浙江-网络部-关于摩托罗拉PCU设备负荷优化原则的应用研究-蔡玮

关于摩托罗拉PCU中PRP板负荷优化原则的应用研究蔡玮（中国移动通信集团浙江有限公司杭州分公司杭州310015）摘要本文在摩托罗拉PCU各种配置原则的基础上，分析了PRP负荷对数据网络性能的影响及主要成因，提出了2种PRP负荷优化配置原则，优化原则的有效性得到了现网实施效果的验证。关键词EGPRSPCUPRP负荷Application&ResearchOnPRPLoadOptimizationprincipleofMotorolaPCUCaiwei（ChinaMobileGROUPZhejiangCO.,LTD.HangzhouBranch，Hangzhou310012）Abstract:BasedonthehardwarecapabilityofMotorolaPCU,wefirstlyanalyzethedatanetworksperformancereducinginfectedbythePRPloadandthemaincauseofthehighPRPload,thenweadvancetwoPRPLoadOptimizationprinciples,theseprincipleshavebeenprovedtobeeffectualinnetwork.Keyword:EGPRSPCUPRPload随着中国移动通信集团公司全面推行增强型通用分组无线系统（EnhencedGeneralPacketRadioSystem，EGPRS）网络覆盖以来，用户对网络中速率提升的期望不断增加。但是在实际应用中，我们发现数据网络的实际速率与理论速率差距较大，用户对此投诉也较多。如何有效地提升数据网络各种性能，是摆在所有数据网络优化人员面前的一个关键课题。1摩托罗拉PCU设备介绍在摩托罗拉的无线设备中，无线接入网部分处理用户数据业务（(E)GPRS）的设备称为PCU，如下图所示：BSS系统BSC基站控制器BTS基站MSC/VLRPSTN公用电话网PCU分组控制单元GGSNGGSNInternet因特网PDN公用数据网SGSNHLR/AUC归属位置寄存器用户鉴权中心图1摩托罗拉数据业务网络结构每一个PCU中主要有两种硬件模块：MPROC和DPROC，MPROC模块为系统处理器板，用于控制整个PCU，通常配置为PSP；DPROC为非系统处理器板，根据具体模块处理内容的不同，可配置为PICP和PRP，分别处理信令及业务数据。一个典型的PCU硬件配置如下图所示：图2摩托罗拉PCU设备硬件配置面板对于每一个小区，进行数据业务传输用的信道称为PDTCH信道。通常有三种不同传输速率的PDTCH信道：16Kbps、32Kbps和64Kbps。对于普通的GPRS业务，PDTCH信道可配置为16K和32K，而EGPRS的PDTCH信道则配置为64K。PRP板就是负责处理各种PDTCH信道数据传输的模块。一个PRP板可以配置两个PMC，每个PMC可以配置两条GDS，每条GDS就是一个2M的传输链路，各小区中的PDTCH信道就是分配在这些GDS上进行数据业务传输。图3PRP板卡配置示例根据摩托罗拉设备使用说明，当摩托罗拉无线设备支持的软件为GSR7版本时，PCU中各种资源配置限制条件如下：（1）PRP配置情况（根据每PCU单元配置的PRP数规划PDCH总数）：每个PRP可配置120PDCH信道；这些PDTCH信道是不区分普通GPRS信道还是EGPRS信道。设：PRPnum：每个PCU下配置的PRP处理板数；PDCHnum:理论每个PCU单元可配置的PDCH信道总数；PDCHnum=PRPnum*120（2）GDS配置情况(根据每PCU单元配置的GDS数规划PDCH数)：每GDS可配置30个64KTRAU(数据帧),即：30个64KPDTCH信道；60个32KPDTCH信道；120个16KPDTCH信道；（3）PDTCH配置情况：一般情况下每PDTCH信道可容纳的用户数为4，每信道的吞吐速率由用户共享。