VoIP业务Qos性能优化研究（精选3篇）

VoIP业务Qos性能优化研究 第1篇

VoIP 业务QoS 性能及其优化研究

张路宜

200522160013

VoIP(voice over IP)就是通过IP 网络承载语音业务,也称IP 网络电话。当网络出现拥塞或传输差错时,语音包就会产生时延、抖动甚至丢失,导致语音不连续或中断,严重影响语音质量。VoIP 业务有着严格的实时性要求,时延、抖动和丢包这3 个影响VoIP 服务质量的主要因素与承载网的性能密切相关。

目前,优化QoS(服务质量)的业务模型主要有intserv(集成服务)、diffserv(区分服务)和MPLS(多协议标签交换)3 种。intserv 可扩展性差,在现有的网络上实现起来非常困难;diffserv 提供了基于类的QoS ,具有良好的可扩展性,但缺乏有效的end2to2end(端到端)机制;MPLS TE(流量工程)通过有效地管理带宽资源,间接改善网络服务质量,但其带宽管理

以及MPLS TE 隧道都无法做到基于业务类别。如果EF(加速转发)、AF(保证转发)、BE(尽力而为)这几类业务都承载在一个MPLS TE 隧道中,那么EF和AF 业务将受到严重的影响。因此, 单独采用diffserv或MPLS TE 服务模型来优化VoIP 业务的QoS ,效果都不尽如人意。

MPLS diffserv2aware TE 是具有diffserv 感知能力的MPLS 流量工程,综合了diffserv 和MPLS TE 两者的优点形成的一种新的集成业务模型,实现了基于业务类别的带宽管理和隧道服务,可以有效保证VoIP 业务在承载网上的服务质量。VoIP 传输基本原理

传统的电话网采用电路交换方式传输语音,可以确保语音传输质量。VoIP 技术将发送的模拟语音信号数字化之后进行编码、压缩,然后转换为IP数据包在网络上传输;在接收端再进行拆包、解压、解码等逆向处理,最后转化为模拟语音输出。包含基本配置的IP 电话网结构如图1 所示,我们以电话用户025 呼叫022 为例,简单介绍VoIP 的通信接和传输过程。025 话机拨号向022 话机发起呼叫,呼叫信令进入语音网关编码、压缩成特定的帧,经过IP 网络送入关守(GK:gate keeper)后对025 话机进行鉴权。如鉴权成功,则对被叫号码022 进行地址解析,通过落地网关与PSTN(公用交换电话网)建立逻辑通道,分别给主叫送回铃音、给被叫送振铃音。至此,经由接入语音网关与落地网关的一个呼叫流程就建立起来了。发送的模拟语音信号由接入语音网关进行编码、压缩、组帧,语音分组通过IP 网络传输到达落地网关,再经过拆包、解压缩、解码等一系列逆向处理,转变为模拟语音信号,通过PSTN 到达被叫话机。VoIP 业务QoS 性能分析 2.1 时延

时延是一个分组从发送端发出后到达接收端的时间间隔,是端到端的时延。ITU2T G.114 规定,对于高质量语音可接受的单向时延是150ms。网络时延可分为固定网络时延和变化网络时延2 部分。固定网络时延是指在发送端和接收端间的信号传输时延、语音编码时延以及VoIP 编解码的语音打包时间。网络的传输时延值约为6.3μs/ km , G.729编解码标准编码时延为25ms(包括2 个10ms帧加5ms算法时延),打包时延为20ms。变化网络时延主要源自网络拥塞,而拥塞是不定时发生的,所以由此产生的时延也是变化的。这种可变时延会因在外出接口队列中长时间的等待或较大的串行化延迟而迅速增长。语音分组在外出队列中排在一个大数据分组后导致长时延情况如图2所示。为了控制语音数据包到达目的地的时延,必须有足够的带宽来保证。

图2 语音分组排在大数据分组后产生的时延

2.2 抖动

抖动是指由于各种时延的变化导致网络中数据分组到达速率的变化。它主要由以下几个因素引起:排队时延、可变的分组大小、中间链路和路由器上的相对负载。补偿抖动的常用方法是在接收端设备上进行缓冲处理。虽然这与减小时延的目标相悖, 但对消除抖动带来的影响是必要的。如图3 所示,在时延一定时,当抖动增大时抖动缓冲区也得相应增大,而增大缓冲区就意味着需要占用接收端设备更大的存储器空间并带来更大的时延。

