基于GSM-R的GPRS無線網(wǎng)優(yōu)化淺析

摘要　文章對(duì)基于GSM-R的GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化流程等進(jìn)行分析，對(duì)GPRS無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行歸納和總結(jié)，分析了常見問題和優(yōu)化方法，并且通過調(diào)整參數(shù)和采取技術(shù)手段，使青藏線GPRS網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，以指導(dǎo)各條鐵路線GPRS優(yōu)化工作。

一、背景

現(xiàn)階段，鐵路上有許多數(shù)據(jù)應(yīng)用方面的迫切需求，如需傳輸行車調(diào)度信息、無線車次號(hào)等。為此，GSM-R網(wǎng)絡(luò)引入GPRS，在現(xiàn)有電路交換網(wǎng)絡(luò)中引入了分組網(wǎng)，為GSM-R運(yùn)營(yíng)者由話音業(yè)務(wù)向綜合信息服務(wù)領(lǐng)域拓展提供了重要的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，并為GSM-R向3G演進(jìn)打下了基礎(chǔ)。

目前基于GSM-R的GPRS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在青藏線完成了測(cè)試工作，滿足鐵路的運(yùn)營(yíng)要求。但基于GSM-R的GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在全國(guó)尚處于初期，優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少，網(wǎng)絡(luò)存在多方面的問題。為了更好的保證服務(wù)質(zhì)量，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化流程和評(píng)估指標(biāo)等方面進(jìn)行分析，來改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分為核心網(wǎng)優(yōu)化和無線網(wǎng)優(yōu)化。GPRS無線網(wǎng)是影響GPRS服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵，因此本文重點(diǎn)研究GPRS無線網(wǎng)的優(yōu)化。GPRS系統(tǒng)以GSM-R網(wǎng)作為承載，共用相同基站和頻譜資源。這就決定了GPRS與GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化相互關(guān)聯(lián)和制約。在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中針對(duì)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的共同點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化，對(duì)于兩者相沖突的地方，在現(xiàn)階段應(yīng)以話音為主，在保證GSM-R網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡可能提高GPRS的服務(wù)質(zhì)量。

二、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化流程

GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化流程包含數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行DT和CQT測(cè)試分析，以及后續(xù)的參數(shù)調(diào)整。流程如圖1。

圖1　網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化流程圖

1.采集數(shù)據(jù)：主要包括OMC-R上的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)測(cè)試數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)優(yōu)化：（1）系統(tǒng)容量分析：分析PCU（Packet Control Unit）是否充足，PDCH分配是否合理。（2）干擾分析：干擾意味著高誤碼率導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的重傳，如果干擾強(qiáng)度大或時(shí)間過長(zhǎng)，將會(huì)中斷服務(wù)。（3）Gb接口性能分析：了解BSC內(nèi)的APN分布，應(yīng)用分布，各類業(yè)務(wù)的上下行比例，不同業(yè)務(wù)的忙小區(qū)，便于有針對(duì)性的采取優(yōu)化。

3.測(cè)試優(yōu)化：（1）DT測(cè)試包括對(duì)應(yīng)上傳下載的RLC層的上下行吞吐量、RLC層上下行重傳率、小區(qū)重選次數(shù)、小區(qū)重選平均間隔時(shí)間等指標(biāo)。（2）CQT測(cè)試反映GPRS端到端的性能，包括GPRS附著與去附著測(cè)試，PDP激活去激活測(cè)試、FTP上傳和下載測(cè)試等。

4.通過系統(tǒng)性能指標(biāo)判定網(wǎng)絡(luò)是否符合要求。如不符合，需找出原因進(jìn)行調(diào)整，并確認(rèn)問題是否有效解決。如果沒有，重新制定方案直到問題解決。問題解決后，收集實(shí)施后的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，生成優(yōu)化報(bào)告。

三、GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化性能評(píng)估指標(biāo)

目前，GPRS優(yōu)化評(píng)估指標(biāo)已相對(duì)完善，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量可以從業(yè)務(wù)性能指標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)資源利用方面進(jìn)行考察：

1.業(yè)務(wù)接入性能：如附著成功率、附著響應(yīng)時(shí)間、分組尋呼成功率、PDP激活成功率、PDP激活響應(yīng)時(shí)間、分組信道立即指配成功率。

2.網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量：如TBF指配成功率、TBF中斷率、TBF平均數(shù)據(jù)吞吐量、TBF平均時(shí)長(zhǎng)、RLC重傳率、小區(qū)重選次數(shù)、路由區(qū)更新成功率、ping/ftp和網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的PDP上下文去激活統(tǒng)計(jì)。

