陳濤　蘇玉珍

【摘要】 目前中國(guó)移動(dòng)TD-SCDMA系統(tǒng)相對(duì)于GSM系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，TD的H業(yè)務(wù)相對(duì)于GSM的EDGE業(yè)務(wù)的速率有明顯的優(yōu)勢(shì)。在TD的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中，對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能提升非常關(guān)鍵，無速率，速率慢，速率不穩(wěn)定等影響因素比較大，需要詳細(xì)的了解數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸過程，才能有效的分析數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)受影響的方面，使數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的性能得到有效的提升。

【關(guān)鍵字】 TCP層數(shù)傳機(jī)制 RLC層數(shù)傳機(jī)制 HSPA數(shù)傳機(jī)制 TCP層時(shí)延底層數(shù)據(jù)傳輸

一、前言

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在傳輸過程中一般會(huì)經(jīng)歷TCP/UDP，RLC及HSPA這幾層，其分別在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的位置見圖1。這些數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議一般都具有復(fù)雜的數(shù)傳機(jī)制，如果配合不好會(huì)降低移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。本文在介紹這幾類協(xié)議傳輸機(jī)制的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中無線側(cè)對(duì)RLC層和HSPA數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，提出常見問題的解決方案和措施以指導(dǎo)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)化。（圖1）

二、TCP層數(shù)傳機(jī)制

TCP層主要是為上層提供面向連接的、可靠的按序傳送數(shù)據(jù)的服務(wù)。

TCP層主要采用“可變發(fā)送窗口機(jī)制”和“重傳機(jī)制”，“可變發(fā)送窗口機(jī)制”能夠自適應(yīng)底層帶寬、時(shí)延的變化。主要有“發(fā)送窗口”，“通知窗口”和“擁塞窗口”。

“通知窗口”的調(diào)整機(jī)制如圖2所示，通知窗口的大小會(huì)因?yàn)閭鬏敯腻e(cuò)誤而不斷縮小。

“擁塞窗口”的調(diào)整可總結(jié)為三點(diǎn)：“慢啟動(dòng)”，“加速遞減”及“擁塞避免”，如圖3所示。

TCP層的重傳機(jī)制設(shè)置，TCP每發(fā)送一個(gè)報(bào)文段都會(huì)設(shè)置重傳定時(shí)器，如果定時(shí)器超時(shí)還收不到確認(rèn)消息則重傳該報(bào)文段。一旦發(fā)生重傳，就會(huì)導(dǎo)致?lián)砣翱诘淖兓?，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)送窗口變小，影響到業(yè)務(wù)速率。

三、RLC層數(shù)傳機(jī)制（AM）

RLC層主要是3G系統(tǒng)的無線接入網(wǎng)為高層提供的面向連接，可靠且有序發(fā)送的服務(wù)。該層主要的機(jī)制是輪詢（Polling）和狀態(tài)報(bào)告（Status Report）。

協(xié)議中共定義了7種觸發(fā)輪詢的機(jī)制，分別是：Every Poll_PDUPDU、Every Poll_SDU SDU、Window based、Last PDU in buffer、Last PDU in Retransmission buffer、PollTimer、Timer based。同時(shí)，為防止頻繁地觸發(fā)輪詢，協(xié)議中還定義了輪詢禁止定時(shí)器（Poll Prohibit Timer），該定時(shí)器超時(shí)前不發(fā)送輪詢比特。如果是輪詢觸發(fā)狀態(tài)報(bào)告，則只配置一種輪詢機(jī)制是不夠的，需要其中的幾種機(jī)制配合，如果配合不好同樣會(huì)影響RLC層的數(shù)傳性能。

這7種輪詢機(jī)制的配置參數(shù)如下：

LASTTXPDUPOLL=TRUE，LASTRETXPDUPOLL=TRUE， TIMERPOLLPROHIBIT=D100， TIMERPOLL=D200， POLLPDU=D4， POLLSDU=D1， POLLWINDOW=D50， TIMERPOLLPERIODIC=D200；這幾種機(jī)制是配合使用的，由于RLC層的傳輸采用AM不丟棄模式傳輸，在發(fā)送了輪詢比特后啟動(dòng)禁止定時(shí)器，如果在Poll Timer定時(shí)器超時(shí)前收不到輪詢響應(yīng)要重傳輪詢，最終不是無限制的重傳，在達(dá)到最大不丟棄次數(shù)后停止重傳，啟動(dòng)TRB RESET，Reset成功則重新建立業(yè)務(wù)的連接并傳輸數(shù)據(jù)，超時(shí)失敗則PS業(yè)務(wù)掉線。