抖动幅度与抖动缓冲区大小关系示意图消除抖动的缓冲区大小可按下列方法估算。假设在一次连接中,所有分组中传输时间最短的那个时延值等于固定传输时间, 即Tmin = min{ Tn}式中Tn 是每个分组的时延。

每个分组的时延抖动为Xn = | Tn – Tmin 一段时间内的平均时延抖动(期望值)为M = E(Xn)

平均时延可用来确定消除抖动的缓冲区的大小。在相对稳定的情况下,设某种语音编码方式的帧长为F ,一段时间内的平均时延抖动为M ,帧速为f ,则缓冲区大小为Mf F。

2.3 丢包

语音分组在传输过程中有可能被丢失,其原因主要是分组超时或网络拥塞。IP 数据报在网络中寻径具有随机性,为避免数据报进入死循环,系统在一个新数据报产生时,会在其头部TTL(time to live)标志位设定其在网络中的最大生存时间。如果超过这个时间限制,系统自动将其丢弃。造成拥塞的主要原因是网络中的设备没有足够的缓冲区接收数据,如果通向某一路由的队列排队太长,将会产生溢出,导致分组丢失。当单个分组丢失时,采用插值技术可以近似恢复,对语音的理解影响不大。但是,如果有多个连续分组丢失,那么只能靠插入静默帧来处理。通常,语音编解码可以允许3 %～5 %的丢包率。3 VoIP 业务QoS 性能优化

3.1 MPLS diffserv2aware TE模型

diffserv 将流量分成几个等级并按每个等级分配网络资源。为了避免采用信令协议, 它以6 位diffserv码点(DSCP)直接在数据包上标记等级。DSCP 字段是IP 报头中服务类型(ToS)字段的一部分。IETF 对很少使用的ToS 字段进行了重新定义,将其分隔成6 位DSCP 字段和2 位显式拥塞通知(ECN)字段。diffserv 为流量提供不同的转发处理,从而为不同的流量执行特定的QoS。它是一种可扩展的解决方案,不需要在网络核心基于流信令和状态进行维护。但是,如果流量的传输路径不能提供足够的资源来满足QoS 要求,diffserv 将无法保证QoS。

MPLS TE 利用可用资源沿链路建立标签交换路径(LSP),从而确保始终为特定流提供有保证的带宽,以避免在稳定或故障情况下出现拥塞。如果沿最短路径的可用资源不足, 可以不按照最短路径来设计LSP , 从而实现传输资源优化。

MPLS 通过链路保护和快速重路由等机制实现故障发生时的快速恢复。但MPLS TE 忽略了在一个汇聚级别(包含所有服务类别)的可用带宽上,进行CoS(class of service ,服务等级)的分类和操作。MPLS diffserv2aware TE 通过将diffserv 与TE 两者的功能结合在一起,使MPLS TE 能够感知CoS ,允许根据CoS 细粒度来预留资源,并在每个CoS 级别提供MPLS 容错机制。因此,MPLS diffserv TE 可以用来为VoIP 业务提供QoS 保证,从而满足严格的SLA(servicelevel agreement ,服务等级协定)。

3.2 VoIP 业务QoS 优化方法

在MPLS diffserv2aware TE 中,可以采用BE 和EF这2 种diffserv PHB(per hop behavior ,单跳行为),BE用于数据传输,EF 用于语音传输。EF 在diffserv 域比BE 具有更高的优先级。我们的目标是对语音业务提供服务质量保证。每条链路上配置2 个调度队列,一个用于BE ,另一个用于EF。IETF 要求支持最多8 个CT(class type ,级别类型),从CT0 到CT7。我们将CT0 映射到BE 队列,CT1 映射到EF 队列(用于传输VoIP 业务)。一个diffserv TE LSP 只能传送一个CT 的流量,但是传送同一个CT 流量的LSP 可使用相同或不同的抢占机制。本文从描述的简单性出发,只考虑支持2 种CT , 分别用于语音和数据业务。其中CT1 比CT0 具有更高的资源占用优先级。