根据摩托罗拉的配置原则，每个PRP板可同时激活的PDTCH信道数为30个（与PDTCH信道类型无关），另外每个PRP板实际激活的信道数与PRP负荷有直接的关系。当PRP板上的30个PDTCH信道同时激活时：其负荷统计指标PRP_load_max=100。而如果一个PDTCH信道被1－4个用户同时使用时，PRP_load_max统计值在（100－400）之间。这将极大的影响用户的使用速率。下表为PRP管理小区激活的信道数和PRP_Load_max的比较：Numberoftimeslotspendingserviceina20msecblockperiodPRPload0-300-10031-60101-20061-90201-30091-120301-4002PRP负荷及其对数据业务的影响2.1PRP负荷对数据业务的影响分析随着杭州地区EGPRS工程的不断推进，关于数据用户投诉根据摩托罗拉的设备手册说明，当PRP_load_max100时，单块PRP板卡上实际需要处理的PDTCH信道数将大于30，而单块PRP板的同时可激活能力为30，由此可推断，此时部分用户是分时共享数据业务服务的。这也就意味着，当PRP_load_max100时，用户数据业务是存在延时性的，速率也会有所下降。为了验证以上推论，我们选取了两组小区进行现场测试，第一组现场测试小区，满足以下条件：（1）小区均已开通EGPRS功能；（2）为保证小区无线环境良好，测试小区均为信号覆盖良好的室内分布小区；（3）小区对应的拥塞指标性能良好，未见明显拥塞；（4）小区所在的PRP板满足：PRP_load_max100第二组测试小区，除了不满足前面提到的第4点以外，其余条件均同第一组。在对以上各小区测试结果分析发现：第一组小区FTP平均下载速率约在60Kbps左右；而第二组小区的FTP平均下载速率均在120Kbps以上。由此可见，PRP负荷是影响数据业务速率的关键因素之一。2.2PRP超负荷原因分析获得以上结论后，进一步对各种超负荷的PRP板分析可发现，造成这种超负荷的现象主要有两种情况：情况一：整个PCU下数据业务繁忙这种情况下：整个PCU下的数据业务较忙，PDCH信道配置较多，此时PCU下的各prp板负荷普遍偏高；现网中该情况的示例如下表：PCUPRP_IDPMC挂一个GDS的总数PMC挂两个GDS的总数PRP_load_maxPRP_load_meanPCU013212024.86PCU014211026.598PCU015210322.701PCU016212035.435PCU0111212038.114PCU01下共有5块PRP板。这些PRP板的负荷虽然比较均衡，但负荷都在100以上，这说明目前所有的PRP板都十分繁忙，这会造成PRP板上承载的小区数据速率下降。在此情况下需新增PRP板以分担每块PRP板的负荷。情况二：PCU下PRP板配置不均衡这种情况下是由于同一个PCU中的PRP板分配资源不均衡，导致某些PRP板的负荷较重，而其他的板卡负荷较低。现网中该情况的示例如下表：PCUPRP_IDPMC挂一个GDS的总数PMC挂两个GDS的总数PRP_load_max_maxPRP_load_mean_maxPCU023210016.583PCU024414332.298PCU025419651.869PCU021128318.353PCU021228315.369PCU02共有5块PRP板，从上表可见PRP4和PRP5的负荷明显比其他PRP板要高出40以上，而仔细核对PRP板的硬件配置，除了这两块PRP板配置了4条GDS之外，其他PRP板均只配置了2条GDS。这说明由于摩托罗拉设备软件缺陷，不能自动将小区时隙配置在下挂时隙较少的PRP板上。当PCU中各PRP板的硬件配置不均衡时，部分PRP板常常会出现超负荷的现象，从而导致不同PRP板上承载的小区瞬时吞吐能力出现明显差异。