RLC層接收端通過狀態(tài)報(bào)告通知發(fā)送端已接收?qǐng)?bào)文段正確與否。狀態(tài)報(bào)告有兩種觸發(fā)方式，一是基于定時(shí)器周期性發(fā)送狀態(tài)報(bào)告；二是輪詢觸發(fā)。為避免頻繁觸發(fā)，協(xié)議中定義了狀態(tài)報(bào)告禁止周期定時(shí)器，在定時(shí)器超時(shí)后才發(fā)送狀態(tài)報(bào)告。同時(shí)狀態(tài)報(bào)告發(fā)送周期應(yīng)該大于RLC層的環(huán)回時(shí)延（Round Trip Time）。

狀態(tài)報(bào)告機(jī)制目前使用的是輪詢觸發(fā)模式，基于定時(shí)器周期性發(fā)送狀態(tài)報(bào)告機(jī)制目前不使用。而且接收端在發(fā)現(xiàn)丟失的PDU后會(huì)生成狀態(tài)報(bào)告進(jìn)行上報(bào)，通知發(fā)送端重新發(fā)送。

四、HSPA數(shù)傳機(jī)制

本節(jié)描述HSPA的與數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系密切的快速調(diào)度和HARQ重傳機(jī)制。

4.1快速調(diào)度

在HSPA架構(gòu)中，用戶間無線資源的分配是NodeB（基站）完成?；灸軌蚣皶r(shí)獲取用戶信道狀況，實(shí)現(xiàn)快速的用戶間調(diào)度及資源分配。常用策略包括循環(huán)調(diào)度（Round Robin），最大信噪比（Max C/I）及比例公平（Proportion Fairness）。循環(huán)調(diào)度比較平均但是不公平，信道利用率太低，最大信噪比調(diào)度可以最大化調(diào)度率但是有可能“餓死”其它用戶導(dǎo)致部分用戶感知比較差。所以目前使用最多的是比例公平調(diào)度策略，對(duì)信道狀況較差的用戶，如果某時(shí)段調(diào)度機(jī)會(huì)較少，平均吞吐量降低，過一段時(shí)間其調(diào)度優(yōu)先級(jí)會(huì)因此而提高。該策略兼顧效率與公平性?？梢娦诺罓顩r的變化會(huì)導(dǎo)致用戶調(diào)度時(shí)間的不確定性，會(huì)影響到用戶的調(diào)度次數(shù)，進(jìn)而影響到速率，同時(shí)也給高層的時(shí)延帶來影響，影響上層數(shù)據(jù)的充足性。

4.2 HARQ重傳

HARQ重傳是在物理層進(jìn)行的，采用N信道停-等機(jī)制，如圖4所示。

每個(gè)HARQ進(jìn)程必須在收到接收端的ACK（或NACK）反饋后才能發(fā)送新的數(shù)據(jù)（或重傳數(shù)據(jù)）。HSPA需向上層提供按序遞交服務(wù)，但為避免無限地等待重傳，（HSDPA）引入了T1定時(shí)器機(jī)制以及滑窗機(jī)制，兩種機(jī)制目前的實(shí)現(xiàn)基本上比較成熟，配合上出問題的概率很低，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)化過程中一般不需要考慮。

相對(duì)于TCP/RLC重傳，HSPA重傳有顯著優(yōu)勢(shì)：

◆重傳時(shí)延小，HSPA重傳是在物理層完成，重傳時(shí)延相對(duì)較小，從而降低高層數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。

◆合并增益，HSPA重傳能夠合并接收數(shù)據(jù)，而TCP/RLC重傳不成功就丟棄，沒有合并增益。

由此可見，從無線側(cè)降低下行數(shù)據(jù)發(fā)送的BLER，提高終端反饋ACK（NACK）的成功率，也就是改善下行信道和上行信道的信道質(zhì)量，保證數(shù)據(jù)快速調(diào)度和重傳的準(zhǔn)確性是最根本也是最有效的優(yōu)化手段。

五、移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型及原因分析

5.1 常見業(yè)務(wù)適用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)母鱾€(gè)層面的機(jī)制以及對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)挠绊懛秶私夂?，針?duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)化就要從每個(gè)層面進(jìn)行系統(tǒng)分析。FTP下載、HTTP下載、HTTP瀏覽，Email及BT下載等業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)可靠性要求非常高，一般需用TCP來承載。而交互式聊天及視頻點(diǎn)播對(duì)數(shù)據(jù)及時(shí)性要求高，因此數(shù)據(jù)可靠性要求適當(dāng)降低，可以用UDP承載。實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中各業(yè)務(wù)類型也基本符合該規(guī)律。