我们采用RDM(Russian doll model)带宽分配模式,将CT1(话音流量)的带宽限制在链路的某个比例,以确保话音流量具有较小的队列延迟。通过IGP(内部网关协议)广播每条链路上基于CT 的每个优先级的可用带宽, 采用改进的最短路径优先(CSPF)算法,在原来TE 的限制条件下再加入CT 特定的带宽要求作为限制条件来计算路径。LSP 的CT信息在RSVP 路径消息的全新级别类型对象(CT对象)中进行传输,并规定请求预留带宽的CT。以下2 个规则可确保在网络中渐进部署diffserv TE:CT对象只用于从CT1 LSP(如果CT1 对象丢失,则假定为CT0);节点接收到包含CT 对象的路径信息时,如果它无法识别该消息,将拒绝建立路径。

承载在路径消息中的CT 信息,指定了沿路径的每个节点上都执行许可控制的CT。如果沿路径的节点的资源足够,则接收新LSP ,节点计算每个CT 新的可用带宽和优先级别,这些信息随后被送回IGP。另外,我们采用基于Exp 位的diffserv 处理方法(简称E2LSP),在整个diffserv 域中配置一致的Exp2PHB 映射。简而言之,MPLSdiffserv2aware TE 就是对IGP 进行扩展,收集EF 和BE 类的资源使用情况,分别建立TED(流量工程数据库),通过信令协议携带类别建立LSP。这种集成服务模型的优点在于LSP 的建立是基于每个CT 的带宽要求,既可以实现基于类的QoS ,又可以进行带宽控制,提供了低丢失、低延迟、低抖动以及确定的带宽服务,可以很好地满足VoIP 的QoS 要求。

参考文献

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[6] BLAKE S , BLACK D , CARLSON M, et al.An architecture fordifferentiated services[ EB/ OL ].RFC2475 ,1998212.

VoIP业务Qos性能优化研究 第2篇

VoIP是一种数字电话,是技术创新的一种通信服务业务。VoIP相对于传统的电话业务最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境,提供比传统业务更多、更好的服务,并同时极大地降低服务成本。但是传统的IP网络主要是用来传输数据业务,采用的是尽力而为的、无连接的技术,因此没有服务质量保证,存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况。数据业务对此要求不高,但话音属于实时业务,对时序、时延等有严格的要求。因而,如何能在实时语音的传输中保障良好的QoS是VoIP技术发展的关键[1]。

1 VoIP基本原理

IP语音技术,是建立在IP技术上的分组化、数字化的传输技术,它以分组的形式传输语音数据。其基本原理是:模拟语音信号首先经过模/数转换变成数字信号,通过IP语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理,然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包,经过IP网络把数据包传输到接收方,在接收方把这些语音数据包串起来,经过解码解压处理后,恢复成原来的语音信号,从而达到由IP网络传送语音的目的。其基本传送过程如图1所示[2]。

2 VoIP面临的问题

2.1 语音质量评价方法

语音质量的测量方式是凭主观感知的,采用MOS(平均主观评分)方法评价语音质量,评测方法在ITU-TP.800中定义,如表1所示。

2.2 带宽

带宽是指在网上传输任何业务信息时每秒所能传输的字节数。一般认为,带宽越大越有利于数据业务的传输,但任何传输介质的带宽都是有限的[3]。

2.3 时延

时延是接收到的数据包与发送数据包的时间差。时延又分为算法时延、处理时延、网络传输时延和抖动缓冲时延。

2.4 丢包

丢包率定义为在网络传输数据包时丢弃数据包的最高比率。丢包率应小于5%,当丢包率超过10%时将极大影响服务质量。丢包的原因:线路误码或网络路由故障;传输时延过长或网络拥塞导致分组被丢弃。

2.5 抖动

抖动也叫时延变化,是指由于各种延时的变化导致网络中的数据分组到达速率的变化。如果网络抖动比较严重,那么有的话音包会因迟到而被丢弃,会产生话音的断续及部分失真,严重影响音质。延迟的变化应该在 10%以内为好。

抖动原因:排队时延;可变的分组大小;中间链路和路由器上的相对负载。

2.6 包乱序

当网络较差的时候,语音包在传输过程中很容易出现乱序现象,从而影响接收端播放。但是根据每个语音包的时间戳(Time Stamp),可以方便地判断出语音包的发送顺序,通常采用的解决方法同样是在接收端使用抖动缓存,对失序包进行调整,从而重现发端的顺序。

2.7 回声

电学回声:在传统的电话系统中,存在2-4线的转换。在电话语音的传输过程中,完成2-4转换的混合器因阻抗不匹配,造成混合器的语音“泄露”。网络延时超过25 ms电学回声对说话的人就有影响了。

