UUMTS网络负荷监控与扩容指导U93R100.docx
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UUMTS网络负荷监控与扩容指导U93R100
UMTS网络负荷监控与扩容指导
V1.0
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目录
1概述1
1.1背景1
1.2主要内容1
2高负荷网络监控5
2.1WCDMA网元划分5
2.2网络负荷监控指标5
2.3关键指标解释6
3高负荷网络优化10
3.1网络负荷优化所处阶段10
3.2网络负荷优化流程11
4高负荷网络扩容12
4.1扩容流程12
4.2扩容标准及方法13
图目录
图11高负荷网络监控及优化主要内容2
图12高负荷网络监控流程3
图13高负荷网络优化流程3
图21上行容量和噪声抬升关系图8
图31网络负荷优化所处阶段示意图10
图32高负荷网络优化流程11
图41扩容分析流程12
图42小区扩容判决流程14
图43小区扩容判决公式组合图16
图44码资源利用率和话务量关系17
图45小区载频发射功率利用率和TCP受限比例的关系18
表目录
表41小区扩容门限15
表42小区扩容实施细则19
表43NodeB扩容门限和扩容方法20
表44NodeB扩容实施细则21
表45RNC硬件扩容监控指标23
表46RNC硬件扩容观察指标24
表47RNC硬件扩容观察指标25
表48RNC扩容实施细则26
1概述
1.1背景
UMTS网络高负荷性能监控和优化是网络运维阶段的重点工作之一，随着用户数和业务应用的增多，特别是无线宽带业务的迅猛发展，网络负荷将会不断攀升。
当网络负荷达到一定程度，网络资源将会出现拥塞，网络性能会恶化，会影响最终用户的业务体验。
为了使用户感知到一个良好的高速接入体验，保持UMTS网络的竞争优势，应当实时监控整个网络的负荷和性能状况，对于负荷超过门限的网元产生预警，及时采取优化或扩容的手段，满足业务发展的需要。
狭义的负荷指网络或信道承载的业务量，广义的负荷除考虑网络业务量外，还要考虑网络中各网元软、硬件资源使用率，使用率越高负荷越重。
相比于2G网络，UMTS网络的容量监控和管理更加复杂。
原因如下：
1）UMTS是个软容量系统，其容量不仅受到CE、Iub配置带宽等硬性资源的限制，还受到OVSF码、上行干扰、下行功率等软性资源的限制，其系统容量不是一个固定值，与网络覆盖、业务质量要求有关。
2）UMTS是个混合多业务系统，不同的业务构成和不同的业务模型下系统容量也不尽相同，因此不能简单采用某种业务的话务量进行容量监控。
3）UMTS可能采用R99+HSPA的混合载波策略，R99和HSPA共享系统资源，这给R99和HSPA的容量监控带来更多的复杂性。
4）UMTS是以数据业务为主的网络，对数据网络的拥塞的判断，不能简单的沿用以语音为主的传统网络的处理思路，即根据是否发生接纳拒绝来判断拥塞，而应结合HSPA用户的实时体验速率和网络资源占用状况作为网络拥塞的判断标准。
本文以RNCV309版本的网管计数器为基准，给出UMTS网络负荷监控指标的定义和监控门限建议。
1.2主要内容
高负荷网络监控及优化指导书，适用于UMTS商用运维阶段的通信网络。
如图1-1所示，高负荷网络监控和优化横向主要针对三层网元，即无线接入网的小区，NodeB和RNC；纵向包括三个阶段，即高负荷网络监控、高负荷网络优化和高负荷网络扩容，分别对应本指导书的三大部分。
图11高负荷网络监控及优化主要内容
第一部分对应指导书第二章节，主要说明网络负荷需要监控的指标。
如图1-2所示，WCDMA系统网络负荷监控主要针对三个层次网元，即无线接入网络的小区cell、NodeB和RNC。