不論是TCP還是UDP承載的業(yè)務(wù)，都應(yīng)盡量用確認(rèn)模式RLC來承載，因?yàn)闊o線傳輸誤塊率遠(yuǎn)高于有線網(wǎng)絡(luò)。在下行HSDPA+上行DPCH承載時(shí)，下行HSDPA采用快速調(diào)度和能夠保證數(shù)據(jù)傳輸速率，HARQ重傳合并可以保證較低的殘留誤塊率，但是下行PDSCH信道質(zhì)量是數(shù)據(jù)傳輸?shù)母?。上行用DPCH承載誤塊率難以保證，相對(duì)于下行來說就更加依賴上行確認(rèn)模式的RLC重傳，如果上行HS-SICH以及DPCH信道的質(zhì)量能夠得到保證，能夠盡可能避免重傳發(fā)生，保證數(shù)據(jù)的環(huán)回時(shí)延，對(duì)速率的提升非常關(guān)鍵。

5.2 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)化方法

前TD-SCDMA系統(tǒng)，采用下行HSDPA+上行專用信道承載的方案。對(duì)下載而言，用戶對(duì)下行速率更敏感，下行速率與TCP層反饋時(shí)延有關(guān)，而TCP層反饋數(shù)據(jù)與上行影響關(guān)系密切，目前按照FIFO原則傳輸，如果限制上行帶寬會(huì)增大TCP反饋時(shí)延。

如上述第2節(jié)所述，影響TCP層數(shù)據(jù)發(fā)送的主要因素就是窗口的變化和往返時(shí)延的影響。

◆窗口受限一般會(huì)是通知窗口受限，應(yīng)該增大通知窗口。

◆時(shí)延過大一方面有可能是路由環(huán)節(jié)太多或者防火墻存在問題，應(yīng)該減少路由或者更新防火墻。另一方面可能是TCP下層網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的帶寬、時(shí)延變化范圍很大，進(jìn)而表現(xiàn)為往返時(shí)延的方差很大，很容易導(dǎo)致超時(shí)定時(shí)器的超時(shí)而引起重傳。底層的影響主要表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)擁塞、HSPA進(jìn)行多用戶調(diào)度或者無線環(huán)境的變化導(dǎo)致時(shí)延不穩(wěn)定，應(yīng)該通過優(yōu)化手段盡量保持時(shí)延的穩(wěn)定，即時(shí)延要盡量小且方差要盡量小，這樣能夠減少對(duì)TCP層窗口變化的影響，穩(wěn)定速率。

5.2.1 TCP層時(shí)延的影響

從無線網(wǎng)優(yōu)側(cè)對(duì)TCP層時(shí)延的影響有如下因素和解決方案：

1、針對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞和用戶數(shù)比較多的小區(qū)及時(shí)進(jìn)行擴(kuò)容處理，避免用戶太多調(diào)度不及時(shí)或者上行碼資源不足引起用戶接收數(shù)據(jù)和反饋不及時(shí)帶來TCP層無法及時(shí)收到確認(rèn)消息而進(jìn)行無謂的重傳，發(fā)送窗口縮小而影響傳輸效率。

2、無線環(huán)境不穩(wěn)定的區(qū)域應(yīng)及時(shí)通過相應(yīng)的優(yōu)化手段進(jìn)行解決，通過覆蓋調(diào)整來解決由于覆蓋導(dǎo)致誤塊率高的問題，通過頻率調(diào)整來規(guī)避干擾，功率調(diào)整來提升上下行的信道質(zhì)量等。

3、RNC側(cè)通過軟件進(jìn)行調(diào)整，目前TD-SCDMA系統(tǒng)RNC產(chǎn)品中的TPE的特性能夠?qū)o線側(cè)不穩(wěn)定帶來的TCP不適應(yīng)問題進(jìn)行處理，TPE特性能夠根據(jù)不同情況加速擁塞窗口增長(zhǎng)進(jìn)而增大發(fā)送窗口，同時(shí)也能縮短重傳時(shí)間，避免了慢啟動(dòng)和擁塞窗口減半的發(fā)生，提升TCP層的傳輸效率。

5.2.2底層數(shù)據(jù)傳輸影響

底層主要表現(xiàn)為無速率和速率低，從Node B側(cè)的調(diào)度機(jī)制出發(fā)，以下載無速率為例進(jìn)行詳細(xì)介紹：

從Node B快速調(diào)度機(jī)制方面進(jìn)行下載無速率的情況分析流程如圖6。

按照上圖所示，從Node B側(cè)分析下行不調(diào)度情況：

◆如果RLC BO為空，說明RLC層從上層沒有接收到數(shù)據(jù)，影響因素主要是TCP層的數(shù)據(jù)量不足（需要CN側(cè)配合分析）或者中間IP連接有問題或者無線側(cè)的上行導(dǎo)致TCP層的發(fā)送窗口變小影響數(shù)據(jù)的下發(fā)。無線側(cè)首先要檢查上行信道質(zhì)量是否存在干擾或者功率不足的情況。

