摘要：隨著5G ToB業(yè)務(wù)的發(fā)展，其高可靠低時(shí)延應(yīng)用場景對5G非獨(dú)立組網(wǎng)的時(shí)延提出更高的要求，降低時(shí)延顯得尤為重要。用戶面Ping包時(shí)延作為新開基站單站驗(yàn)收的KPI重要指標(biāo)之一，若Ping包時(shí)延達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，將會降低用戶滿意感知度。本文首先分析了產(chǎn)生Ping時(shí)延過大原因，在傳統(tǒng)上行調(diào)度的基礎(chǔ)上，引入上行預(yù)調(diào)度、智能預(yù)調(diào)度，經(jīng)測試驗(yàn)證用戶面Ping包時(shí)延均有明顯下降。

關(guān)鍵詞：5G；Ping包時(shí)延；傳統(tǒng)上行調(diào)度；上行預(yù)調(diào)度；智能預(yù)調(diào)度

一、引言

5G網(wǎng)絡(luò)的三大應(yīng)用場景為：eMBB（增強(qiáng)移動寬帶）、mMTC（海量機(jī)器類通信）、URLLC（高可靠低延時(shí)通信），隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，5G ToC即人們生活中的應(yīng)用市場日趨飽滿。高可靠低時(shí)延通信場景的5G ToB新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)[1-3]，如自動駕駛、遠(yuǎn)程控制、醫(yī)療、虛擬現(xiàn)實(shí)等移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。因此，更低時(shí)延的5G網(wǎng)絡(luò)可以為其在這些高科技領(lǐng)域的應(yīng)用提供更可靠的保障。比如自動駕駛系統(tǒng)，時(shí)延是直接的影響因素，車輛響應(yīng)操作前的移動距離取決于時(shí)延，汽車平均速度為80公里/小時(shí)。若延遲為50ms的汽車，從接收到障礙物信號到打開制動系統(tǒng)，汽車行走距離為四米，而這四米的距離很危險(xiǎn)，很多生命將受到威脅，這就要求網(wǎng)絡(luò)具有更低的時(shí)延。為了使5G網(wǎng)絡(luò)廣泛地適用于ToB高可靠低延時(shí)業(yè)務(wù)，降低時(shí)延尤為重要。本文基于用戶面Ping包時(shí)延，研究其時(shí)延增大的原因及優(yōu)化方法。

二、Ping包時(shí)延的原理及產(chǎn)生高時(shí)延的原因分析

（一）Ping包時(shí)延的原理

時(shí)延的英文是 Latency，是指從進(jìn)入一臺設(shè)備到出這臺設(shè)備，一個報(bào)文在其中所需要花費(fèi)的時(shí)間[2]。5G網(wǎng)絡(luò)中，做ping包時(shí)延測試，一般是在筆記本電腦上連接終端UE（移動臺），然后在筆記本電腦上面進(jìn)行Ping包測試。為了避免外網(wǎng)時(shí)延對測試的影響，采用Ping FTP內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器IP地址的方式。Ping測試需要滿足三個條件：移動臺要連接的基站即目標(biāo)基站的小區(qū)正常建立工作；移動臺能夠正常注冊成功并接入目標(biāo)基站網(wǎng)絡(luò)；移動臺找到目標(biāo)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)好的位置即近點(diǎn)，一般要求SINR（信噪比）大于20dB，對該近點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行Ping包測試，測試的次數(shù)為100次，使用抓包軟件記錄應(yīng)用層的往返時(shí)間（RTT）。

（二）產(chǎn)生Ping包高時(shí)延原因的研究分析

在新開基站單站驗(yàn)證測試時(shí)，需要對用戶面Ping32Byte和Ping2000Byte分別進(jìn)行測試，合格的標(biāo)準(zhǔn)為Ping32Byte平均時(shí)延≤15ms，Ping2000Byte平均時(shí)延≤17ms。

