湯利民，徐德平，程日濤

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京100080）

1 引言

1.1 4G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)特性

4 G網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的端到端傳送能力使豐富多彩的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用隨時(shí)隨地滲透到每個(gè)用戶，同時(shí)更為復(fù)雜的應(yīng)用決定了評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)質(zhì)量的體系也更為復(fù)雜。持續(xù)提升極致體驗(yàn)、業(yè)務(wù)零等待是終極的建網(wǎng)目標(biāo)。

4 G網(wǎng)絡(luò)還是基于數(shù)據(jù)分組服務(wù)域 （packet service domain）的系統(tǒng)，業(yè)務(wù)占用信道的特征體現(xiàn)在共享特性、速率可變特性方面。共享特性決定了業(yè)務(wù)特性與系統(tǒng)特性有一定背離關(guān)系，特定業(yè)務(wù)在某一時(shí)刻得到的服務(wù)與系統(tǒng)負(fù)荷、終端所處無(wú)線信道質(zhì)量、調(diào)度算法、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分組達(dá)到特性等因素均相關(guān)，速率可變特性決定了業(yè)務(wù)的感知速率隨時(shí)處在變化之中，平均速率難以體現(xiàn)業(yè)務(wù)實(shí)際的感知。

1.2 現(xiàn)網(wǎng)擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)及局限性

傳統(tǒng)的2G、3G網(wǎng)絡(luò)主要依據(jù)基于愛爾蘭理論的信道利用率體系制定擴(kuò)容方案，中國(guó)移動(dòng)在4G網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容體系研究方面基于統(tǒng)一業(yè)務(wù)模型要求，綜合考慮了信道利用率、小區(qū)吞吐量、有效RRC（radio resource control）連接數(shù)等因素，制定了保障統(tǒng)一業(yè)務(wù)需求的擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)并在現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用中起到了積極作用。

現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷評(píng)價(jià)體系主要以信道利用率為基礎(chǔ)，參考有數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞RC連接數(shù)、小區(qū)吞吐量的情況進(jìn)行擴(kuò)容。針對(duì)上述3個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)，分別依據(jù)一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定門限（網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)要求取定信道利用率門限）；取定業(yè)務(wù)模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室測(cè)試確定有數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞RC連接數(shù)門限；依據(jù)信道利用率門限和實(shí)測(cè)的PRB（physical resource block）承載效率取定小區(qū)吞吐量門限。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)也存在不適應(yīng)4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的問(wèn)題，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)基于統(tǒng)一業(yè)務(wù)模型進(jìn)行設(shè)定，現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)部分小區(qū)利用率不高且用戶感知不好的現(xiàn)象。不同地域、不同場(chǎng)景差異化明顯，大而統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展需求。

1.3 本文解決的問(wèn)題

基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)特性，本文對(duì)擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了完善和優(yōu)化，形成分場(chǎng)景、體系化的擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)，主要內(nèi)容如下。

·基于現(xiàn)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析，確定不同場(chǎng)景下的小區(qū)擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)。

·基于理論分析和測(cè)試數(shù)據(jù)，研究VoLTE引入對(duì)擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)的影響。

·考慮到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)熱點(diǎn)的聚合性特征，基于統(tǒng)計(jì)分析，提出成片擴(kuò)容的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

2 基于業(yè)務(wù)感知的擴(kuò)容體系

2.1 研究思路

體系建立需要按業(yè)務(wù)分類，制定業(yè)務(wù)感知評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，制定分業(yè)務(wù)類型的擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)，制定成片擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)，具體步驟如下。

步驟1進(jìn)行業(yè)務(wù)分類。根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)排序，確定主流業(yè)務(wù)。分析主流業(yè)務(wù)技術(shù)特性，找出影響擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵因素，按照此因素進(jìn)行業(yè)務(wù)分類。

步驟2制定業(yè)務(wù)感知評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。從單一業(yè)務(wù)（小分組業(yè)務(wù)（如瀏覽）、大分組業(yè)務(wù)（如視頻）、VoLTE業(yè)務(wù)）的客戶感知著手，研究各類業(yè)務(wù)的感知評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

步驟3制定分業(yè)務(wù)類型的擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)。在業(yè)務(wù)感知與網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷關(guān)聯(lián)性分析中，首先將無(wú)線側(cè)業(yè)務(wù)感知影響從端到端業(yè)務(wù)感知指標(biāo)中剝離，并通過(guò)現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析和測(cè)試驗(yàn)證的方法研究無(wú)線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷與業(yè)務(wù)感知之間的關(guān)系，從而確定不同業(yè)務(wù)類型的擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)。

