1、常在线数据业务对网络资源影响研究分析报告常在线数据业务对网络资源影响研究分析报告 图目录表格目录1 概述常在线数据业务特性研究中，深入研究了三种典型业务的业务模型和信令模型，本文将基于特性研究的成果，量化研究EVDO网络资源的容量，量化研究三种典型业务对网络资源的影响。研究方向包括： 承载信令的信道，前向同步控制信道、前向异步控制信道、反向接入信道； 干扰受限，反向ROT； MAC Index； 时隙。2 承载信令的信道研究随着移动互联网的迅猛发展及智能终端的普及，信令风暴问题成为迫切关注的问题，三种常在线数据业务中，只有小流量频繁连接业务信令交互频繁，信令风暴问题的研究将基于此类业务，主要以
2、在智能终端上应用QQ业务为对象。在研究承载信令的信道前，首先需知道在控制信道和接入信道究竟发送那些消息。1. 固定发送的开销消息： 每个控制信道周期，AN都在同步控制信道上发送Quick Config、Sync； 每两个控制信道周期，AN都在同步控制信道上发送Access Parameters、Sector Parameters，且这两条开销消息间隔发送； 中兴设备每四个控制信道周期，AN都在同步控制信道上发送Broadcast Reverse Rate Limit。2. 不固定发送的消息，分session协商、主叫、被叫三个阶段讨论： session协商阶段：一般发生在用户开机和跨子网切换时
3、，与后两种情况相比，信令发送量很少，可以忽略； 主叫阶段：在接入信道上发送Route Update Message和Connection Request Message，在前向异步信道上发送AC ACK、Traffic Channel Assignment两条消息； 被叫阶段：在同步控制信道上发送Page消息，在接入信道上发送Route Update Message和Connection Request Message，在前向异步信道上发送AC ACK、Traffic Channel Assignment两条消息。2.1 控制信道资源控制信道包含同步控制信道、子同步控制信道，异步控制信道。在中
4、国电信CDMA EVDO网络中，若未开通Q-chat业务，只有同步控制信道和异步控制信道。协议规定一个控制信道周期内只能发送一个同步控制信道包，可调用多个MAC层包，可发送多个子同步控制信道包和异步控制信道包。一个控制信道周期为256个时隙，约426毫秒，图2-1给出了控制信道包分类与传输的示意图。图 21控制信道包的分类与传输协议中对同步控制信道包和异步控制信道包的传输时间分别进行了规定，具体如下：A：同步控制信道包传输时间T满足：T%256=Offset，传输该同步控制信道包的第一个MAC层分组包；T%4=Offset，传输其该同步控制信道包的其他MAC层分组包；B：子同步控制信道包传输时
5、间T(单位是时隙)满足： T%4=Offset，并且T%256OffsetC：异步控制信道包传输时间T满足： 在没有传输同步控制信道包及子同步控制信道包的时刻传输异步控制信道包；2.1.1 同步控制信道同步控制信道传输格式有：256，4，1024（38.4kbps）， 512，4，1024（76.8kbps）， 1024，16，1024（38.4kbps），1024，8，512 （76.8kbps），在中国电信CDMA EVDO网络中同步信道传输格式为76.8kbps（1024，8，512），将根据这种传输格式深入研究同步控制信道利用率及同步控制信道容量。2.1.1.1 同步控制信道资源分析2
6、.1.1.1.1 同步控制信道时隙利用率根据高通芯片接口协议描述，一个控制信道周期，若同步控制信道速率为76.8kbps，可调用1-7个MAC包，传输7个MAC包最多需7*8=56个时隙，而一个控制信道周期为256个时隙，同步控制信道的时隙利用率为56/256=21.875%，但是高通公司给出最新解释：一个控制信道周期，最多可调用8个MAC包，时隙利用率可达25%。由于高通提供的芯片接口协议未更新，一些厂商在实现中，每控制信道周期最多仍只调用7个MAC包，本文研究将沿用芯片接口协议的规定。图表 21 高通6800芯片驱动协议描述图表 22 高通6850芯片驱动协议描述2.1.1.1.2 同步控