◆如果RLC BO不為空而Node B的PQ卻獲取不到數(shù)據(jù)，有可能是RLC層的窗口滿導(dǎo)致數(shù)據(jù)溢出，產(chǎn)生該現(xiàn)象有可能是RLC層的發(fā)送端窗口和接收端窗口配置不合適，RLC層數(shù)據(jù)一直重傳導(dǎo)致。

◆如果PQ中有數(shù)據(jù)而無調(diào)度，只能說明上行或者下行鏈路有問題，斷鏈導(dǎo)致下行調(diào)度數(shù)據(jù)發(fā)送失敗或者上行收不到反饋消息而重傳超時(shí)。

Node B側(cè)分析下行有調(diào)度的情況：

◆HS-SCCH接收失敗，UE收不到SCCH調(diào)度信息，無法準(zhǔn)確檢測(cè)到PDSCH信道而無法接收數(shù)據(jù)，需要檢查SCCH的功率配置是否合理，下行時(shí)隙的干擾是否有問題。

◆HS-PDSCH接收失敗，這種情況表示UE按照調(diào)度信息從PDSCH信道上接收到的數(shù)據(jù)都是錯(cuò)誤的，UE會(huì)返回NACK消息給Node B，HARQ會(huì)不斷進(jìn)行重傳。

◆HS-SICH接收失敗，因?yàn)閁E收到Node B側(cè)調(diào)度的數(shù)據(jù)塊后，需要通過SICH信道反饋ACK或者NACK消息，SICH的信道質(zhì)量不好很容易導(dǎo)致Node B收不到UE的反饋消息，會(huì)不停重傳同樣數(shù)據(jù)塊，導(dǎo)致UE側(cè)無速率。

同理，下載速率慢和下載速率不穩(wěn)定問題分析思路也主要從Node B側(cè)和空口環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)分析：

1、針對(duì)干擾：上行方向針對(duì)HS-SICH分析，如果HS-SICH的接收到的 No signal Num較多，并且HS-SICH的C/I 和SIR較差，可以判斷為HS_SICH質(zhì)量比較差，需要重點(diǎn)調(diào)整如下參數(shù)：1）HS-SICH ACK/NACK功率偏置；2）調(diào)整HS-SICH的目標(biāo)SIR值；3）HS-SICH 期望接收功率。

2、針對(duì)下行方向：分析HS-PDSCH C/I和SIR和HS-SCCH C/I和SIR，并統(tǒng)計(jì)HS-SICH上報(bào)的ACK和NACK的比例，如果HS-PDSCH和HS-SCCH的 C/I和SIR比較差，而且HS-SICH上報(bào)的NACK比較比較高，可以說明：

1）下行干擾比較嚴(yán)重，空口質(zhì)量差，檢查NodeB功率配置和UE的功率參數(shù)配置是否合理，可以進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，提升HSDPA速率。

2）在空口質(zhì)量不好的場(chǎng)景下，需要進(jìn)一步排查是否是同頻干擾導(dǎo)致，需要進(jìn)一步判斷，可以調(diào)整HSDPA載波的頻點(diǎn)，如果HSDPA速率有明顯的提升，可以判斷是同頻干擾導(dǎo)致速率下降。3）可以通過CQI和調(diào)度模式分析16QAM和QPSK所占的比例，如果16QAM調(diào)制模式所占比例較少，也可以判斷是空口質(zhì)量較差，導(dǎo)致HSDPA速率較低，優(yōu)化功率配置參數(shù)。

3、如果空口質(zhì)量不存在問題，通過TPCWin統(tǒng)計(jì)PQ隊(duì)列里的緩存數(shù)據(jù)，以及流控相關(guān)的Credits，判斷RNC和NodeB之間IUB 接口是否異常；

4、如果HSDPA載波用戶多，優(yōu)先對(duì)H載波進(jìn)行擴(kuò)容，然后分析每個(gè)用戶的對(duì)應(yīng)的空口信號(hào)質(zhì)量是否有問題，分析整體的調(diào)度次數(shù)是否充足，帶寬是否充分利用。如果NodeB的PQ緩存數(shù)據(jù)較少，這時(shí)需要查找RNC數(shù)據(jù)緩存的情況，如果在RNC出現(xiàn)RLC BO一直為0，可能是數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)不足，這時(shí)需要查看核心網(wǎng)和IUPS鏈路有沒有問題（是否擁塞或者連接不穩(wěn)定），排除IUPS鏈路問題和PS域CN的問題。

5、如果核心網(wǎng)和IUPS鏈路都沒有問題，可以檢查PS業(yè)務(wù)服務(wù)器是否存在問題，可以采取更換FTP服務(wù)器的方式排除。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]謝希仁編著“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)” （第二版）

[2] 3GPP TS 25.322 - 750

[3] 3GPP TS 25.222 - 750