案例高并发低时延需求场景下NBIoT网络优化实践总结.docx
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案例高并发低时延需求场景下NBIoT网络优化实践总结
高并发低时延需求场景下NB-IOT网络优化实践总结
一、问题描述
NBIOT网络具有大容量的特征，号称单个基站小区可支持5万个NB-IoT终端接入。
但实际这个5万是有条件的，是假设了时延不敏感，可大量重传的业务模型后，一天内单小区的最大接入数。
在实际应用中，杭州碰到一个场景：
某行业用户的生产车间。
该车间需对生产的每一个终端进行入网验证，且该行业用户的目标是年产量100万台NB终端。
因此在他们的生产线上会同时有大量的NB终端发起连接请求，且对时延有一定要求，必须在较短的时间内完成入网验证，否则生产效率无法达到要求。
该行业用户反馈在测试模组时，单用户电信模组通过电信NB网络成功通信的时间较长，最短37s，最长2min，且出现通信失败现象，而移动模组通过移动网络通信的时间都小于30s。
厂家多终端排产时电信网络效率较低，180s仅能成功交互15部终端。
二、分析处理过程
2.1单终端性能分析
由于用户反映移动时延较小，而电信时延较大，因此我们先用单个终端对移动和电信网络的时延进行了分析对比。
2.1.1附着时延分析
在测试中我们发现使用不同的模组对时延是有影响的。
通过分析从终端开机到attach完成各个阶段的所需的时长，我们发现以下特点：
Ø读卡阶段：
模组特性，高通模组无，移远模组电信比移动耗时长
Ø读MIB消息：
整体相差不大，高通模组稍好
Ø读SI消息：
电信网络无论在哪个模组下，比移动网络耗时长
ØMSG1-MSG5：
整体相差不大
ØAtacch时间：
电信网络无论在哪个模组下，比移动网络耗时长
在用户所在区域，电信使用的是中兴的基站设备，移动使用的是华为的基站设备，且使用高通芯片比使用海思芯片在电信的nb网络下可以更快的完成attach，因此我们怀疑海思的芯片跟华为的基站适配更好。
2.1.2业务流程时延分析
除了附着流程，还对终端入网的业务流程进行了测试分析，使用的模组都为移远。
从测试结果可以看出：
Ø移远模组在移动网络下传相同大小数据包所耗时间比电信快
通过后台网管信令跟踪，匹配移远电信模组测试数据的交互流程，然后根据移远移动模组和电信模组的交互数据对比，发现移动模组在交互过程中，没有对IOT平台的注册，从而也没有对IOT平台注册的ACK，即电信采用的是一上两下交互模式，移动采用的是一上一下的交互模式。
下行调度看，在无线环境很好（RSPR-80dBm，Sinr17dB），基站分的TBs很小（UE报的BSR为2192），而且每次都要重复四次。
除了基站资源分配小，重复次数多之外，经常能看到看到NDI不翻转，代表是重传而不是新传数据0->0不翻转就是重传
但是对比移动的下行调度，不但重复次数都为1，而且同样的BSR分配的TBS也比电信多，而且每次NDI都翻转，代表没有重传。
2.1.3总结
从通过不同模组相同网络，相同模组不同网络间的对比测试，寻找各个流程环节的差异，我们得出以下结论：
Ø在开机附着阶段还有优化改进空间
Ø在业务流程上还有优化改进空间
Ø在调度上还有优化改进空间
2.2多终端性能分析
2.1.1厂家需求
Ø1分钟内终端要附着完成，否则会被判定为附着失败，需要重新上电附着；
ØN部终端在产线上同时上电，终端要附着成功并要和平台交互8包数据，此流程要在3分钟内完成，否则将停止交互，判断失败，下电；
Ø失败的终端，会被二次上电，上电后如果之前附着成功过，会进行续传前面没有传完的8包数据。
3分钟内还不成功，会继续判断失败，需要第三次上电；
Ø目前一次上电成功率N在15左右，厂家基本要求N>=20，希望达到30。
2.1.2并发时延分析
通过测试分析，发现并发场景下主要是随机接入过程出现问题，导致时延较高。
随机接入信道原理说明如下：
NPRACH采用singletone方式发送，子载波间隔3.75kHz，NPRACH支持时频域划分复用，不支持Preamble码分复用。
针对不同小区大小，支持2种CP长度，66.7us和266.7us。
SymbolGroup定义如下：
NPRACH–SymbolGroup时域
NPRACH–频域
NPRACH频域配置
从以上原理可以看出，协议支持NPRACH的子载波个数为12/24/36/48，子载波个数配置越大，支持的并发数越高。
而实际配置了更多的子载波后，随机接入的成功率并未增加。
在基站侧进行抓包后发现，当NPRACH位置在0-11时，会导致MSG3发送成功率较低。
当NPRACH位置为除了36-47时，后续的NPUSCH发送成功率较低。
只有当NPRACH位置为36-47时，随机接入可以正常进行。
而实际华为的基站只支持子载波个数12的NPRACH。
因此猜测华为的基站使用的36-47位置，且海思的芯片跟华为的基站适配较好。
三、优化方案及效果
3.1针对单终端性能提升优化
通过不同模组相同网络，相同模组不同网络间的对比测试，寻找各个流程环节的差异化，针对每个环节进行优化，取长补短，通过参数优化自身的网络。
优化方案：
Ø读卡阶段：
模组问题，需要模组厂家解决
Ø读SI消息：
行业用户不移动，关闭SIB3/4
ØAtacch时间：
主要是多了一个UE能力查询，基站策略，需要在后续版本中更新去除
Ø流程优化：
电信同步移动采用一上一下的交互模式
Ø数据重传/重复次数：
优先打开内环功控，修改基站分配资源参考值aucD/UlIntialSINRCEL
优化效果：
3.1针对多终端性能提升优化
优化方案：
Ø适配海思芯片：
进行如下参数调整
nprach_Periodicity：
320ms
nprach_StartTime:
32[2]
nprach_SubcarrierOffset:
36
nprach_NumSubcarriers:
12
LogicalChlProhibitSwch：
1
ØUE发射功率：
期望prach和pusch的功率，控制UE的发射功率，默认设置过小
PreInitPwr：
-104[8]
p0NominalPUSCH：
-100
Ø打开上行内环AMC功能：
提高基站评估终端无线环境的准确度
ULInnerLoopAmcEnable：
1
Ø以下参数影响1分钟内attach完成：
发生异常事件后能早释放
T300:
6000ms[2]
rrcSetupTimerArr：
10000ms
优化效果：
经过多轮参数调整，现场一次上电交互成功终端数达到57台，远远超过行业用户30台的目标。
四、经验推广情况
随着NB产业链的逐渐成熟，NB产品会越来越多，产量也会随之成几何形增长，生产车间这种高并发低时延要求的场景会越来越多。
本案例中提出的参数调整，流程优化对该种场景具有很好的借鉴作用，甚至很多情况下可以直接拿来应用。
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