7、制信道极限容量一、 消息长度计算方法在未使能子同步控制信道时，每个控制信道周期最多发送7个MAC包，从MAC层推算同步控制信道最大容量。一个格式为1024，8，512 （76.8kbps）的同步控制信道包： 物理层包长度为1024比特，其中包含16个比特的帧校验，6个比特的尾比特； MAC层包长度为1002比特，其中包含8个比特的控制信道包头，2个比特的保留比特，pad为填充比特，都为“0”，在MAC层添加填充比特为保证控制信道物理层包长度为1024比特。图 22 同步控制信道包物理层格式图 23 同步控制信道MAC层格式通过前文的协议分析可知，在MAC层可以有效传输开销消息和寻呼消息的字节数
8、为1024-16-6-8-2=992比特。三家设备厂商实现时，采用两种控制信道周期发送开销消息，Access Parameters消息和Sector Parameters消息分别错开发送，而Sync、Quick Config消息则在每个控制信道周期内都发送，寻呼消息在剩余字节封装。计算出开销消息和寻呼消息的MAC层包长度，就可得出单载扇每控制信道周期最多能发送多少条寻呼消息，在中国电信CDMA EVDO网络中，Sync、Access Parameters两条消息长度固定，Quick Config和Sector Parameters两条消息长度可变，Sector Parameters消息长度变化
9、较大，与邻区及异频邻区个数、是否包含搜索窗信息等有关，由于EVDO RevA只支持单用户寻呼，寻呼消息长度固定。表格 21 同步控制信道消息体大小消息名称消息体大小（单位Byte）Quick Config26（最大）Sync8Access Parameter13Sector Parameter210（最大）Page1Broadcast Reverse Rate Limit3控制信道开销消息封装过程如下图，应用层、流层、会话层、连接层、安全层、MAC层逐层封装，添加该层包头，再加上16bit的帧校验位，6bit尾比特，封装成控制信道物理层包。 图 24 开销消息封装过程开销消息封装时，每层添加的
10、包头长度如下表：表格 22 开销消息每层包头封装开销长度(bit)备注SNP Header816取决于消息的协议类型值，如果协议类型值多于7位，则总长度为16位SLP-D Header19可靠传输为9位SLP-F Header514如果消息分成几个MAC包传输，则为14Stream Header2Session0Connection Header8Security0MAC Header1648如果是单播消息，则是48位；广播则是16位CC Header8Reserved2FCS16TAIL61. 寻呼消息长度（MAC层）每条寻呼消息只能寻呼一个AT，EVDO寻呼消息与CDMA1X不同，具体的形
11、式不是将用户ID携带在寻呼消息中，而是将被寻呼AT的ID放在CC MAC 的包头中，AT的ID为BATI，共16bit。寻呼消息从SNP到SLP、Stream、PCP再到MAC逐层添加包头，如图表2-3所示，而且MAC层分为MAC 包头和CC 包头，CC MAC包中2个保留比特，物理层22bit帧校验和2bit尾比特。图表 23寻呼消息逐层添加示意图2. Quick Config+Sync+ Access Parameters发送Quick Config+Sync+ Access Parameters控制信道周期，三条开销消息封装在一个MAC包中，用一个控制信道包头(8bit)和保留位(2bi
12、t)，Quick Config消息最大256bit，三条开销消息MAC层最大520bit，只传三条开销消息时，MAC层包长度为530bit，包含8bit的控制信道包头，2bit的保留字节。表格 23 APM、Sync、QC消息长度FieldAPMSyncQCMessage Payload13*88*826*8（最大）SNP Header161616SLP-D Header111SLP-F Header555Stream Header222Session000Connection Header888Security000MAC Header161616CC Header8Reserved2FCS