本文的測試數(shù)據(jù)是基于某城區(qū)對新開的5G基站進(jìn)行單驗(yàn)測試，在該站近點(diǎn)位置分別使用Ping32Byte和Ping2000Byte包長向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行Ping包測試100次，測試時(shí)發(fā)現(xiàn)Ping包時(shí)延忽高忽低且不符合標(biāo)準(zhǔn)。測試如圖1、圖2所示。

由圖可知，Ping32Byte的時(shí)延從17ms到35ms隨機(jī)變化，平均時(shí)延達(dá)25.4ms，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)值15ms。Ping2000Byte的時(shí)延從28ms到147ms大幅度變化，平均時(shí)延達(dá)92.4ms，更是高于標(biāo)準(zhǔn)值17ms。下面對產(chǎn)生大時(shí)延原因進(jìn)行分析。

在進(jìn)行Ping包業(yè)務(wù)測試中，出現(xiàn)Ping包時(shí)延過大，最易想到的原因如下：1.查看電腦速率監(jiān)控，是否有大流量業(yè)務(wù)存在的問題；2.嘗試更換服務(wù)器繼續(xù)測試，排除因服務(wù)器問題導(dǎo)致的問題；3.測試終端溫度較高導(dǎo)致Ping時(shí)延增大；4.由于非接入層的原因，傳輸時(shí)延較長導(dǎo)致Ping包時(shí)延增大。判斷方法是：從基站側(cè)Ping 核心網(wǎng)或Ping FTP服務(wù)器來判斷是否傳輸網(wǎng)絡(luò)的原因。

排除以上因素后，Ping環(huán)回時(shí)延的空口時(shí)延也是產(chǎn)生Ping時(shí)延過大的原因。無線空口時(shí)延即UE和基站間的交互時(shí)延[4-6]（不包括傳輸和核心網(wǎng)時(shí)延），主要受基站無線參數(shù)設(shè)置及無線環(huán)境的影響。無線環(huán)境的好壞可以依據(jù)RSRP（功率）、SINR（信噪比）值判斷，通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量改善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境達(dá)到降低Ping包時(shí)延的目的。其中影響Ping包時(shí)延過長的無線參數(shù)有調(diào)度資源、SR（Scheduling Request：調(diào)度請求）傳輸周期和DRX（Discontinuous Reception：非連續(xù)接收）參數(shù)設(shè)置。

1. SR傳輸周期

當(dāng)移動臺高層要求發(fā)送調(diào)度請求的時(shí)候，并不是在所有的時(shí)隙中發(fā)送，而是在調(diào)度請求周期內(nèi)的某一個時(shí)隙發(fā)送。網(wǎng)管中上下行物理信道配置表中的移動臺 SR傳輸周期（ms）的大小會影響Ping包時(shí)延的長短，SR傳輸周期（ms）的大小可以在網(wǎng)管中進(jìn)行修改。若SR周期設(shè)置為10ms，則SR發(fā)送前的平均等待時(shí)間為5ms。若SR周期配置5ms，Ping包時(shí)延的平均值減少3ms。在協(xié)議中，規(guī)定SR周期最小是5ms。將SR周期從10ms修改為5ms，將會導(dǎo)致5G上行控制信道（PUCCH）中SR信道支持的最大用戶數(shù)減少一半，因此，這種方法適合用戶數(shù)較少的場景下使用。

2. DRX（Discontinuous Reception：非連續(xù)接收）參數(shù)

開啟DRX功能后，如果沒有數(shù)據(jù)傳輸，為了節(jié)省用電，終端會進(jìn)入休眠狀態(tài)，會延遲上/下行數(shù)據(jù)的發(fā)送 [7-8]，進(jìn)行Ping業(yè)務(wù)時(shí)，導(dǎo)致時(shí)延變長。如果關(guān)閉DRX參數(shù)時(shí)，終端不會進(jìn)入休眠狀態(tài)，這時(shí)候進(jìn)行Ping測試，平均時(shí)延比開啟時(shí)減少3ms～4ms。