每个网元对应不同的资源和指标，小区网元主要涉及空口资源如码资源、功率资源等，并紧密结合用户体验速率，聚焦用户感受；NodeB网元主要涉及传输资源和CE资源；RNC级网元主要根据RNC配置情况，涉及RCP的CPU占用率和RUP的CE资源使用情况等指标。
图12高负荷网络监控流程
第二部分对应指导书第三章节，主要讲述高负荷网络性能的优化。
主要包括两大方面，即高负荷网络的优化流程和常用优化手段；如图1-3所示，高负荷网络优化流程根据网络实际情况进行RF优化及无线参数优化，其中无线参数优化主要包括切换、拥塞控制、负荷均衡、DRBC、功率控制及HSPA等相关参数，以降低对各种资源的消耗。
图13高负荷网络优化流程
第三部分对应指导书第四章节，主要讲述高负荷网络扩容。
如图1-2所示，WCDMA高负荷网络分别从小区、NodeB和RNC三个网元层次进行针对性扩容，内容包括扩容分析流程、扩容标准、扩容手段以及实施细则。
阅读指导：
如果您想直接了解本文所讲的高负荷网络优化措施，可以直接阅读第三章，如果您想要直接看到扩容标准和手段，可直接阅读第四章节，相关计数器或者指标疑问可以直接参考第二章节或者通过其它途径查找了解。
2高负荷网络监控
2.1WCDMA网元划分
WCDMA系统网元层次分为无线接入网络的小区、NodeB、RNC以及CN，我们主要关注无线接入网络的小区、NodeB和RNC三级网元负荷的监控和评估，所有网元都需要考虑各类场景的业务行为，找到合理的监控指标，设置监控门限，从而进行监控、告警和负荷控制。
相同的业务行为，不同网元会有不同的监控参数。
针对空口，主要考察小区吞吐量、单用户吞吐率、下行功率、上行干扰、下行码资源等因素；而对于基站和RNC，主要考虑硬件资源的占用率情况。
1）小区级
小区级网元监控参数主要针对空口，如小区吞吐量、HSDPA用户平均吞吐率、非HSDPA载频发射功率平均利用率、非HSDPA码资源平均占用率、上行噪声抬升等。
2）NodeB级
NodeB级网元主要监控NodeB硬件资源占用情况，如上/下行NodeBCE资源利用率、Iub口上/下行带宽利用率。
3）RNC级：
RNC级网元主要监控硬件资源占用情况，包括CPU负荷（控制面）、CE资源利用率（用户面）、带宽利用率（接口板）等。
同时RNC还会观察现网的话务运行指标，包括Erl、流量、BHCA和在线用户数。
2.2网络负荷监控指标
根据WCDMA系统三级网元的划分，各网元又分别对应不同的网络负荷性能监控指标及门限，请参照文档：
因为小区级别的负荷监控指标最复杂，不象NODEB和RNC的硬性资源和负荷，所以下面重点介绍小区级的负荷监控指标。
2.3关键指标解释
2.3.1nonHSDPA码资源平均占用率
小区码资源平均占用率=小区所有业务占用码资源/总码资源个数，它基本表征了小区总体码资源利用情况。
小区nonHSDPA码资源平均占用率=nonHSDPA业务占用的码资源个数/nonHSDPA业务总码资源个数，它一定程度上表征了R99业务的码资源占用率情况。
后台网管可以直接统计小区平均码资源可用率和HSDPA码资源平均占用率，根据这两个指标，可得出nonHSDPA码资源平均占用率的统计公式：
nonHSDPA码资源平均占用率=（1-小区平均码资源可用率-HSDPA码资源平均占用率）/（1-HSDPA码资源平均占用率）
因为我们的系统对于HSDPA的码道，可以根据R99的业务需求情况进行动态调整。
当R99的业务量多时，可以动态减小HSDPA的码道为最小分配值，所以，nonHSDPA码资源平均占用率也可以表示为：
nonHSDPA码资源平均占用率=（1-小区平均码资源可用率-HSDPA码资源平均占用率）/（1-HSDPA最小码道数目）
对于R99+HSPA混合载波小区，R99业务的最大可用码道数受到HSDPA码道配置参数的影响。