3.業(yè)務(wù)質(zhì)量：對(duì)于青藏線，目前用的UDP方式，可以測(cè)試相關(guān)質(zhì)量。

4.資源利用情況：如無線資源的利用狀況和Gb接口的資源利用率。

5.GPRS/GSM綜合指標(biāo)：如由于動(dòng)態(tài)信道被用作GPRS信道而導(dǎo)致電路業(yè)務(wù)發(fā)生小區(qū)內(nèi)切換的次數(shù)、電路業(yè)務(wù)搶占分組業(yè)務(wù)信道的次數(shù)、PCH/AGCH隊(duì)列長(zhǎng)度、動(dòng)態(tài)分配信道上分組和電路的業(yè)務(wù)量比例、由于GPRS的引入是否導(dǎo)致掉話率和接通率的改變。

通過對(duì)比這些指標(biāo)在優(yōu)化前后的變化，能對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源分布是否平衡、資源利用率是否提高、網(wǎng)絡(luò)性能是否增強(qiáng)、是否需要擴(kuò)容等問題更加明晰。

四、GPRS網(wǎng)絡(luò)重要無線參數(shù)的設(shè)定

合理的參數(shù)設(shè)置會(huì)使系統(tǒng)性能達(dá)到最佳狀態(tài)。因此重要無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)作用的研究，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是很重要的。

4.1　BSC資源利用：用來調(diào)節(jié)GSM-R與GPRS網(wǎng)絡(luò)間資源

FPDCH：該參數(shù)設(shè)定了小區(qū)內(nèi)靜態(tài)PDCH的個(gè)數(shù)。增大此參數(shù)值會(huì)保證GPRS的業(yè)務(wù)質(zhì)量，但會(huì)減少GSM-R可用的信道資源。通常，每個(gè)小區(qū)應(yīng)至少設(shè)置一個(gè)靜態(tài)PDCH信道，否則在語音擁塞的情況下，GPRS業(yè)務(wù)將停止，PCU中的數(shù)據(jù)被丟棄。目前GPRS以小數(shù)據(jù)量為主，對(duì)擁塞較為敏感，而對(duì)得到的時(shí)隙個(gè)數(shù)不太敏感。如果設(shè)置了靜態(tài)PDCH，那么，語音擁塞時(shí)，僅僅影響到數(shù)據(jù)吞吐量和用戶的感知度。如果小區(qū)的GPRS業(yè)務(wù)量較高，可以適當(dāng)增加靜態(tài)PDCH配置的數(shù)量（最多4個(gè)）。

PILTIMER：是管理動(dòng)態(tài)PDCH的時(shí)間閾值，當(dāng)一個(gè)動(dòng)態(tài)PDCH成為空閑狀態(tài)后，將被放入空閑列表，同時(shí)啟動(dòng)時(shí)鐘，超過PILTIMER值之后，該動(dòng)態(tài)PDCH由分組域返回電路域。增加PILTIMER的數(shù)值后，會(huì)降低動(dòng)態(tài)PDCH的業(yè)務(wù)負(fù)荷，但由于空閑狀態(tài)的PDCH長(zhǎng)時(shí)間不進(jìn)行清空，會(huì)占用資源。

TBF_LIMIT：分TBF_UL_LIMIT和TBF_DL_LIMIT，分別設(shè)定上下行平均每個(gè)PDCH上可同時(shí)承載的TBF的門限值。當(dāng)在一個(gè)小區(qū)中某個(gè)方向上平均每個(gè)PDCH上承載的TBF數(shù)超過該方向的門限值時(shí)，該小區(qū)會(huì)嘗試對(duì)新的TBF分配新的PSET（連續(xù)的四個(gè)時(shí)隙，TSO～3或TS4～7）。當(dāng)希望更多的用戶共享PDCH資源時(shí)，可增大此參數(shù)值，同時(shí)降低了分配PDCH的業(yè)務(wù)負(fù)荷；當(dāng)希望用戶占用更多的PDCH資源時(shí)，可減少此值，以提高用戶的感知速率。公網(wǎng)中一般設(shè)為2～3；在青藏線上，由于現(xiàn)階段用戶所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，對(duì)傳輸速度要求并不太高，可將此參數(shù)設(shè)置的稍高。

4.2　網(wǎng)絡(luò)配置

網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式：GPRS建設(shè)初期，多都采用沒有Gs接口且沒有配置PCCCH的情況，因此網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式為2。

信道編碼方案：共有四種，現(xiàn)階段均采用CS-1和CS-2。公網(wǎng)中，能保證GSM語音業(yè)務(wù)正常的無線環(huán)境下，均可使用CS-2；由于鐵路對(duì)可靠性要求更高，因此需考慮實(shí)際環(huán)境中采用CS-2方式的可靠性問題。在青藏線通過對(duì)CS-1和CS-2方式分別進(jìn)行測(cè)試，兩種方式均可滿足鐵路可靠性要求。