步驟4制定成片擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)。在步驟3基礎(chǔ)上，從網(wǎng)絡(luò)整體性出發(fā)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的變化進(jìn)行科學(xué)分析預(yù)測(cè)，從而提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源使用效率，預(yù)防容量爆發(fā)對(duì)用戶感知影響的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 業(yè)務(wù)分類

業(yè)界對(duì)于業(yè)務(wù)的分類主要采用應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，從國(guó)際運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)來(lái)看，主流業(yè)務(wù)包括Web瀏覽、視頻、文件下載、即時(shí)通信等。從中國(guó)某城市4G業(yè)務(wù)分場(chǎng)景構(gòu)成來(lái)看，這4類業(yè)務(wù)占整體業(yè)務(wù)時(shí)長(zhǎng)的比例高于80%，流量比例比時(shí)長(zhǎng)比更高一些。

不同類型業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷表現(xiàn)也存在明顯的差異性，小分組業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)分組小，達(dá)到同樣容量需要同時(shí)調(diào)度的用戶數(shù)多，隊(duì)列中等待調(diào)度的數(shù)據(jù)分組多，調(diào)度能力受限，信道資源占用零散且效率低。

大分組業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)分組大，達(dá)到同樣容量需要同時(shí)調(diào)度的用戶數(shù)少，調(diào)度能力不受限。其資源占用特點(diǎn)表現(xiàn)為調(diào)度資源開銷小、信道資源占用集中且效率高。小分組業(yè)務(wù)與大分組業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋表現(xiàn)的差異性如圖1所示。

考慮4G網(wǎng)絡(luò)目前尚不支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)，而語(yǔ)音業(yè)務(wù)后續(xù)也將成為4G網(wǎng)絡(luò)的重要業(yè)務(wù)之一，且語(yǔ)音業(yè)務(wù)的質(zhì)量要求與其他數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)存在明顯差異性，因此將VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)作為一個(gè)獨(dú)立的業(yè)務(wù)分類進(jìn)行研究。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)Web瀏覽、視頻、文件下載、即時(shí)通信業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)提取分析，設(shè)定小分組業(yè)務(wù)、大分組業(yè)務(wù)及VoLTE業(yè)務(wù)作為3種基本的業(yè)務(wù)分類。

·小分組業(yè)務(wù)以即時(shí)通信類業(yè)務(wù)為主，主要為微信、QQ等。業(yè)務(wù)特性表現(xiàn)為單用戶流量小、突發(fā)性高、速率要求較低、信令開銷大，單小區(qū)能夠支持的用戶數(shù)多。

·中分組業(yè)務(wù)以Web業(yè)務(wù)為主，包括Web瀏覽、HTTP下載等。業(yè)務(wù)特性表現(xiàn)為單用戶流量較大、速率要求較高、信令開銷適中、單小區(qū)能夠支持的用戶數(shù)較多等。

·大分組業(yè)務(wù)以視頻業(yè)務(wù)為主，包括Web視頻、微信視頻、FTP下載等。業(yè)務(wù)特性表現(xiàn)為單用戶流量大、速率要求高、單小區(qū)能夠支持的用戶數(shù)少。業(yè)務(wù)分類及基本特征見表1。

2.3 業(yè)務(wù)感知評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

用戶體驗(yàn)質(zhì)量（quality of experience,QoE）是指用戶對(duì)業(yè)務(wù)的主觀體驗(yàn)，是從用戶的角度感覺到的系統(tǒng)整體性能。因而，用戶體驗(yàn)質(zhì)量是客戶對(duì)服務(wù)商整體滿意度的衡量。

KPI（關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)）與KQI（關(guān)鍵業(yè)務(wù)質(zhì)量指標(biāo)）是保障QoE和QoS需求的基礎(chǔ)，也是可以直接測(cè)量和監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)。在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，它們亦是QoE的關(guān)鍵影響因素。

業(yè)務(wù)感知指標(biāo)體系如圖2所示。

圖1 小分組業(yè)務(wù)與大分組業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋表現(xiàn)的差異性

表1 業(yè)務(wù)分類及基本特征

圖2 業(yè)務(wù)感知指標(biāo)體系

QoE的主觀感知標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法量化處理，因此需要量化。一般認(rèn)為，對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而言，業(yè)務(wù)等待時(shí)間是用戶可感知的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，但不同業(yè)務(wù)存在個(gè)性的衡量標(biāo)準(zhǔn)，比如對(duì)于Web瀏覽業(yè)務(wù)，頁(yè)面打開時(shí)間是最重要的業(yè)務(wù)感知量化指標(biāo)，視頻業(yè)務(wù)的初始打開時(shí)間、卡頓、馬賽克比例等是主要的量化指標(biāo)，VoLTE業(yè)務(wù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括接通率、接通時(shí)延、掉話率、MOS值等。