13、16TAIL6通过现网抓包验证理论推算结论，抓包发现在只发三条开销消息时， MAC层包大小为66byte，即528bit，包含8bit的控制信道包头。图 25 QC、Sync、APM消息长度三家设备厂商针对Quick Config消息处理机制不同：1) 华为设备：在Quick Config消息中写入每个MAC Index占用情况，MAC Index分配原则从大到小，用fwd_traffic_validn和 fwd_traffic_valid_127_to_64n标识，大小为1字节，Quick Config消息固定为256bit；2) 中兴设备：在Quick Config消息中只写入已占用MAC
14、 Index前所有MAC Index占用情况，MAC Index分配原则也是从大到小，例如已占用的MAC Index最小为104，Quick Config消息中只有MAC Index127至MAC Index104的占用情况，用相同字段标识MAC Index占用情况，Quick Config消息长度小于256bit；3) 上海贝尔设备：与中兴设备处理机制相同。 3. Quick Config+Sync+Sector Parameters发送Quick Config+Sync+Sector Parameters控制信道周期，Sector Parameters消息大小可变，若使用最大的Sector
15、 Parameters消息，三条开销消息MAC层长度为2119bit，若三条开销消息长度之和超过MAC层有效传输消息字节数（992bit），不同厂商处理机制不同，将在后文论述。若MAC包中只封装Quick Config和Sync消息，理论推算MAC层长度为378bit，包含8bit的控制信道包头，2bit的保留字节。表格 24 SPM、Sync、QC消息长度FieldSPMSyncQCMessage Payload210*8（最大）8*826*8（最大）SNP Header161616SLP-D Header111SLP-F Header14*255Stream Header222Sessio
16、n000Connection Header888Security000MAC Header161616CC Header8Reserved2FCS16TAIL6通过现网抓包验证理论推算结论，抓包发现在只传Quick Config和Sync消息时，MAC层包大小为47byte，即376bit，包含8bit的控制信道包头。图 26 QC、Sync消息长度三家设备厂商针对Sector Parameters消息处理机制不同：1) 华为设备：没有每个邻区的搜索窗大小（nghbr_srch_win_size）及搜索窗偏置（nghbr_srch_win_offset）。 优点：SPM消息较小，节省资源。 缺
17、点：搜索窗的信息只能在session协商阶段AN与AT协商，一个AN下所有基站的搜索窗大小需相同，在优化阶段，无法灵活调整；2) 中兴设备：没有每个邻区的搜索窗大小（nghbr_srch_win_size）及搜索窗偏置（nghbr_srch_win_offset）。 优缺点同华为设备；3) 上海贝尔设备：带有每个邻区的搜索窗大小（nghbr_srch_win_size）及搜索窗偏置（nghbr_srch_win_offset）。 优点：在优化阶段，可灵活优化每个扇区的搜索窗； 缺点：SPM消息较大，分析现网数据发现，在20条同频邻区及8条异频邻区情况下，一个MAC包中只有一条SPM消息，大小1
18、20byte，即960bit。图 27 SPM消息长度二、 单载扇极限寻呼容量三家设备厂商处理开销消息和寻呼消息机制略有不同，导致同步控制信道极限容量稍有差异，分设备厂商研究同步控制信道容量。1. 华为公司设备华为设备开销消息处理机制：采用两种控制信道周期，Access Parameters消息和Sector Parameters消息错开发送，Sync、Quick Config消息在每个控制信道周期内发送，其中开销消息优先级最高，最先发送开销消息。图 28 华为设备开销消息发送时序理论分析华为设备的寻呼容量：1) 发送Quick Config、Sync、Access Parameters周期：
19、第一个MAC包封装Quick Config、Sync、Access Parameters、Page，剩余六个MAC包都封装Page，则：最大寻呼消息次数=INT（992-三条开销消息长度）/Page消息长度）+ 6*INT (992/Page消息长度)= INT（992-520）/80）+ 6*INT (992/80)=77条。2) 发送Quick Config、Sync、Sector Parameters周期：理论极限分析：若Sector Parameters最大，为1751bit。Sector Parameters消息将拆到两个MAC包中发送，方法为：第一个MAC包只封装Quick Con
