VOLTE寻呼拥塞分析优化案例.docx

1、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（Physical Downlink Shared Channel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（Tracking Area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、maxNoOfPagingReco

2、rds、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

3、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（Earthquake and Tsunami Warning System地震海啸告警系统）以及CMAS（Commercial Mobile Alert System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R

4、RC_IDLE 和 RRC_CONNECTED 态的 UE，系统信息发生了变化；（3）通知 UE 开始接收 ETWS primary 通知，和（或） ETWS secondary 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（Physical Downlink S

5、hared Channel物理下行共享通道）传送至TA（Tracking Area跟踪区）内所有eNodeB的小区。在PDCCH上广播P-RNTI（Paging Radio Network Temporary Identity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 (Cyclic Redundancy Check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

6、解调和解码，并通过PCH (Paging Channel)将其转发到MAC (Medium Access Control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（Discontinuous Reception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，Paging frame）上的特殊

7、子帧即寻呼时刻（PO，Paging Occasion）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）。（

8、图4）PF与PO关系示意图（1）PF相关计算公式如下：SFN mod T = (T/N) * (UE_ID mod N) （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 = IMSI mod 1024。（2）PO相关计算公式如下：i_s =floor (UE_ID/N) mod Ns （公式2）N：

9、min(T，nB)Ns：max(1，nB/T)UE_ID：IMSI mod 1024PO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NsPO when i_s=0PO when i_s=1PO when i_s=2PO when i_s=310N/AN/AN/A205N/AN/A401562.2.3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）maxNoOfPag

10、ingRecords：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10 ms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

11、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

12、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Paging Record标识1个UE_ID，一个寻呼消息最多包含的Paging Record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

13、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（Tracking Area跟踪区）的概念。下面先简单介绍一下TA、TAL的概念及作用。TA：

14、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，Location Area）和路由区（RA，Routing Area）概念，称之为跟踪区（TA，Tracking Area），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，Tracking Area Update），LTE又为1个UE同时指配多个TA，构成一个TA List，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

15、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（MP Load）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MP Load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）MP Load与Paging消息控制关系表MP CPU Load门限MP Load控制状态Paging相关控制Greater than 98%OVERLOAD丢弃所有传入的paging。90% to 98%VERY HI