当R99业务即将占用的码道数超过R99业务的最大可用码道数时，R99业务将会因为DCH码资源不足产生接纳拒绝。
R99业务的最大可用码资源数=256-公共信道占用码道数-HS-PDSCH最小码道数*16-HS-SCCH码道数*2-E-AGCH码道数*1-E-RGCH码道数*2
其中，公共信道占用码字数、HS-PDSCH最小码道数、HS-SCCH码道数、E-AGCH码道数和E-RGCH码道数均来源于后台网管配置。
假设HSPA和公共信道的码道参数配置如表2-1：
表21码道码资源分配
信道
扩频码
码道数
HS-PDSCH
16
最小8
HS-SCCH
128
2
E-AGCH
256
1
E-RGCH
128
1
CPICH
256
1
PCCPCH
256
1
SCCPCH
64
1
PICH
256
1
AICH
256
1
则R99业务的最大可用码资源数=256-8-8*16-4-1-2=113，因公共信道占用的码资源固定，且比较小，通常在计算时，可以忽略。
所以，当小区的码资源利用率很高，甚至出现码资源拥塞时，建议降低HSDPA的最小码道数为1。
2.3.2nonHSDPA载频发射功率平均利用率
小区nonHSDPA载频发射功率平均利用率指标可以通过网管中的统计指标进行计算。
它的定义为：
小区nonHSDPA载频发射功率平均利用率=小区nonHSDPA码道的总下行发射功率/小区nonHSDPA码道的总下行可用功率
对于R99+HSPA混合载波小区，在做基于下行功率的DCH接纳控制时，其中一个判决条件是：
其中，NOHSDSCHPower是NodeB上报的TransmittedcarrierpowerofallcodesnotusedforHS-PDSCHorHS-SCCHtransmission。
目前，R99的接纳门限一般设置为85%，即小区最大发射功率的85%。
当RNC做基于下行功率的DCH接纳判决时，如果判决时刻有多个连接建立请求，系统会在已有NOHSDSCHPower功率基础上加上所有新建连接的预测功率，然后与功率接纳门限做比较。
当预测功率大于接纳门限时，拒绝所有新建连接的接纳请求。
如果判决时刻新建连接请求比较多，功率预测量deltaP就会很大，容易发生接纳拒绝。
2.3.3上行噪声抬升
在WCDMA系统中，所有用户共用相同的载波，用户之间用不同的扩频码和扰码区分。
对于上行而言，由于用户扰码的非正交性，每个用户信号对于其他用户信号而言就成为噪声（干扰）。
因此，每个信号都包含在由其他用户产生的宽带干扰背景中。
为了接入一个呼叫，移动台的功率必须大到足以克服带宽内其他移动台的噪声。
上行容量和噪声抬升之间的关系如图2-1：
图21上行容量和噪声抬升关系图
由图可知，基站上行噪声抬升和上行容量（负载）呈非线性关系。
当上行容量（负载）达到一定门限，噪声抬升急剧攀升。
因此，UMTS的无线网络规划是基于一定上行负载的规划，通常上行负载设计为50％，对应3db的噪声抬升。
当上行负载过大时，由于噪声抬升的急剧攀升，系统的上行覆盖和性能都会明显恶化。
小区上行噪声抬升指标不能在网管中直接统计，它的公式定义为：
小区上行噪声抬升=小区的载频接收功率平均值-系统底噪
2.3.4HSDPA小区平均吞吐量
HSDPA小区平均吞吐量主要是从小区HSDPA总的吞吐量角度，考量小区是否繁忙，以和HSDPA单用户平均吞吐率联合判决小区是否需要扩容。
HSDPA小区平均吞吐量=HSDPA下行MAC证实的用户数据量，单位是Kb。
它表征了数据传输时间内的小区HSDPA平均吞吐量。
如果HSDPA小区平均吞吐量比较小，那就需要分析是否是因为覆盖不好、传输不够，还是因为小区内用户本身的业务需求量比较小，如QQ在线业务等。
对于因为覆盖不好或者传输不够，导致用户调度的数据量比较小，则需要从覆盖角度进行优化解决，以提升小区的整体吞吐量。