本文重點(diǎn)從調(diào)度資源方面分析上行調(diào)度對用戶面Ping包時(shí)延的影響。

三、優(yōu)化Ping包時(shí)延的研究方法

上行調(diào)度資源模式[9]有傳統(tǒng)上行調(diào)度、上行預(yù)調(diào)度、智能預(yù)調(diào)度，不同的調(diào)度資源流程產(chǎn)生不同的Ping時(shí)延。目前大部分基站采用的是傳統(tǒng)調(diào)度模式又稱作動態(tài)調(diào)度。

（一）上行調(diào)度資源的原理

1.傳統(tǒng)上行調(diào)度

移動終端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先要在上行控制信道（PUCCH）信道上發(fā)送SR，基站收到UE的SR后，再給移動終端UE上行進(jìn)行授權(quán)，然后移動終端UE按照基站上行授權(quán)所指定的位置發(fā)送上行數(shù)據(jù)，具體過程如圖3所示。

傳統(tǒng)的上行資源調(diào)度，移動終端UE的SR只能根據(jù)配置進(jìn)行周期性發(fā)送， 根據(jù)協(xié)議，SR周期最高達(dá)80ms，如果SR周期設(shè)置80ms，終端發(fā)送上行數(shù)據(jù)需要等待80ms才能發(fā)送SR，導(dǎo)致上行時(shí)延大幅度增加。

2.上行預(yù)調(diào)度

為了降低上述傳統(tǒng)上行調(diào)度的上行時(shí)延，采用上行預(yù)調(diào)度功能，基本思想是基站對終端UE進(jìn)行主動的上行授權(quán)，省略了終端發(fā)送SR申請的過程，具體流程如圖4所示。該功能存在的缺點(diǎn)是不管終端是否有上行數(shù)據(jù)發(fā)送，基站都主動給終端上行授權(quán)，導(dǎo)致上行資源的浪費(fèi)。

3.智能預(yù)調(diào)度

為了解決上行預(yù)調(diào)度帶來的問題，采用智能預(yù)調(diào)度功能。由基站的下行業(yè)務(wù)觸發(fā)智能預(yù)調(diào)度功能，具體的原理為：基站給終端發(fā)送下行數(shù)據(jù)之后，考慮到終端會有回復(fù)，即考慮到移動終端會進(jìn)行上行數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí)基站在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)的主動給終端進(jìn)行授權(quán)，流程如圖5所示。

（二）測試驗(yàn)證

驗(yàn)證仍是基于某城區(qū)新開5G基站。首先，保證該測試點(diǎn)的無線環(huán)境是良好的。通過QXDM測試工具抓取的Ping包測試log數(shù)據(jù)，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，RSRP（功率）為-69.88dBm、SINR為32.31dB，現(xiàn)場無線環(huán)境良好。上行、下載小于0.05Mbps終端并無大流量業(yè)務(wù)進(jìn)行。

優(yōu)化前某站點(diǎn)上行類型配置為傳統(tǒng)上行調(diào)度，采用預(yù)調(diào)度優(yōu)化策略后，該站點(diǎn)三個小區(qū)的時(shí)延均有明顯下降，Ping32Byte由25.4ms降到了12.06ms，Ping2000Byte由92.4ms降到了17.56ms，效果明顯。

四、結(jié)束語

本文分析了Ping包時(shí)延增大的原因及解決策略。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載比較小的場景下，可以修改SR周期來降低Ping包時(shí)延，這種方法不建議普遍使用。重點(diǎn)是提出了從上行調(diào)度資源方面縮短時(shí)延的優(yōu)化方法，即采用預(yù)調(diào)度，明顯地降低了Ping包的時(shí)延，存在的問題是當(dāng)移動終端UE需要傳輸?shù)馁Y源較少時(shí)，會引起額外的資源消耗。

作者單位：張會娜? ? 武警工程大學(xué)

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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