在这种情况下，需对PRP板配置进行扩容及调整，以保证PRP板配置的均衡。3PRP板负荷优化配置原则原则一通过以上分析，要提高小区数据传输速率，首先需要解决PRP超负荷问题。目前市场上十分普遍的手机类型为class10，此类手机每个用户最多可同时占用4个PDCH信道进行数据业务的下行传输。对于EGPRS信道而言，每个PDCH信道为64Kbps的速率，如果要达到用户的吞吐量在100kbps左右，则用户手机最少需占用2个PDCH（2*64K）信道或占用4个PDCH(4*32K)信道但和另外一个用户共享。虽然每个PRP板可配置120个PDCH信道，但每个PRP板同时最多只能激活30个PDCH信道。在实际的配置中，一个PRP板下不可能只配置30个PDCH，该PRP管理下的小区也不可能最多只有30个用户。我们通过对现网中的PCU03的分析来说明PCU中PRP板配置原则：PCU03共配置了5个PRP板，每个PRP板中分别配置了2个GDS，下表为负荷优化前各PRP板中的小区，PDCH信道及PRP负荷均值的分布情况：PCUPRP携带基站信息携带小区数配置PDCH数峰值负荷PCU0311033,5,6,774336.4PCU0311043,4,7,66,9064547.2PCU0311052,2054355.8PCU0311061,3,4,89,90658154.13PCU0311071,4,1654160.53结合上表及现场实际测试发现：管理60个左右PDCH的PRP6（1106）负荷非常繁忙，严重影响其管理下的小区中的数据业务下行速率；而管理40多个PDCH的其他PRP板的性能非常稳定，CQT和DT的效果也非常理想。PRP板的实际负荷与这些PDCH的忙闲程度有关。根据这些分析，结合实际测试情况，我们认为：当每个PRP板实际管理的PDCH信道数在40－50个之间，且PRP的最大负荷不超过70％时（考虑余量），PRP负荷和实际的现场测试都处于较理想的情况。根据这一原则每个PCU配置的PRP理论数应满足：原则一：)45/(cellnumPDTCHroundupPRP原则二如果考虑以一个PRP板可同时处理的PDCH信道数来计算现网各PCU所需的PRP数，则换算公式如下：需求PRP数＝BSC中实际PDCH信道占用总数/单个PRP处理能力根据摩托设备使用手册的说明：每个PRP板可同时激活的PDCH信道数为30个；同时BSC中实际PDCH信道占用总量可以用BUSY_PDTCH_MEAN来表示，又因为通常情况下，数据业务传输主要在下行链路中，故可以用下行的BUSY_PDTCH_MEAN来表示BSC中实际PDCH信道占用数。综上，有：)30/___(cellnumMEANPDTCHBUSYDLroundupPRP但是实际使用PCU的过程中我们还发现，当PCU硬件均衡后，PRP板的负荷还受其管辖小区的业务繁忙程度影响较大：即使两块信道数配置相同PRP板，如果配置在同一个PRP上的多个小区均很忙，而且忙时重叠，而另一个PRP板上的各小区数据业务较空闲时，前者PRP板的负荷也会明星高于后者PRP板。而目前摩托罗拉设备软件仅能当PRP板的PRP_load_max170（该值不可调），且同一PCU下存在PRP_load_max70（该值不可调）的PRP板时，才会对负荷较大的PRP下的小区进行均衡，将部分小区调整到其他的PRP板上。在实际测试中，PRP_load_max大于170时，小区PDCH实际速率下降很大，因此，目前摩托罗拉设备的软件实际上根本无法真正达到各PRP板之间的均衡。为保证数据业务的高速率，就必须要求PRP的负荷均处于较低的水平，若按照上面提到的上限方式配置PDCH信道将无法保证数据业务的高速率下载。据此，在综合考虑到数据业务存在突发性和PRP板本身无法完全自动均衡的特性，PCU所需PRP的计算公式修改为：原则二：)15/___(cellnumMEANPDTCHBUSYDLroundupPRP4PRP板负荷优化效果根据以上原则，我