只有当HSDPA小区平均吞吐量比较大时，再进一步考查HSDPA单用户平均吞吐率。
2.3.5HSDPA单用户平均吞吐率
对于HSDPA数据业务来说，衡量用户体验的指标除了接通率、掉线率等传统指标以外，用户平均下载速率是个更为重要的指标。
当由于容量的原因导致HSDPA用户的体验速率低于期望值时，我们就需要对网络进行优化和扩容。
当HSDPA用户平均体验速率不能满足期望时，除了上面说到的可能原因：
网络覆盖不好或传输带宽不够外，另外的原因就是同时发起数据传输的用户数太多。
对于因为同时发起数据传输的用户数太多原因导致的HSDPA用户速率低，则需要进行网络优化和扩容。
HS-PDSCH为共享物理信道，HSDPA的传输带宽为所有HSDPA用户共享，如果同时发起数据传输的用户数太多，势必造成每用户的HSDPA实时传输速率下降。
因此，除了HSDPA用户实时体验速率指标外，系统还应该提供HSDPA实时传输用户数指标，用于辅助判断是否是因为同时进行数据传输的HSDPA用户数太多，导致每用户的HSDPA实时传输速率太低。
HSDPA单用户平均吞吐率的定义如下：
单用户平均HSDPA吞吐率（Kbps）=HSDPA下行MAC证实的用户数据量/用户HSDPA数据传送时间。
3高负荷网络优化
3.1网络负荷优化所处阶段
高负荷状态的网络，会产生如接入失败、切换失败、掉话、HSPA低速率等诸多问题，严重影响用户感受，迫切需要进行优化或者扩容。
图3-1所示为高负荷网络优化所处的阶段，即网络负荷抬升之后，网络扩容之前。
当监控到网络负荷高时，首先需要进行优化，以降低网络负荷。
如果通过网络优化之后，负荷还比较高，则需要准备扩容。
图31网络负荷优化所处阶段示意图
3.2网络负荷优化流程
网络负荷优化流程如图3-2所示，实际上高负荷网络的优化主要针对小区空口资源，针对小区负荷抬升，可以通过RF优化和参数优化来解决，其中RF优化主要是进行覆盖、邻区、干扰在优化，以降低越区覆盖、导频污染及切换比例过高而形成的资源过多消耗。
而参数优化包括切换门限优化、接纳拥塞控制手段（拒绝和抢占）、负荷控制、DRBC、功率控制及HSPA相关参数，还包括系统内、系统间小区负荷均衡。
而这些优化除了对小区负荷有降低之外，某些优化手段也对NodeB和RNC的负荷降低有作用，如切换和DRBC降速等。
而相对来说，对于NodeB和RNC设备负荷抬升，属于自身硬件资源消耗。
需要说明的是，某些优化手段是专门针对某种资源或者指标而采取的方法，但可能会对另外一种资源或者指标产生负面影响，如：
通过减少HSDPA的码资源，可以降低非HSDPA码资源的利用率和R99业务的拥塞，但同时会降低HSDPA业务的速率和用户体验。
所以在优化时，需要综合考虑各种优化手段和考查指标的均衡，如果优化之后，还有指标受限，则需要准备或执行扩容。
图32高负荷网络优化流程
4高负荷网络扩容
根据固定宽带网络的发展经验，当数据业务孕育到一定阶段，会出现爆发式的增长。
但是爆发拐点何时到来，和资费策略、终端发展情况、网络质量、用户行为等都有关联，较难准确预测。
所以建议将扩容指标门限设置为两个阶段：
监控门限和扩容门限，给扩容留有充分空间。
所谓监控门限，就是说当指标达到该门限时，需要准备相关的扩容资源；当达到扩容门限时，则需要执行相应的扩容动作。
同时建议关注资费、终端、网络质量、宣传等相关因素，当相关策略发生变化时，提前考虑由此带来的网络提前扩容的可能。
4.1扩容流程
4.1.1扩容分析流程
网络扩容从网络负荷监控开始，分别针对各层次网元进行针对性监控、分析、预警，对达到扩容标准的网元，用合适的扩容手段进行扩容。
扩容分析流程如图4-1所示：
图41扩容分析流程
4.2扩容标准及方法
对于WCDMA系统而言，高负荷网络的扩容要分别针对无线接入网的小区、NodeB和RNC三个网元。
