179东莞NBIoT共享洗衣机控制响应及软件升级成功率低问题分析及解决方案.docx

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179东莞NBIoT共享洗衣机控制响应及软件升级成功率低问题分析及解决方案

NB-IoT共享洗衣机“控制响应”及“软件升级”成功率低问题分析及解决方案

2019年9月

【摘要】本文详述了针对集团政企大客户计划在东莞企石第七中学试点部署175台NB共享洗衣机出现的“刷卡控制响应”及“平台远程批量软件升级”成功率非常低等问题而进行研究，组织多次端到端（终端-基站-MME-PGW-IOT平台-业务平台）联合测试抓包深入分析，进行优化终端数据收发业务模型、平台下发数据业务模型和基站功能改进升级来适配承载高负荷的NB业务使用场景，以及对比问题处理的效果和具体的性能指标，最终解决NB共享洗衣机遇到的问题，最终得到客户的认可。

【关键字】业务模型终端软件升级业务时延

【业务类别】物联网、NB终端、参数优化

一、问题描述

深圳共享电源公司属于集团级政企大客户，运营物联网NB业务涉及多种，预计全国放号达20万，其中，近期在东莞企石第七中学部署了175台NB共享洗衣机，用于试点验证使用效果，部署位置终端接入现网NB网络，周边无线环境优良，但在实际使用中发现如下故障问题：

1）学生刷卡在使用洗衣机过程中出现洗衣机启动无响应或响应时延过长等问题；

2）客户业务平台检测到NB共享洗衣机终端经常出现频繁掉线（无法收到洗衣机上报心跳包数据）；

3）客户反馈业务平台对洗衣机终端软件版本进行批量升级时，升级成功率非常低。

二、分析过程

从NB网络侧、NB业务模型以及端到端联合测试抓包等进行分析，具体情况如下：

2.1覆盖情况

东莞企石第七中学周边NB站点位置情况如下图，为2个NB站点覆盖；企石旧围，距离中学350米，企石滨湖路2，距离中学850米。

共享洗衣机主要安装在宿舍区域，如上图红框内的几栋宿舍楼。

通过NB测试终端，在共享洗衣机位置测试的无线环境如下图，RSRP和SINR均很好，此区域的无线信号正常。

现场共享洗衣机的位置以及测试情况图如下：

针对安装共享洗衣机的3栋宿舍采用NB专业仪表进行了全面的测试，测试结果如下：

宿舍

平均RSRP（dBm）

SINR（dB）

第一栋

-74.22

20.10

第二栋

-71.35

17.87

第三栋

-67.74

16.83

从共享洗衣机位置的NB信号来看，信号覆盖电平和信号质量均处于良好的水平，信号覆盖不是问题。

2.2KPI指标

通过对NB的主要KPI分析看到，NBRRC建立成功率、NBRACH成功率均比较低，NBNPUSCH的信道质量也比较差，如下图：

NBRRC建立成功率在忙时只有80%左右，RRC的建立存在问题。

NBRACH成功率也比较差，在忙时只有70%左右。

NB上行信道的SINR只有9左右。

从后台的指标，可以看到NB上行信道存在一定的问题，存在大量用户有上行数据发送需求，从而导致上行信道的质量下降等。

2.3终端业务模型分析

从NB共享洗衣机客户侧了解情况，共享洗衣机终端的业务模型主要有：

◆共享洗衣机在空闲状态下的心跳模式：

心跳周期可以为3分钟或者6分钟，包大小十几个字节；平台收到心跳，会回个响应，几个字节；

◆洗衣过程中行为模式：

在开始洗衣时，UE会连续发数条数据包，每个包40个字节左右，在洗衣过程中，每两分钟平台会与UE通信一次，平台下发的命令十几个字节，UE的响应30个字节左右；

◆终端升级模式：

在终端需要升级时，平台会发指令给终端进行升级，主要是传递升级包给终端。

当前的这次升级，一共需要传递72个包，每个包大小为570个Byte。

升级过程大概如下：

平台上建立了远程升级任务，下发查询版本命令，终端回复版本，平台确认终端目前版本与待升级版本不同，会下发升级请求，升级请求中包含一共有72包数据包；终端收到升级请求，会向平台开始请求升级包；平台收到请求，下发升级包；终端收到升级包，发送ACK，再继续请求下一包升级包；平台收到ACK，确认终端收到了数据包，若10s内没收到ACK，会再次下发该数据包，当终端收到最后一包数据包时，会上报平台开始更新程序；终端新程序启动之后，会上报平台升级成功，总共升级时间限制为半小时，正常情况下几分钟就升级完。

