VOLTE寻呼拥塞分析优化案例.docx
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VOLTE寻呼拥塞分析优化案例
VOLTE寻呼拥塞分析优化案例
2019年7月
VOLTE寻呼拥塞分析优化案例
【摘要】LTE需要使用寻呼流程，向UE发送寻呼消息，或者向UE传送系统更新消息通知。
寻呼消息由PDSCH（PhysicalDownlinkSharedChannel物理下行共享信道）承载，通过控制关键的寻呼参数，可以大大增加寻呼流量，有效改善寻呼拥塞。
另外，合理地规划TA（TrackingArea跟踪区）列表大小，能在TA更新的信令负荷和寻呼区大小之间寻找到一个平衡点，从而达到降低系统负荷，从而解决寻呼拥塞问题。
【关键字】paging、拥塞、TAL、maxNoOfPagingRecords、nB
【业务类别】核心网、参数优化
一、问题描述
省公司通过寻呼拥塞指标的监控分析，发现东莞的寻呼拥塞情况异常严重，需要对相应的寻呼拥塞进行分析处理，从而避免网络事故出现。
下面是东莞寻呼拥塞情况：
东莞电信爱立信区域寻呼拥塞率59.69%，寻呼丢弃数量达到百万级，相应的寻呼信道占用率也达到了77.92%；华为区域寻呼拥塞率11.53%，寻呼丢弃数量为7万多，相应的寻呼信道占用率为14.14%。
也就是说东莞寻呼拥塞问题主要集中在爱立信区域，需要进行针对性的分析优化去解决寻呼严重拥塞问题。
二、分析过程
为了找到寻呼拥塞的原因，需要将寻呼相关的内容进行梳理分析，以发现存在的问题。
2.1寻呼的定义及作用
寻呼消息（Paging）是LTE中重要的系统消息，主要用于网络寻找UE，以及UE响应网络下发的呼叫请求。
在LTE中，网络可以向空闲状态和连接状态的UE发送寻呼，寻呼过程可以由核心网（MME）触发，用于通知某个UE接收寻呼请求；或者由基站（eNode）触发，用于通知系统信息更新，以及通知UE接收ETWS（EarthquakeandTsunamiWarningSystem地震海啸告警系统）以及CMAS（CommercialMobileAlertSystem商用移动警报业务）等信息。
Paging消息的作用包括：
（1）向处于RRC_IDLE态的UE发送呼叫请求；
（2）通知处于RRC_IDLE和RRC_CONNECTED态的UE，系统信息发生了变化；
（3）通知UE开始接收ETWSprimary通知，和（或）ETWSsecondary通知；
（4）通知UE开始接收CMAS通知。
2.2寻呼流程分析
2.2.1寻呼流程说明
Paging消息的详细流程如下：
1）eNodeB通过S1接口接收具有或不具有优先级的S1AP寻呼消息。
如果启用了优先级寻呼功能，则eNodeB会执行寻呼消息的优先级排序。
。
2）如果paging优先级开启，eNodeB根据优先排序paging消息，下发至UE。
3）Paging消息通过PDSCH（PhysicalDownlinkSharedChannel物理下行共享通道）传送至TA（TrackingArea跟踪区）内所有eNodeB的小区。
在PDCCH上广播P-RNTI（PagingRadioNetworkTemporaryIdentity寻呼无线网络临时标识），在PDCCH上可以找到包含RRC寻呼消息的PDSCH数据的调制和编码方案的信息。
4）PDCCH中的信息通过CRC（CyclicRedundancyCheck循环冗余校验）传输，并采用P-RNTI进行加扰。
这将通知UEs在同一子帧中是否存在paging消息。
5）当UE在PDCCH上检测到P-RNTI时，它对PDSCH中包含的paging消息进行解调和解码，并通过PCH（PagingChannel）将其转发到MAC（MediumAccessControl媒体访问控制）层。
PCH传输块包含被寻呼终端的确切标识。
如果UE在检测到的PCH上没有找到自己的标识，那么它将丢弃PCH数据并根据DRX（DiscontinuousReception非连续接收）周期循环休眠。
（图1）paging消息流程图1
（图2）Paging消息流程图2
（图3）寻呼消息信道映射图
2.2.2寻呼流程涉及算法
根据寻呼流程介绍，系统下发的寻呼消息需要UE定期去监听，其过程如下：
在一个DRX周期内，可以只在相应的寻呼无线帧（PF，Pagingframe）上的特殊子帧即寻呼时刻（PO，PagingOccasion）先去监听PDCCH上是否携带有P-RNTI，进而判断相应的PDSCH上是否有承载寻呼消息。
→如果有P-RNTI，就按照PDCCH上指示的PDSCH的参数去接收PDSCH上的数据；
→如果未解析出P-RNTI，则不需要再去接收PDSCH，而按DRX周期进入休眠。
根据以上机制，在一个DRX周期内，UE可以只在PO出现的时间位置去接收PDCCH，再根据需要接收PDSCH，其他时间可以睡眠，达到省电目的。
而UE监听PDCCH，需要精确知道所监听的PDCCH的具体位置，则要先计算出PDCCH出现的无线帧帧号（PF），然后再计算出PF上的寻呼时刻（PO）。
（图4）PF与PO关系示意图
（1）PF相关计算公式如下：
SFNmodT=（T/N）*（UE_IDmodN）（公式1）
T：
DRX参数。
网络会在系统消息SIB2中广播此参数给UE，其取值范围是32，64，128，256，单位是无线帧（10ms）。
nB：
网络在SIB2中广播，其取值范围是4T，2T，T，T/2，T/4，T/8，T/16，T/32，单位是无线帧（10ms）。
N=min（T，nB），取DRX和nB中的最小值，单位是（10ms）。
UE_ID=IMSImod1024。
（2）PO相关计算公式如下：