声学回声:扬声器播放出来的声音被麦克风拾取后发回远端,这就使得远端通话者听到回声。声学回声又分为直接回声和间接回声。

3 VoIP的关键技术

3.1 信令技术

3.1.1 SIP协议体系结构

SIP(Session Initiation Protocol,会话初始协议)是文本格式的客户-服务器协议:客户机发起请求,服务器进行响应。SIP不是一个垂直集成的通信系统,不能独立提供业务,必须与其他协议共同使用来建立一个完整的多媒体体系结构。SIP协议栈如图2所示[4]。

3.1.2 SIP系统组成

按逻辑功能区分,SIP系统由4种元素组成:用户代理、代理服务器、重定向服务器以及注册服务器。以上几种服务器可共存于一个设备,也可以分布在不同的物理实体中。

3.2 语音压缩编码技术

语音编码主要有比特率、质量、延迟和复杂度四种属性。好的编码方案,不是追求尽可能低的编码比特率,而是根据实际应用的要求对各种属性进行折衷,因为它们之间往往是有矛盾的[5]。

(1) 脉冲编码调制(PCM)

脉冲编码调制是最早的数字语音技术,不包含任何压缩算法,属于波形编码器,又称为G.711。采用8 kHz采样,量化位数为8 b,比特率为64 Kb/s,帧长度为125 μs。

(2)自适应脉冲编码调制(ADPCM)

自适应脉冲编码调制属于波形编码器,又称G.726,把64 Kb/s非线性PCM信号转换为40 Kb/s, 32 Kb/s, 24 Kb/s, 16 Kb/s的自适应脉冲编码调制ADPCM(Adaptive Differential Pulse Code Modulation)编码器。ADPCM并不像PCM编码那样直接量化语音信号,而是量化语音信号和预测信号间的差分信号。

(3) 低延时代码激励线性预测器(LD-CELP)

低延时代码激励线性预测器,又称G.728。它监听16 b的线性PCM数据流,并从每5个PCM采样产生一个10 b的代码簿指针。LD-CELP每625 μs产生10 b数据(5个PCM采样),它以16 Kb/s的速率发送。

(4) 共扼结构代数码激线性预测(CS-ACELP)

共扼结构代数码激线性预测技术,也称为G.729,是ITU-T 8 Kb/s语音编码的标准。其带宽效率为PCM的8倍,合成的话音质量很好。G.729原来是8 Kb/s的语音编码标准,现在工作范围扩展至6.4~11.8 Kb/s。G.729a是CS-ACELP算法的一个简化版本,复杂度较G.729有较大幅度的降低。

(5)多脉冲最大似然量化技术(MP-MLQ)

多脉冲最大似然量化技术,也称G.723与G.723.1,是一种用于多媒体通信、编码速率为5.3 Kb/s和6.3 Kb/s的双码率编码方案。G.723标准是制定的多媒体通信标准中的一个组成部分,可以应用于IP电话等系统中。

其中,6.3 Kb/s码率编码器采用多脉冲最大似然量化技术(MP-MLQ),5.3 Kb/s码率编码器采用代数码激励线性预测技术(ACELP)。

(6) 语音压缩编码技术比较

语音编码技术比较如表2所示。

4 VoIP的QoS保障技术

4.1 静音检测技术

静音检测又称语音活动性检测(Voice Activity Detection,VAD),它是数字信号处理器应用的一种静音压缩技术。大多数会话中一方说话和听对方说话的时间约各占一半,而且说话时还有停顿间隙,因此话音活动度只占40%左右,而约60%的时间是安静的。由于分组交换中的传输通道是统计复用的,因此,在静音时间段里可以不发送话音分组,从而进一步降低话音比特率[6]。

静音检测通过监视语音信号的功率和功率的变化,到达语音信号的频率和该频率的变化来判断语音信号能量,当低于一定门限值就认为是静默状态。在检测到讲话已经停止后,在离开分组处理之前,静音检测大约等待200 ms,这有助于防止静音检测切去讲话的尾部部分,或者讲话模式中的小停顿。类似地,语音编码器引入5 ms的时延,在检测到讲话的情况下“保持”语音信息,这意味着在静音检测确定语音信号再次出现时,前面的5 ms语音随当前语音信号一起发送。这个时延减少了前端剪切(切除了讲话的开始部分),但不能消除它。