小区负荷的高低一定程度上只反映了小区本身的负荷状况，一个NodeB可以有多个小区，小区数量不同造成NodeB负荷的差异，如果一个NodeB包含过多小区，那么虽然小区自身负荷不高，但是NodeB的负荷可能已经超出限制；同理，RNC负荷受下面所包含NodeB以及小区的数量影响，所以三个网元的负荷都要评估，并且要有针对性的不同的扩容标准和扩容方法。
扩容标准主要包括扩容门限以及扩容评估公式，扩容方法分别对应不同网元和不同资源受限情况。
4.2.1小区扩容
WCDMA系统小区是三个网元中最靠近实际用户的网元，是网络负荷评估最小的单元，小区负荷高低以及性能好坏直接影响到用户体验，所以小区级负荷的监控和评估将作为我们日常监控和评估的重点，小区扩容也是WCDMA网络扩容的核心内容。
4.2.1.1小区扩容判决流程
如图4-2所示，小区负荷判决以用户体验为核心，结合网络资源类指标利用情况对小区负荷做出判决。
图42小区扩容判决流程
评估用户体验的指标主要是数据用户体验速率和小区资源拥塞程度，网络资源主要是指空口码资源和功率资源，具体可参考2.2节的小区指标。
4.2.1.2扩容门限及手段
网络负荷的轻重最直接有效的反映就是在用户体验上，以往对用户的体验的考察主要通过接通率，掉话率等传统指标，对于3G网络来讲，数据业务用户的不断增多是必然趋势，数据业务所占比重也将越来越大，所以数据业务的用户体验也将成为衡量3G网络负荷的最重要的因素，而考察数据业务用户体验的最佳指标就是数据业务下载时的用户体验速率。
依据“聚焦用户感受”的扩容原则，我们将以HSDPA用户平均体验速率（吞吐率）作为小区负荷评估核心，同时结合空口资源对小区负荷做尽可能准确的评估。
小区负荷评估的每一个监控指标都设定了扩容指标编号，扩容指标SPI是逻辑指标，取值只能为0或者1，当扩容指标SPI达到门限则为1，否则为0；同时也给出每一个指标达到扩容门限时对应的扩容方法，以供参考。
表41小区扩容门限
扩容指标编号
指标名称
告警门限
扩容门限
扩容方法
SPI1
HSDPA单用户平均吞吐率
<=1Mbps
<=512kbps
HSPA+/多载波/加站
SPI2
HSDPA小区平均吞吐量
>=100MB
>=150MB
SPI4
nonHSDPA码资源平均占用率
>=60%
>=70%
多载波/加站
SPI5
nonHSDPA载频发射功率平均利用率
>=60%
>=70%
扩功放/加站
SPI6
上行噪声抬升
>=6dB
>=8dB
多载波/加站
SPI8
下行码资源受限接纳拒绝比例
设置为固定值1
>=2%
多载波/加站
SPI9
下行功率TCP受限接纳拒绝比例
设置为固定值1
>=2%
扩功放/加站
依据小区负荷监控指标SPI门限设定和小区扩容评估流程，我们可以得出小区扩容判决公式组合图4-3：
图43小区扩容判决公式组合图
由上可得高负荷小区判决总公式：
S_cell=SPI1*SPI2+SPI4*SPI8+SPI5*SPI9+SPI6*（SPI4+SPI5）
公式说明：
1）S_cell表示小区负荷指数；
2）SPI1*SPI2主要为了筛选以数据业务为主的高负荷小区，即不但要同时满足用户低速、小区高吞吐量；
3）SPI4*SPI8+SPI5*SPI9+SPI6*（SPI4+SPI5）主要为了筛选以nonHSDPA业务为主的高负荷小区，SPI两两相与目的是进行两个计数器相互修正，两个SPI均达标基本可以确定小区处于高负荷状态；
SPI4*SPI8,即NonHSDPA码资源平均利用率较高且发生严重的接纳拒绝；如果NonHSDPA码资源平均利用率较高但是没有发生接纳拒绝，则说明虽负荷较高，但未达到扩容标准；如果发生严重的接纳拒绝，但是NonHSDPA码资源平均利用率不高，则可能是资源分配不当等原因导致的负荷虚抬升所致。
SPI5*SPI9同上。