20、fig、Sync，SPM分片发送，分别封装在第二个MAC包和第三个MAC包，由于SPM优先级高于Page，Page不能放在SPM前，所以第一个MAC包只封装Quick Config、Sync，不封装Page，第三个MAC包剩余字节封装Page，第四至第七个MAC包都用来封装Page，则：最大寻呼消息次数=INT(992-(1751-992)/80)+ 4*INT(992/80)=50条。由于每个终端的寻呼消息在12个控制信道周期（即5.12秒）中，只在特定offset发送一次，如果未发送就会等待下一个周期发送，而AN的第二条寻呼消息会发送过来，于是丢弃前一条寻呼消息。上述同步包组合：“Acce
21、ss Parameters +Sync+Quick Config”和“Sector Parameters +Sync+Quick Config”间隔发送，取能够支持发送的寻呼消息数为Min(77，50)=50。现网极限分析：通常华为设备的Sector Parameters消息没有携带全部字段，在北京抓包发现，一条含有27条邻区的Sector Parameters消息，大小只有90byte（720bit），小于992bit。通常情况，一个MAC包足以容纳一条Sector Parameters消息。若SPM小于624bit，第一个MAC包中封装Quick Config、Sync、Sector Pa
22、rameters及Page消息，若SPM大于624bit，小于992bit，由于开销消息优先级最高，第一个MAC包只封装Quick Config、Sync两条消息，第二个MAC包封装Sector Parameters消息和Page消息，考虑现网极限情况，Sector Parameters独占一个MAC包，则：最大寻呼消息次数= 5*INT (992/Page消息长度)= 5*INT (992/80)=60条。取能够支持发送的寻呼消息数为Min(77，60)=60。理论极限情况每秒支持最多的Page消息数量为：每秒最多发送Page消息数量=50*（1000/(256*1.667)） = 117条
23、/秒。现网极限情况每秒支持最多的Page消息数量为：每秒最多发送Page消息数量=60*（1000/(256*1.667)） = 140条/秒。 以1秒为颗粒度已经很精细，可以认为每载扇最多同时发140条寻呼消息。2. 中兴公司设备中兴设备开销消息处理机制：同样采用两种控制信道周期，但是中兴设备在同步控制信道多发一条消息，即Broadcast Reverse Rate Limit消息，用作反向速率控制，这条消息长度约10byte，即80bit，间隔两个控制信道周期发送，可能在发送Quick Config、Sync、APM周期发送，也可能在发送Quick Config、Sync、SPM周期发送。
24、图 29 中兴设备开销消息发送时序理论分析中兴设备的寻呼容量：1) 发送Quick Config、Sync、APM、Broadcast Reverse Rate Limit周期：Quick Config优先级最高，在第一个MAC包中最先封装Quick Config消息，在第一个MAC包的剩余字节和其他MAC包封装Page消息，然后封装Sync消息，然后封装APM消息，最后封装Broadcast Reverse Rate Limit消息，则：最大寻呼消息次数=INT(992-256)/80)+5*INT(992/80)+INT (992-152-112-80)/80)=77。2) 发送Quick
25、 Config、Sync、SPM、Broadcast Reverse Rate Limit周期：Quick Config优先级最高，在第一个MAC包中最先封装Quick Config消息，在第一个MAC包的剩余字节和其他MAC包封装Page消息，然后封装Sync消息，然后封装Broadcast Reverse Rate Limit消息，最后封装SPM消息，SPM消息不分片封装，只占一个MAC包。最大寻呼消息次数=INT(992-256)/80)+4*INT(992/80)+INT (992-112-80)/80)=67次。取能够支持发送的寻呼消息数为Min(77，67)=67。理论上每秒支持最