以視頻瀏覽業(yè)務(wù)為例，通過(guò)從生理學(xué)、心理學(xué)多個(gè)角度的業(yè)務(wù)等待時(shí)間忍耐度研究，用戶良好體驗(yàn)感受的門限為2.5～3 s，即要求用戶從點(diǎn)擊視頻鏈接到視頻開始播放的初始緩沖時(shí)延不高于2.5～3 s。視頻瀏覽業(yè)務(wù)感知標(biāo)準(zhǔn)如圖3所示。

2.4 分業(yè)務(wù)類型的擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)

2.4.1 小分組業(yè)務(wù)

通過(guò)對(duì)3省現(xiàn)網(wǎng)22萬(wàn)以小分組業(yè)務(wù)為主的小區(qū)利用率數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，隨客戶數(shù)增長(zhǎng)，下行利用率和吞吐量增長(zhǎng)存在“拐點(diǎn)”效應(yīng)，通過(guò)拐點(diǎn)后，下行利用率和吞吐量不再隨客戶數(shù)增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，單客戶感知下降。上行未出現(xiàn)拐點(diǎn)，上行PRB利用率參照原標(biāo)準(zhǔn)，吞吐量門限按50%利用率實(shí)際對(duì)應(yīng)值修訂。

取定擴(kuò)容門限為下行/上行利用率門限分別為40%和50%，RRC數(shù)門限為50個(gè)，下行/上行流量門限分別為2.2 GB和0.3 GB。小分組業(yè)務(wù)分析如圖4所示。

2.4.2 中分組業(yè)務(wù)

通過(guò)對(duì)以中分組業(yè)務(wù)為主的小區(qū)利用率數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，中分組業(yè)務(wù)類型的小區(qū)下行利用率和吞吐量隨客戶數(shù)增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，但未發(fā)現(xiàn)明顯受限情況，用戶數(shù)和吞吐量門限根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際情況修訂。

取定擴(kuò)容門限為下行/上行利用率門限分別為50%和50%，RRC數(shù)門限為20個(gè)，下行/上行流量門限分別為3.5 GB和0.3 GB。中分組業(yè)務(wù)分析如圖5所示。

2.4.3 大分組業(yè)務(wù)

通過(guò)對(duì)以大分組業(yè)務(wù)為主的小區(qū)利用率數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，大分組業(yè)務(wù)類型小區(qū)隨客戶數(shù)增長(zhǎng)，吞吐量增長(zhǎng)趨緩，存在“拐點(diǎn)”效應(yīng)，通過(guò)拐點(diǎn)后，雖然利用率仍在增長(zhǎng)，但吞吐量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，拐點(diǎn)處取為擴(kuò)容門限。

取定擴(kuò)容門限為下行/上行利用率門限分別為70%和50%，RRC數(shù)門限為10個(gè)，下行/上行流量門限分別為5 GB和0.3 GB。大分組業(yè)務(wù)分析如圖6所示。

2.5 VoLTE業(yè)務(wù)的影響

圖3 視頻瀏覽業(yè)務(wù)感知標(biāo)準(zhǔn)

圖4 小分組業(yè)務(wù)分析

圖5 中分組業(yè)務(wù)分析

圖6 大分組業(yè)務(wù)分析

對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，VoLTE業(yè)務(wù)的本質(zhì)是QCI（QoS class identifier）=1的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，即調(diào)度優(yōu)先級(jí)最高的小流量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，相對(duì)于其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有周期性占用資源、上下行流量對(duì)稱的特性。VoLTE業(yè)務(wù)分為語(yǔ)音業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)每E-RAB流量在數(shù)百KB以上，屬于中、大分組業(yè)務(wù)；視頻業(yè)務(wù)每E-RAB流量在數(shù)MB以上，屬于大分組業(yè)務(wù)。

從VoLTE測(cè)試情況看，語(yǔ)音業(yè)務(wù)峰值用戶數(shù)可達(dá)200個(gè)，上行PRB利用率可達(dá)70%。視頻業(yè)務(wù)峰值用戶估算5～10個(gè)，上行PRB利用率可達(dá)70%。