另外,实际的应用中如果在无声期不发任何分组,收听者可能会感到不自然,因而在静音压缩算法中加入适度噪音的生成,可以给通话双方提供一种自然的通话效果。

4.2 抖动缓冲技术

为减小网络抖动对话音质量带来的影响,在对语音的处理中采用了抖动缓冲技术,即在接收方设定一个缓冲池,语音分组到达时首先进入缓冲池暂存,系统以稳定平滑的速率将分组从缓冲池取出、解压、播放给受话者。

目前的缓冲算法研究基本上可以分为两大类[7]:

(1) 固定缓冲算法

固定缓冲算法在一个语音会话持续期间为每个语音包都设定了固定的缓冲时间,并不会随着网络的变化而进行缓冲时间调整,如果在规定时间点上其对应语音包因时延抖动没有到达,则会被丢弃。

(2) 自适应抖动缓冲算法

根据接收缓冲区中的数据包或RTCP提供的参考数据来衡量网络状况,在每一个话音突起的开始调整延时播放时间。当网络状况好、抖动较小时,减小缓冲时间,以减少总体延时。反之则增加缓冲时间,以延时增加的代价来取得更好的抑制抖动的能力。该算法的优点是:具有较好的网络自适应性,会获得较好的延时和丢包平衡。

4.3 丢包补偿技术

(1) 前向纠错

前向纠错就是在原来的已经数字化的话音块上增加一些冗余信息,所付出的代价是增大了网络上传送的数据率。利用这些冗余信息,就可在还原时将丢失的话音块近似地或精确地重新构造出来。这里的“块”表示应用层的传输单位,而“分组”是网络层的传输单位。

(2) 交织

当语音信号发生大段的突发丢失,各种差错掩盖方法的效果就会大大降低,许多方法甚至无法工作,而突发的连续丢包是在Internet上遇到的典型现象,为了最大限度地发挥丢包恢复技术的作用,可以采用交织技术打乱数据的发送顺序,把大段的突发连续语音丢失转化为随机的小段丢失,交织可在对语音数据进行分组之前实施,也可在分组之后进行。这种方式与具体的语音编码方式无关,也与分组的编码方式无关,主要是对编码后的数据重新组织,但采用交织方法会给系统带来很大的时延,这是它的主要缺点。

4.4 回声消除技术

(1) 周围环境的处理[8]

声学回声最简单的控制方法是改善扬声器周围环境,尽量减少扬声器播放声音的反射。改善环境可有效地抑制间接声学回声,但对直接声学回声却无能为力。

(2) 回声抑制器

回声抑制是使用较早的一种回声控制方法。通过简单的比较判决器,将己解码的准备由扬声器播放的声音与当前话筒拾取的声音电平进行比较,如果前者高于某个阈值,就允许传至扬声器,同时关闭话筒;如果话筒拾取的声音电平高于某个阈值,则扬声器被禁止,以达到消除回声的目的。

(3) 回声消除器

回声消除器基本结构示意图如图3所示。

图3描述了声学回声消除器的基本结构,其中:u(k)代表远端语音信号;x(k)代表近端信号;u(k)经过扬声器、回声通道(传递函数为h(n))后被麦克风所拾取到的回声信号r(k);u(k)经过自适应滤波器后得到的估计信号y(k);e(k)是经过回声消除后的残差信号,理论上讲e(k)应该为零,代表无回声情况,但是实际上这种情况是不可能的,因此,需要根据残差信号e(k)和远端信号u(k)的相关差异来更新自适应FIR滤波器的系数,使得残差信号越来越小,进而逼近零。回声消除器正是通过不断修改自适应滤波器的系数,使自适应滤波器的网络传输函数h(n)和回声通道的h(n)越来越相近,使得残差信号e(k)越来越小。

4.5 网络传输技术

IP电话中的网络传输技术主要是TCP和UDP[9]。

TCP是在IP协议软件提供的服务的基础上,支持面向连接的、可靠的、面向流的投递服务。由于TCP提供了可靠的传输服务,因此TCP就不可避免地增加了许多的开销,如应答、流量控制、定时器及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多,而且还要占用许多的处理机资源。

UDP直接利用IP协议进行UDP数据报的传输,因此UDP提供的是无连接、不可靠的数据报投递服务。在少量数据的传输时,使用UDP协议传输信息流,可以减少TCP连接的过程,提高工作效率。在多媒体应用中,常用TCP支持数据传输,UDP支持音频/视频传输。同时也应当了解当使用UDP协议传输信息流时,用户应用程序必须负责解决数据报排序,差错确认等问题。