26、多的Page消息数量为：每秒最多发送Page消息数量=67*（1000/(256*1.667)）=157条/秒。每载扇最多同时发157条寻呼消息。3. 上海贝尔设备上海贝尔设备开销消息处理机制：与中兴设备基本相同，只是不发Broadcast Reverse Rate Limit消息。图 210 上海贝尔开销消息发送时序理论分析上海贝尔设备的寻呼容量：1） 发送Quick Config、Sync、APM周期：Quick Config优先级最高，在第一个MAC包中最先封装Quick Config消息，在第一个MAC包的剩余字节和其他MAC包封装Page消息，然后封装Sync消息，最后封装APM消息
27、，则：最大寻呼消息次数=INT(992-256)/80)+ 5*INT(992/80)+ INT (992-152-112)/80)=78；2） 发送Quick Config、Sync、SPM周期：Quick Config优先级最高，在第一个MAC包中最先封装Quick Config消息，在第一个MAC包的剩余字节和其他MAC包封装Page消息，然后封装Sync消息，最后封装SPM消息，根据现网数据分析未发现SPM消息分片封装情况，只占一个MAC包。最大寻呼消息次数=INT(992-256)/80+4* INT(992/80)+ INT (992-112)/80)=68。取能够支持发送的寻呼消
28、息数为Min(78，68)=68。理论上每秒支持最多的Page消息数量为：每秒支持最多的Page消息数量=68*（1000/(256*1.667)） = 159条/秒每载扇最多同时发159条寻呼消息。4. 三种开销消息处理机制对比华为开销消息处理机制：开销消息优先级最高，同步控制信道容量稍受影响，每秒钟支持的寻呼消息数量比其他厂商少17条左右，降低10%左右，但是终端在连接状态时，解调前1-2个MAC包即可，终端耗电量较少；中兴开销消息处理机制：同步控制信道利用率最高，除了Quick Config消息外，寻呼消息优先级最高，终端在连接状态时，需解调包含开销消息和寻呼消息的所有MAC包，终端耗电
29、量比华为机制多；上海贝尔开销消息处理机制：与中兴基本相同，优缺点一致。2.1.1.2 常在线数据业务对同步控制信道的影响根据前文信令模型的研究，在智能终端上应用QQ业务信令交互最为频繁，研究QQ业务对控制信道容量的影响，需同时考虑到寻呼机制。2.1.1.2.1 现网寻呼容量分析考虑业务突发情况，分析控制信道利用率峰均比，研究每小时支持平均寻呼次数，峰均比为最大同步时隙占用率除以平均时隙占用率。分析东南沿海某省一个中等城市的话务统计数据，发现DO控制信道平均时隙占用率“峰均比”大部分都分布在（1,3）之间，平均峰均比为：2.2。图 211 某中等城市DO控制信道占用率“峰均比” 分析该省一个发达
30、城市的话务统计数据，发现一个BSC平均每秒寻呼8.36次，过滤掉TOP2%的每秒寻呼次数，98%的时间段最大每秒寻呼19次，峰均比2.27，与全网话务统计结果接近，约为2.2，为保证业务质量，取峰均比为2.5。图 212 某发达城市每秒寻呼请求尝试次数峰均比为2.5，每小时平均寻呼消息数=每秒支持的最大Page消息数*3600 / 2.5，可得出： 华为设备每小时平均寻呼消息数=20.2万条 中兴设备每小时平均寻呼消息数=22.6万条 上海贝尔设备每小时平均寻呼消息数=22.9万条2.1.1.2.2 常在线数据业务对同步控制信道的影响三种常在线数据业务中，只有小流量频繁连接业务对同步控制信道有一定冲击。以智能终端上应用QQ业务为例，每用户1小时连接85次，被叫比例55%，被叫次数为85*55%=46.75次每小时，0.013次每秒。1) 基于AN寻呼寻呼机制为AN寻呼时，所有寻呼在一个AN下所有基站发送，且AN下有单载频基站（由于上海贝尔设备寻呼在一个基站下所有载频寻呼，无此限制），采用三次寻呼，假设第一次寻呼成功率90%，第二次寻呼成功率75%。假设一个AN一天在线用户数M万，智能终端比例为，QQ业务忙时渗透率为，峰均比为，QQ用户忙时激活比例为（智能终端），则：忙时持续激活QQ用户数（智能终端）=M*（/24）