VoLTE業(yè)務(wù)具有最高優(yōu)先級(jí)，可以擠占其他業(yè)務(wù)資源。當(dāng)系統(tǒng)資源受限時(shí)，首先滿足VoLTE業(yè)務(wù)需求，除非VoLTE使用的系統(tǒng)資源超過(guò)VoLTE業(yè)務(wù)擴(kuò)容門限，因此得到擴(kuò)容準(zhǔn)則1：當(dāng)系統(tǒng)VoLTE信道資源利用率超出門限且VoLTE用戶數(shù)超過(guò)門限，需要擴(kuò)容。當(dāng)系統(tǒng)資源不受限時(shí)，VoLTE和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共享資源，但VoLTE業(yè)務(wù)會(huì)擠占數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)資源，導(dǎo)致數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能夠滿足的容量下降。在資源占用上，VoLTE業(yè)務(wù)70%資源占用相當(dāng)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)d%的占用，即二者是等價(jià)的。設(shè)定可用資源占用率K=已占資源/可占用資源上限，則當(dāng)VoLTE業(yè)務(wù)占用X%資源時(shí)，K=X%/70%，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可占用的資源比例為1-K，即數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可用資源門限為d%×(1-K)。因此得到擴(kuò)容準(zhǔn)則2：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)擴(kuò)容門限為d%×（1-X%/70%）。其中d %為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)原擴(kuò)容門限，X%為VoLTE利用率。

圖7 成片擴(kuò)容聚合度分析

現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)不含VoLTE業(yè)務(wù)，因此本次對(duì)現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)的分析不包含VoLTE業(yè)務(wù)的影響，因VoLTE業(yè)務(wù)為中、大分組業(yè)務(wù)，因此當(dāng)VoLTE業(yè)務(wù)滲透率較高時(shí)，會(huì)影響小區(qū)的大、中、小分組業(yè)務(wù)比例。

VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)速率低、網(wǎng)絡(luò)承載能力較高，因此不影響資源受限拐點(diǎn)，但會(huì)提高有效RRC用戶數(shù)門限。現(xiàn)階段可暫時(shí)使用基于前述小區(qū)業(yè)務(wù)分類的擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)，待VoLTE全面商用后，根據(jù)商用情況適時(shí)調(diào)整擴(kuò)容門限。

2.6 制定成片擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)

4 G網(wǎng)絡(luò)流量呈現(xiàn)高度集中的特點(diǎn)，高價(jià)值區(qū)域，流量集中、明星終端集中、高價(jià)值用戶集中。因此，資源精準(zhǔn)投放、優(yōu)先保障價(jià)值區(qū)域的卓越網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)就顯得格外重要，高價(jià)值區(qū)域需要提供更好的感知。另外，一個(gè)片區(qū)內(nèi)基站的負(fù)荷相對(duì)均衡，小區(qū)間的覆蓋和容量具有互補(bǔ)性，這對(duì)成片擴(kuò)容實(shí)施提供了條件。

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)呈聚合特性，數(shù)據(jù)熱點(diǎn)基站分布區(qū)域集中；從網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)看，成片擴(kuò)容有利于減少異頻切換、提高小區(qū)吞吐量、保證載波聚合基站的性能。建議在擴(kuò)容小區(qū)聚合度達(dá)到一定比例的區(qū)域，采用成片擴(kuò)容的方案。省公司在具體實(shí)施時(shí)應(yīng)綜合考慮投資效益、競(jìng)爭(zhēng)壓力、業(yè)務(wù)發(fā)展?jié)摿?，通過(guò)擴(kuò)容小區(qū)聚類算法具體確定成片擴(kuò)容方案。成片小區(qū)聚合度因子原則上不低于0.5。聚合度定義=片內(nèi)達(dá)到擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)的基站數(shù)量/片內(nèi)基站總數(shù)×100%。成片擴(kuò)容聚合度分析如圖7所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

用戶業(yè)務(wù)感知是衡量4G網(wǎng)絡(luò)性能的最終標(biāo)準(zhǔn)，用戶感知是影響運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)發(fā)展的重要因素，也是市場(chǎng)口徑衡量網(wǎng)絡(luò)性能的最終標(biāo)準(zhǔn)。面對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)用戶迅猛發(fā)展帶來(lái)的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)，從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)角度來(lái)說(shuō)，應(yīng)該更多關(guān)注端到端的業(yè)務(wù)質(zhì)量，關(guān)注用戶的真實(shí)業(yè)務(wù)感知，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)體系、技術(shù)分析方法與工具等方面還需要持續(xù)探索。