SPI6*（SPI4+SPI5），即要满足至少两者达标；第一个原因是因为上行可能受干扰所致；第二个原因是自动底噪更新不实时。
所以用码资源和功率资源这两个指标作以修正，以保证我们筛选出的小区确实是上行负荷较重小区。
4）当S_cell>0时，表示小区进入高负荷状态，有扩容需求，进行监控优化以及负荷评估；
5）S_cell取值越大表示小区当前负荷越重，S_cell最小为0，最大可为5。
4.2.1.3门限设定方法及依据
对于不同网络，扩容门限可能会不同。
下面就各个指标门限设定，做以简要说明！
4.2.1.3.1nonHSDPA码资源平均占用率
如图4-4所示，对某地区全网CS话务量大于1Erl的小区进行7*24小时统计，nonHSDPA码资源平均占用率一定程度上反映了小区R99业务量大小，和小区CS话务量是正比对应关系，所以在小区负荷评估中，在引入nonHSDPA码资源平均占用率这个指标的时候，就等于间接引入了CS话务量这个指标，nonHSDPA码资源平均占用率不但反映小区R99码资源占用情况和接纳拒绝情况，也反映了小区CS话务负荷的高低。
图44码资源利用率和话务量关系
4.2.1.3.2nonHSDPA载频发射功率平均利用率
在有些网络中，当nonHSDPA载频发射功率平均利用率大于40%时，已经开始发生下行功率受限导致的接纳拒绝，这和接纳拒绝测量判决周期2ms有关，2ms内同时接入业务过多，就会造成接纳拒绝。
图45小区载频发射功率利用率和TCP受限比例的关系
4.2.1.3.3上行噪声抬升
上行噪声抬升定义为：
小区上行总平均接收功率—RTWP基站底噪。
目前ZTE的上行接纳控制开关关闭，但HSUPA的调度受参数MaxRTWP的控制。
MaxRTWP默认配置是6dB。
建议上行噪声抬升的扩容门限制定为8dB（对应85%的上行负荷），因为理论上来讲，6dB表示小区有75%的上行负荷，显然还不成为高负荷小区，而8dB对应85%的上行负荷，所以我们建议将8dB设置为上行噪声抬升的扩容门限，同时将6dB设置为告警门限。
4.2.1.3.4HSDPA用户平均吞吐率、HSDPA小区平均吞吐量
当由于容量的原因导致HSDPA用户的实时体验速率低于期望值时，我们需要对网络进行扩容，HSDPA用户实时体验速率可以在网管后台直接提取。
另外，HSDPA用户速率低的原因可能是覆盖不好、传输带宽不够、或网络负荷重。
只有因为网络负荷重原因导致的HSDPA用户速率低，才需要进行网络扩容。
因此，除了监控HSDPA单用户平均吞吐率外，我们还需同时监控HSDPA小区平均吞吐量，用这二个指标联合判定网络是否需要扩容。
当HSDPA单用户平均吞吐率低于512kbps时，需进行容量监控的下一步判决。
HSDPA小区平均吞吐量表征了小区数据传输的业务量大小。
HSDPA小区平均吞吐量过低的原因可能是应用层流量不足或小区覆盖差，这种情况不应该纳入扩容的范畴。
因此，ZTE建议HSDPA小区平均吞吐量>150MB时，才考虑扩容。
综上所述，当HSDPA单用户平均吞吐率低于512kbps，且HSDPA小区平均吞吐量>150MB时，小区应该扩容。
4.2.1.3.5接纳拒绝比例
当拥塞率超过2%，即认为严重影响用户体验。
所以在此将此类KPI的告警及扩容门限设定为2%。
4.2.1.4扩容实施细则
小区扩容实施细则主要以小时为粒度，监控和评估周期为一周时间，因为各个小区用户行为不同，各小区有不同的忙时，所以我们推荐施行7*24小时的监控方式。
实施细则如表4-2所示：
表42小区扩容实施细则
监控方式
监控方式一
监控方式二
监控对象
全网小区
全网小区
监控粒度
小时
小时
监控周期
一周7*24小时
一周7*每天固定N个忙时
（忙
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