4.6 实时传输技术

实时传输技术主要包含两个相关的协议:RTP协议和RTCP协议[9]。

实时传输协议(Real-time Transport Protocol,RTP) 用于传送实时数据,如语音和图像数据。本身不提供任何保证实时传送数据和服务质量的能力,而是通过提供符合类型指示、序列号、时间戳、数据源标识等信息,使接收端能根据这些信息来重新恢复正确的数据流。

实时传输控制协议(Real-time Transport Control Protocol,RTCP)是RTP协议中的控制功能协议,它单独运行在底层传输层协议(如UDP)上。RTCP通过采用与RTP相同的分发机制,向会话中的所有成员周期性地发送控制信息,应用程序通过接收这些数据,从中获取会话参与者的相关资料,以及网络状况、分组丢失概率等反馈信息,从而能够对服务质量进行控制或者对网络状况进行诊断,并能够对网络拥塞进行有效的控制。

4.7 资源预留协议(RSVP)

当终端需要在一条路径上预留带宽时,向目的端发出一条消息。该消息作用于路径上的所有节点,并含有数据流信息,包括平均速率、突发数据包长度等。当路径上的节点收到消息后,分析数据流信息,决定应保留多少带宽。如果此时可用带宽不足则拒绝申请,否则设置队列管理方法,同时将消息向下一个节点传送。因此RSVP可以为应用提供有保障的带宽,有效减少了传输延迟和抖动,保证信息传输的实时性和可靠性[9]。

4.8 区分服务技术

区分服务作为相对于综合服务更具优势的另一种QoS解决方案,由IETF提出,提出的目的是区分业务的级别,并根据业务类型提供不同的服务质量保证。相对于RSVP来说,它并不为每一个带宽请求保留一条端到端的资源预留通道,而是根据业务等级的不同来分配相应的带宽资源,实际上就是牺牲低优先级业务的资源来保证高优先级业务的QoS。

为确保高质量VoIP通信,在带宽不足的IP网络中可采用音频优先技术,即传输过程中IP网络路由器设置音频数据包为最高优先级。只要路由器发现有音频数据包就将延时对其他数据包的发送,转而传输音频数据包以减少其延时,这样,网络延时及网络抖动对音频质量的影响均将显著降低。

5 结 语

目前,由于Internet是一种开放式的网络结构体系,很难用一种协议结构将所有的域统一起来。所以,要在现有网络条件下实现端到端的有保障QoS,就必须寻求一种将不同网域的不同协议联系起来的方式,即联系异域网络的中间件的实现。每个网域都应该执行一种相应的服务等级约定以保证实时语音数据能以期望的质量传输。同时由于现存的几种保障QoS的方式各有优缺点,导致很难在一个大范围网域内只应用一种保障QoS的标准。所以, 应用综合的QoS解决方案的产生将有效地解决这一问题[10]。

摘要：IP电话是一种数字电话,是技术创新的一种通信服务业务,它把语音、压缩编码、打包分组、分配路由、存储交换、解包解压等各种交换处理组合在IP网或互联网上实现语音通信。因特网语音通信是VoIP技术的一个最典型的,也是最有前景的应用领域。介绍了VoIP的通信原理、关键技术和系统通信中的SIP协议,分析了影响VoIP的QoS的主要原因,阐述了时延、抖动、丢包和回声等影响QoS的机理和解决方案。

关键词：VoIP,SIP,QoS,延时,抖动,丢包

参考文献

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VoIP业务Qos性能优化研究 第3篇

【关键词】无线网，优化，（E）GPRS数据，KPI参数，网络性能

【中图分类号】TN929.5 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0123-01

近年来，（E）GPRS数据业务为附着在GSM网络上的新增业务，相比于基础话音业务来说（E）GPRS数据业务有很多新技术特点，例如：每一次用户会话都含有多次的分组呼叫、激活与休眠状态的变换、分组呼叫所用资源随时随数据传输而变化、数据用突发的方式进行传输工作等等。以诺西版本为例，其数据业务KPI参数系统的部署，对支持分析（E）GPRS数据有很大作用，为了解（E）GPRS性能提供了非常有用的工具，此外也对（E）GPRs性能融入到日常网络的维护与优化等工作中提供了有利的条件。