从终端的行为模式上分析，目前反馈的问题主要原因是：

1）空闲模式的掉线，主要是由于心跳包发送失败，或者未收到平台的反馈；

2）使用中的问题，主要是学生开始使用时终端无法接入网络启动洗衣机，以及在使用过程中数据发送失败导致影响洗衣机使用；

3）升级失败问题，主要是如果任何一个数据包不能成功发送，正常是可以重发，不过目前终端这边不能对重发数据包进行处理，导致升级失败。

如目前的升级，需要72个包都非常顺利的发送，不能出现任何的重发才能升级成功。

学校一共部署了175台共享洗衣机，在2个NB小区的覆盖区域内结合终端数量、业务模型来看，终端需要频繁的与平台进行交互：

包括空闲模式心跳以及使用时的业务发送，类似于QQ的业务行为模式；从3GPP的NB网络设计的出发点来说，该业务特点并不十分符合NB业务的特点，NB业务一般对时延要求低，对数据传输的需求少，要求尽量节电使用。

而当前的共享洗衣机的业务模型，是不考虑节电模式的，更考虑的是对终端的实时监控。

2.4系统分析

进行多次端到端联合现场测试后台抓包，涉及NB终端侧、ENB侧、MME侧、PGW侧以及平台侧；爱立信研发专家，经过对log的深入分析，找出了问题的原因：

1、当前基站版本的容量没有办法满足目前的共享洗衣机行为模式的业务需求，特别是上行信道方面；

2、共享洗衣机终端无去重，重传无离散机制；优化心跳包发送的离散性，终端要能对重发数据进行合并。

三、解决措施

3.1方案实施

措施1：

终端业务模型优化。

考虑改变心跳包的频繁度、加强终端数据发送的离散性、降低洗衣机使用时的数据发送频度以及改变终端升级的机制，需要能支持数据包的重传、能进行初发数据和重传数据的合并；

措施2：

网络侧基站功能优化。

为了更好地承载高负荷的NB特殊业务模型，协调爱立信厂家改进基站并发接入和传输容量功能（目前华为和中兴现网版本基站设备支持并发接入和传输容量明显高于爱立信基站设备），厂家已反馈升级至L18新版本软件，包含了新增软件功能、原有功能改进、NB增强以及无线计数器的完善，可更好地承载东莞NB共享洗衣机的使用场景。

因此，针对东莞共享洗衣机的覆盖基站升级到L18软件版本。

考虑到整个NB网络的情况，以及可能在某些区域出现的高NB业务模型，将对全网基站升级到L18版本，广东爱立信基站侧的升级计划在6月底全部完成。

措施3：

平台升级程序机制优化。

客户工程师应用了新的脚本，将东莞七中共享洗衣机设备放到一个队列中，每3分钟取出一个进行升级，一直重复以上动作，成功升级的就移出队列，直到所有设备都升级成功。

3.2实施效果

以上解决措施实施后，NB共享洗衣机问题得到全部解决：

✓学生使用洗衣机反映未出现过异常现象，使用感知明显改善；

✓业务平台测试各个终端的时延，均大幅降低，满足学生感知时延要求；

✓业务平台监测共享洗衣机不再出现掉线情况，以及共享洗衣机使用正常；

✓客户最近一次对洗衣机软件版本升级，升级成功率达100%。

另外，从NB无线网管监测主要KPI对比：

从NB主要KPI看，各项指标均大幅提升，如NBRRC建立成功率，NBRACH成功率，NBNPUSCH信道质量等，具体对比如下:

NBRRC建立成功率恢复。

NBRACH成功率也大幅提升。

SINR从9dB左右提升到13dB左右。

NB上下行业务量的情况正常。

四、推广总结

东莞企石第七中学NB共享洗衣机升级故障问题疑难，排障持续周期久，NB终端侧、ENB侧、MME侧、PGW侧以及平台侧多次开展端到端联合测试抓包深入分析，进行优化终端数据收发业务模型、平台下发数据业务模型和基站功能改进升级来适配承载高负荷的NB业务使用场景，以及对比问题处理的效果和具体的性能指标，最终解决NB共享洗衣机遇到的问题，最终得到客户的认可。

针对类似NB洗衣机业务模式场景下，出现“控制响应”及“软件升级”成功率低的后续解决方案值得全国推广：

第一、考虑到整个NB网络的情况，以及可能在某些区域出现的高负荷NB业务模型，爱立信基站侧可通过升级L18版本进行优化，该版本包含：

新增软件功能、原有功能的改进、NB增强以及无线计数器的完善，以更好地控制时延承载高负荷的NB业务使用场景；

第二、优化NB终端的业务模型，考虑改变心跳包的频繁度、加强终端数据发送的离散性、降低NB终端使用时的数据发送频度以及改变终端升级的机制；

第三、规范NB终端升级机制，建议针对设备升级客户采用对于某一区域设备试行逐一设备升级方式，升级机制为建立队列确保每次只升级一台，单独下发升级命令，经验证升级成功率提高到90%以上；

总之，从3GPP的NB网络设计的出发点来说，该NB洗衣机的业务特点不太符合NB网络，现阶段要求NB网络来适配具体的业务特点进行了优化，后续希望更多考虑NB终端具体行为规范需考虑入网后同时也需要具备适配网络的能力。