i_s=floor（UE_ID/N）modNs（公式2）
N：
min（T，nB）
Ns：
max（1，nB/T）
UE_ID：
IMSImod1024
PO实际是UE需要监听的PDCCH在寻呼无线帧上的子帧号。
因此计算出PF之后，再计算出本UE的PO在PF上的位置i_s，然后根据i_s与PO之间的映射关系，就可以精确获得UE该去监听的PDDCH的精确时间位置。
（表1）i_s与PO之间的映射关系表
Ns
POwheni_s=0
POwheni_s=1
POwheni_s=2
POwheni_s=3
1
0
N/A
N/A
N/A
2
0
5
N/A
N/A
4
0
1
5
6
2.2.3寻呼关键参数
在爱立信厂家基站中的相关Paging参数定义中，主要有下列几个：
（1）maxNoOfPagingRecords：
一个RRC寻呼消息中包括的最大允许寻呼记录数，即每个PO可以寻呼的最大UE。
（表2）各频段maxNoOfPagingRecords最大值
（2）defaultPagingCycle：
表示paging周期中的无线帧数。
这是eNodeB使用的paging周期，并在SIB2中广播。
如果在来自MME的寻呼消息中提供UE特定的DRX周期，其比defaultPagingCycle值短，则来自MME的值将覆盖eNodeB中的值。
它的作用是可以通过将defaultPagingCycle参数值乘以10ms来计算用户设备的PO之间的时间。
（3）nB：
当nB设置为T，2T或4T时，它影响每个PF的PO数量，并且还确定PF内的PO位置。
当nB设置为1/2T，1/4T，1/8T，1/16T或1/32T时，它影响寻呼周期期间的PF数量以及将UE分配到具有相同PO的组中。
当nB设置为较小的值时，导致较少的PO，每次都有更多UE被寻呼；当nB设置为较大值时，提供了更多的PO，并且在每种情况下寻呼的UE更少。
（图5）nB设置对寻呼帧数和寻呼时间的影响
（4）pagingDiscardTimer：
确定在丢弃之前，可以在eNodeB中保留或排队接收的paging消息的最长时间。
该定时器应设置为与MME（T3413）中的寻呼重发定时器相同（或更小的值），以防止eNodeB在从MME接收到重新发送的副本之后保留或发送旧的寻呼消息。
2.3寻呼流量分析
每个PagingRecord标识1个UE_ID，一个寻呼消息最多包含的PagingRecord数量由上述关键参数maxNoOfPagingRecords决定。
根据3GPP协议maxNoOfPagingRecords最大取值为16（20M带宽小区），即LTE每个寻呼消息最多承载16个UE_ID。
在满足一定的寻呼拥塞率的情况下，单个小区每秒的寻呼流量计算公式如下：
Icell=EPaging*（nB/T）*100（公式3）
EPaging：
爱尔兰B表中，不同的寻呼拥塞率与对应maxNoOfPagingRecords值的映射关系值，详见（表2）爱尔兰B表。
nB：
网络在SIB2中广播，其取值范围是4T，2T，T，T/2，T/4，T/8，T/16，T/32，单位是无线帧（10ms）。
T：
DRX参数。
网络会在系统消息SIB2中广播此参数给UE，其取值范围是32，64，128，256，单位是无线帧（10ms）。
由上述公式可以看出，当maxNoOfPagingRecords值越大，且nB值越大，LTE系统在1s内的寻呼流量也越大。
（表2）爱尔兰B表
2.4寻呼跟踪区分析
2.4.1TA及TAL概念及作用
在上述的寻呼流程中，有提及到TA（TrackingArea跟踪区）的概念。
下面先简单介绍一下TA、TAL的概念及作用。
TA：
LTE网络中为了便于管理用户的移动性，LTE应用了类似GSM/UMTS中位置区（LA，LocationArea）和路由区（RA，RoutingArea）概念，称之为跟踪区（TA，TrackingArea），TA大小介于小区与RA之间。
TAL：
为了避免UE在TA的边界移动时产生大量的跟踪区更新（TAU，TrackingAreaUpdate），LTE又为1个UE同时指配多个TA，构成一个TAList，即TAL。
UE在1个TAL内移动时，TA的改变不会引起TA更新过程的执行。
网络对IDLE状态的UE进行寻呼，可以在1个TAL的所有TA中进行，也可以按某些优化算法，在TAL中的部分TA中进行寻呼。
一般情况下根据流程，MME通过S1发送Paging消息至所有TAL内的eNodeB，并且最大支持8个级别的优先级，eNodeB如果未收到包含优先级的Paging消息，则默认按最低优先级下发至UE。
（图5）按优先级及TAL进行寻呼示意图
TAL的大小设置至关重要，分配过大的跟踪区使寻呼时的区域过大，从而增加网络不必要的信令负荷；而寻呼区过小又会导致频繁的跟踪区更新。
因此，需要根据网络部署情况对TAL的大小进行限制，以避免耗费系统资源。
2.4.2系统负荷对Paging影响
在LTE中，Paging消息在系统中传送，需要占用系统资源，从而会对系统负荷（MPLoad）产生直接影响，其相关的计算方法及公式在本文不作深入研究。
而LTE系统也存在相应有具体的负荷控制机制，系统负荷控制机制在不同状态，会对Paging消息有直接影响。
例如：
爱立信厂家定义的MPLoad按负荷门限分为4个状态，对应状态对Paging消息的控制及影响如下表所示：
（表3）MPLoad与Paging消息控制关系表
MPCPULoad门限
MPLoad
控制状态
Paging相关控制
Greaterthan98%
OVERLOAD
丢弃所有传入的paging。
90%to98%
VERYHI
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