一、数据流量

以GSM无线网的视角来看，将（E）GPRs宽带定义为：在每秒的时间内最大通过的无线网比特数值。基于相同的上行与下行可用信道的数值，只需分析下行无线宽带，而以不同编码方式下行宽带有4个不同的公式。以AVAILABLE-PDTCH switchable PDTCH+reserved PDTCH，在话音业务处于繁忙阶段，部分switchable PDTCHI就会自动进行TCH的转化，将导致无线数据宽带的下降。（E）GPRS数～，据流量，即：在统计的时段内，进行无线网的通过时所占的总比特值。现阶段的统计项无法对重传数据进行区分，即：重传块包含在统计流量中。用公式表示为：Througput=（AIR-DL-DATA-BLKS[QOS3-CSl]×22+AIR-DL-DATA-BLKS[QOS3-CSZ]×32+AIR-DL-DATA-BLKS[C！OS3-Cg3]×38+AIR-DL-DATA-BLKS[QOS3-CS4Ix52）x800/1024kbit/s。对PDCH占用率、TBF建立成功率、掉线率、TBF拥塞率、误帧率和RLC重传率等关键KPI重点优化。

二、上行与下行的数据比例

（E）GPRS的上行与下行的数据比可以用（上行的数据流且/下行的数据流量）×0.01，这种比例在典型数据网络中应该处于25%以下，因此可以用这个比例对网络是否处休眠状态进行判断，用公式表示为：（AIR-UL-DATA-BLKS/AIR-DL-DATA-BLKS）×100%，当GPRS-ACCESS-PER-RACH比某一个门限大、且统计项的取值大于200%的情况下，则网络处于GPRS休眠状态，这就要对其（E）GPRS功能、BCSU/PCU进行重新激活。通常以上/下行TBF建立成功率>90%经验值来判断TBF建立是否正常，调整资源尽量将TBF：拥塞控制在2%以下。

三、空中接口和Gb接口

在GSM的基础上，（E）GPRS又增加了GGSN和SGSN两个核心网节点，而且，在对于IP分组的数据，进行在子网汇聚协议层议（SNDCP）到逻辑链路控制帧（LLc）的转化，每帧可以流出一个或者多个空隙给（E）GPRS数据业务，并且，不同（E）GPRS数据业务都可以对每一个时隙进行共享，同时也能与话音业务进行时隙的共享，这种共享方式随信道分配策略的不同进行不同的选择。Gb接口带宽受限同样会影响（E）GPRS的性能，Gb接口需要的带宽与规划数据流量相关，一般公式：【Gb接口规划的带宽=数据流量/70%*（1+25%）】。同时将PCU的峰值负荷控制在80%以下，均衡PCU负荷，优化Abis/Gb接口资源。

四、网络测评优化

（E）GPRS网络测评优化可以遵循网络评估、网络分析、效果检验三个步骤。通过对网络性能的整体评估、网络分析，发现网络存在的问题，在此基础上有针对性的制定KPI优化方案。网络分析可以通过STS统计/OSS测量数据提取、DT&CQT;测试数据采集、BSC&Cell;；相关功能特性参数核查等方面分别进行特性参数环境、容量、干扰和移动性能评估，深入分析PCU负荷、PDCH信道、TCH信道、IP中继、空闲信道、网络干扰、无线场强、硬件故障等因素，制定网络的整改和优化措施，采取多回合的CQT&DT;优化效果检验。

五、数据业务优化建议

（E）GPRS最为关键的技术就在与其在无线调制编码方式上实现了多种方式的自适应算法，它主要源于调制编码方式信道编码抗无码能力和无线信号载干比之间关系。C/I很大程度上直接影响了RLC数据速率，为了获得优秀速率，必须确保良好无线信号载干比。在实际测试中，C/I大于25dB是保证高级别调制编码方式重要前提。由于目前对（E）GPRS业务模型和标准没有统一，根据不同的运营需求，对（E）GPRS业务优化提出以下建议，如下图：

六、故障分析优化

在日常（E）GPRs数据业务优化，会接到各种的用户投诉案例，很多是无线环境、参数配置、硬件或是资源方面存在异常，需要结合现场测试、拥塞指标分析、干扰处理、资源调整、参数配置来进行优化，如：用调整频点解决网内干扰、用降低功率解决信道不足、用调整天线解决弱覆盖、用扩容解决DAP/PDCH拥塞、调整RAC解决路由频繁更新等等。

七、结论