4.3　重選參數(shù)

由于在GPRS的建網(wǎng)初期，GPRS小區(qū)重選過程使用C1和C2準(zhǔn)則，同GSM-R的重選準(zhǔn)則相同，因此，下述參數(shù)中僅路由區(qū)參數(shù)的設(shè)置同GSM-R網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置無關(guān)。其他參數(shù)的修改，都會(huì)對(duì)GSM-R網(wǎng)產(chǎn)生影響，因此在修改這些參數(shù)時(shí)，需要考慮對(duì)電路域的影響。

路由區(qū)（RA）：路由區(qū)所覆蓋的范圍大小在系統(tǒng)中是一個(gè)關(guān)鍵的因素，若RA覆蓋范圍過小，則會(huì)加重系統(tǒng)中的信令流量；反之，則會(huì)導(dǎo)致尋呼的負(fù)荷過重�？梢酝ㄟ^統(tǒng)計(jì)尋呼負(fù)荷情況和信令鏈路負(fù)荷情況來確定是否需要調(diào)整路由區(qū)的大小。由于GPRS業(yè)務(wù)主要以移動(dòng)臺(tái)發(fā)起的呼叫為主，而且不存在GS接口等，因此青藏線可以設(shè)置成一個(gè)位置區(qū)只包含一個(gè)路由區(qū)。

TEMP0RARY_OFFSET和PENALTY_TIME：由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋是沿鐵路線進(jìn)行的，通常采用線狀覆蓋的方式。當(dāng)采用單層網(wǎng)覆蓋時(shí)，每個(gè)服務(wù)小區(qū)只有相鄰的2個(gè)小區(qū)；采用雙層網(wǎng)覆蓋時(shí)，每個(gè)服務(wù)小區(qū)有5個(gè)相鄰小區(qū)，分別是服務(wù)小區(qū)所在層的2個(gè)小區(qū)和另一層的3個(gè)小區(qū)。處于空閑模式的移動(dòng)臺(tái)周期性的監(jiān)測(cè)6個(gè)接收電平最強(qiáng)的非服務(wù)小區(qū)，目前每個(gè)服務(wù)小區(qū)只有5個(gè)相鄰小區(qū)，且都會(huì)被移動(dòng)臺(tái)記錄在鄰小區(qū)列表中，顯然此時(shí)TEMPORARY_OFFSET和PENALTY_TIME都不起作用，因此這兩個(gè)參數(shù)對(duì)GSM-R系統(tǒng)來說無任何影響。

CELL_RESELECT_OFFSET：小區(qū)重選偏置。若設(shè)置該小區(qū)此參數(shù)比鄰小區(qū)大時(shí)，使更易選擇該小區(qū)，反之亦然，此值用于平衡網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)量。對(duì)于沿線類似的車站，建議此值設(shè)置相同；對(duì)于雙層網(wǎng)結(jié)構(gòu)，建議主用網(wǎng)設(shè)置的較高，備用網(wǎng)較低，使用戶選擇在主用網(wǎng)中。

CELL_RESELECT_HYSTERESIS：小區(qū)重選遲滯。對(duì)每個(gè)小區(qū)都起作用，在一定程度上減少頻繁的小區(qū)重選。由于沿鐵路線，兩小區(qū)的鄰接處都是高速列車移動(dòng)地區(qū)，因此建議將GPRS小區(qū)重選滯后參數(shù)設(shè)置為2～4dB之間。

RA_RESELECT_HYSTERESIS：路由區(qū)重選遲滯。表示在不同路由區(qū)中小區(qū)重選附加滯后值，設(shè)置類似于CELL_RESELECT_HYSTERESIS。

4.4　定時(shí)器參數(shù)

定時(shí)器參數(shù)設(shè)置較為靈活，表1和表2給出了參數(shù)設(shè)置建議。其他定時(shí)器參數(shù)，在現(xiàn)階段均可使用缺省值。

表1　T3168、T3192、T3172設(shè)置建議

表2　移動(dòng)可達(dá)定時(shí)器、T3314、周期路由區(qū)更新定時(shí)器T3312設(shè)置建議

五、結(jié)束語

本文在理論上對(duì)GPRS無線網(wǎng)優(yōu)化進(jìn)行了分析，結(jié)合青藏線試驗(yàn)段特殊性，給出了青藏線GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化流程和重要參數(shù)設(shè)置，達(dá)到了理論與實(shí)踐相結(jié)合，同時(shí)也為以后鐵路GPRS網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、優(yōu)化和維護(hù)提供了借鑒。