度的目的，其调度流程如图1所示。
　　3.2 影响HSUPA调度的因素
　　（1）小区负载
　　4 优化方案实施与效果
　　4.1 降低上行负荷，提升上行容量
　　从式（1）至（3）可以得出结论，降低全网的上行干扰水平，可以有效地提升上行容量。对单个小区来说，在相同数量的终端接入情况下，降低小区RTWP，可以将更多的上行负荷余量腾出给单个终端，再根据公式（5），平均至每个UE的授权SG等级都可以相应提升，HSUPA调度的速率将会得到提高。
　　如图3所示，导致小区RTWP水平较高的原因主要有以下几种：
　　（a）小区用户数量多导致RTWP总体提升；
　　（b）外部存在干扰源，主要是电信市话通站点与直放站点干扰；
　　（c）天馈或者基站侧内部器件故障；
　　（d）其它原因，主要是突发的话务量增多与不明干扰源。
　　通过对近3个月现网后台的统计，RTWP水平保持在—90dbm以上的较高的小区个数为389个。通过扫频与指标分析，确定因小区用户数量多导致RTWP抬升的有186个，占总数的47.8%；外部干扰导致小区底躁提升的有129个，占总数的33.2%；66个小区是由于天馈或者基站侧内部器件故障导致底噪提升，占总数的17.0%；8个小区由于其它原因导致底噪提升，占总数的2.0%。
　　4.2 基站资源扩容
　　针对基站上行CE受限、Iub口传输拥塞所带来对Ping包传送成功率与时延大小的影响，通过收集现网近3个月KPI指标CE受限与Iub口传输拥塞严重的站点进行BPC板件扩容与传输扩容。通过统计，现网总共确定需扩容站点共有426个，其中需要BPC板件361块，需新增156对E1，新增16M FE链路共126条。图4表明了扩容前后受限与拥塞小区个数的变化情况。
　　4.3 站点效能整改
　　对于现网存在的覆盖弱区与盲区，主要采取几种方法提升覆盖：
　　（1）小区整改：提升站点覆盖效能，有效地提升部分遮挡较为严重区域的覆盖率；
　　（2）光纤拉远：解决部分区域覆盖盲区，有效提升覆盖率；
　　（3）室分外引信源整改：提升区域覆盖率与覆盖质量。
　　通过对现网164个站点进行天线整改、52个站点新增拉远小区、39个室分外引进行信源整改，有效提升了现网无线覆盖率与质量，图5表明进行站点效能整改后对网络覆盖质量提升水平。
　　4.4 设备维护与告警修复
　　及时解决现网所存在的告警，对保持站点性能与减轻网络负荷水平都起着重要的作用。通过对后台告警梳理，现网总共存在356个影响业务的告警。其中小区退服39个，断站26个，设备告警121个，天馈类告警156个，其它告警14个。经修复维护，截止目前已经消除92%的告警，如图6所示：
　　4.5 提升用户优先级
　　HSUPA资源分配采用SPI加权因子映射机制。用户的SPI_WEIGHT越高，那么所获得的调度优先级越高。
　　目前用户可划分为3个等级，取值为（1、2、3），分别代表金、银、铜三个等级。缺省的映射关系如表3所示：

从表3与表4可以看出，对于语音业务、流业务、交互类业务、背景类业务，相同的业务中当SPI取值越大，SPI_WEIGHT取值就越大，再根据公式（5）、（6）、（7），单个用户终端的上行调度优先级Priority也会提升10%至20%。
　　通过对同一个用户USIM卡的优先级做铜→银→金的修改后，对相同的服务器FTP做100Mb文件上传测试，结果如表5所示：
　　4.6 TCP接收窗与IP的MTU优化
　　WINDOWS系统默认的TcpWindowSize为64000Byte，通过注册表将其修改为168000Byte；MTU由1492Byte修改为1600Byte。
　　通过在RNC11下面定点不同字节长度的Ping测试，每个分别采样50次，然后取平均，得到平均时延如表6所示：
　　从表6可以看出，在Ping包长度较小时，并不能体现出明显的差别，但随着字节的越来越大，时延缩短较为明显。
　　通过在相同时间与相同的无线环境下，对修改过TCP窗口大小与MTU长度的服务器1，与无做任何修改的服务器2，进行不同大小文件的下载对比，如表7所示。从测试的结果看来，下载速率有5%至10%的增长空间。
　　5 结束语
　　本文从剖析限制Ping包传输时延的原理开始，提出了降低Ping时延的几种有效措施，并由此开展对深圳WCDMA网络专项尖峰行动。针对提升Ping包时延的优化方案进行实施后，通过对关内总共9个RNC进行定点Ping测试，测试规则为Ping包长度保持为1024字节，每个RNC随机抽取100个点，每个点50次Ping试验，实施的前后对比如图7所示。
　　从优化前后来看，几乎所有RNC的Ping时延均有不同程度的下降，最高时延降低25%，有效优化了目前WCDMA网络数据包传送时延。此次专项尖峰行动达到了提升数据用户感知、减少投诉量、提升网络水平的目的，为后期网络优化提供了思路。
　　参考文献：
　　[1] 中兴通讯股份有限公司. ZTE UMTS HSUPA Packet Scheduling功能指导[Z].
　　[2] 窦中兆，雷湘. WCDMA系统原理与无线网络优化[M]. 北京： 清华大学出版社， 2009.
　　[3] 中兴通讯股份有限公司. UMTS PS业务分析指导书.V1.0[Z].
　　[4] 张新程，关山. HSUPA/HSPA网络技术[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2008.

抑扬

连个图都没有，什么情况~~~