Ev-Do多流業(yè)務T2P算法研究與應用

鄭亞忠，張志華

（中國電信股份有限公司江蘇分公司無線網(wǎng)絡優(yōu)化中心 南京 210037）

Ev-Do多流業(yè)務T2P算法研究與應用

鄭亞忠，張志華

（中國電信股份有限公司江蘇分公司無線網(wǎng)絡優(yōu)化中心 南京 210037）

隨著天翼對講（Qchat）、警務通（實時視頻）等行業(yè)應用的規(guī)模發(fā)展，在網(wǎng)絡資源擁塞的情況下，保障用戶業(yè)務感知日益重要。T2P算法是Ev-Do RevA系統(tǒng)中，控制不同用戶、不同業(yè)務反向速率的關鍵技術。本文通過深入研究T2P相關函數(shù)、參數(shù)，分析比較主流設備T2P的參數(shù)設置，創(chuàng)新地提出了一套T2P反向流控參數(shù)模板，保證Qchat和警務通兩種典型的反向時延敏感和速率敏感業(yè)務的感知，并且在現(xiàn)網(wǎng)推廣應用。本文提供的方法對于提升Ev-Do多流業(yè)務性能具有一定的指導意義。

Qchat；實時視頻業(yè)務；QoS；T2P；QRABSelect；T2PInflowMin

1 引言

Ev-Do是一個反向自干擾系統(tǒng)，反向鏈路的干擾會導致反向負荷虛假升高，嚴重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以反向問題成為Ev-Do研究的重點、焦點。在Ev-Do系統(tǒng)中，當反向底噪抬升超過RoT門限時，為了維護系統(tǒng)穩(wěn)定性，AN強制要求AT降低速率。在Rev0中，AN通過對扇區(qū)下所有用戶發(fā)送Broadcast Reverse Rate Limit消息，要求AT按照當前速率進行概率性降速。這種速率控制機制的升速或降速需要多次倍速轉換，傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)流易造成較大的時延，速率抬升較慢，缺乏QoS保障。因此，Rev0達不到數(shù)據(jù)流的QoS應用要求。

在RevA中，為了保證金銀銅不同QoS級別用戶和用戶內不同QoS級別的業(yè)務流，實現(xiàn)精準控制AT的反向發(fā)送優(yōu)先級，提出了T2P令牌桶的概念（桶中水量代表某個業(yè)務可以發(fā)送的最大功率）。對于每個Subtype3 RTCMAC流，若成功協(xié)商QoS資源，都有一個類似漏桶的存儲單元來維護一個漏桶，通過進水量、潛在水量和出水量來控制漏桶中水的變化，即隨著系統(tǒng)反向負荷和業(yè)務屬性動態(tài)控制反向發(fā)射功率值。因此，可以通過調整相關的T2P參數(shù)來保證業(yè)務資源。然而T2P算法相當復雜，涉及的參數(shù)變量多達68個，且其是一個反饋系統(tǒng)，參數(shù)之間存在緊密的相關性，例如，進水量T2PInflow受上一次進水量、出水量和漏桶水平、極值、常數(shù)的約束。因此，T2P參數(shù)調整成為優(yōu)化瓶頸。

隨著Qchat、在線游戲、VoIP、VT等上下行實時對稱業(yè)務以及警務通反向視頻、無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務應用的增多，為了保證業(yè)務良好的時延、速率感知，現(xiàn)網(wǎng)急需探索一套參數(shù)模板優(yōu)化Ev-Do反向能力，保證業(yè)務質量。為了突破以上難題，中國電信股份有限公司江蘇分公司（以下簡稱江蘇電信）根據(jù)對RTCMAC協(xié)議的深入研究，分析現(xiàn)網(wǎng)中Qchat、警務通兩種最為典型的對反向時延、速率敏感的業(yè)務，重點分析了QRAB判決參數(shù)、漏桶水平參數(shù)、T2PtransitionFucnction等T2P算法相關參數(shù)，指出了時延敏感大流量業(yè)務的理論PF（priority function）曲線的不合理性，并仿真了Qchat、警務通的 PF曲線，進而提出了PF曲線的優(yōu)化方法，創(chuàng)新性地提出了一套T2P參數(shù)優(yōu)化模板，保障了QoS資源，以達到優(yōu)化業(yè)務質量的目的。

2 T2P算法參數(shù)研究

在無線側，反向IP分組傳輸質量主要通過T2P參數(shù)和QoS參數(shù)保障實現(xiàn)。本文不考慮序列長度、定時器、調度算法等QoS參數(shù)的影響，主要探索T2P相關參數(shù)優(yōu)化。為了便于優(yōu)化實踐，將T2P參數(shù)分為功率類、漏桶類、傳輸模式類、濾波常數(shù)和QRAB判決5類參數(shù)。主要的T2P參數(shù)如圖1所示。功率參數(shù)與各種數(shù)據(jù)分組的終止子幀數(shù)密切相關；漏桶參數(shù)控制各個流的性能；傳輸模式參數(shù)直接決定各個流的低時延和高容量模式；濾波常數(shù)用于基礎負荷數(shù)據(jù)的更新；QRAB判決參數(shù)影響了T2PInflow的分配，保障了不同流的QoS特性。

通過對RTCMAC協(xié)議的研究可知，與T2P桶水量直接相關的參數(shù)是QRABSelect、T2PInflowMin和T2PTransitionFunction。QRABSelect決定了激活集里哪些PN可以導致終端降低功率；T2PInflowMin決定了在最惡劣的情況下，手機可以保證的最小發(fā)射功率；T2PTransitionFunction控制了漏桶進水量上升或下降的優(yōu)先級。結合實際優(yōu)化經(jīng)驗，著重探索優(yōu)化了上述影響T2P算法的最關鍵的3個因素。

2.1 QRAB判決參數(shù)

為了實現(xiàn)對反向鏈路干擾水平的控制，基站周期性地向終端發(fā)送反向激活比特RAB。終端處理接收到的激活集中的各個RAB，取最大值，判斷當前反向鏈路的負荷情況，決定反向傳輸速率。在RevA中，采用QRAB和FRAB兩項度量標準衡量反向鏈路的負荷情況。其中，QRAB衡量反向鏈路瞬時的負荷情況，決定增加或減少反向鏈路可用的T2P資源；FRAB衡量反向鏈路長期的負荷情況，決定T2P資源增加或者減少的量。因此，針對不同的MAC流，調整QRAB判決參數(shù)QRABSelect，增大或減小T2P資源分配數(shù)量，保障了不同流的QoS特性，從而可以提升反向鏈路性能。

QRAB判決原理如圖2所示，它面向激活集內所有扇區(qū)中的每一個MAC流。對于BE流，QRAB的設置比較保守，只要激活集內任一個扇區(qū)的RAB=1，則將QRAB置為過載；對于對時延敏感的流，QRAB的設置比較激進，只有當激活集內扇區(qū)具有較好前向鏈路且RAB=1時，才將QRAB置為過載。終端會根據(jù)信道條件和協(xié)商的流特性，在計算QRAB時忽略激活集內一些扇區(qū)的RAB比特，有利于提升切換區(qū)域的業(yè)務性能。

2.2 T2PInflowMin

漏桶參數(shù)控制各個流的性能，漏桶的水平與時延、吞吐量密切相關，漏桶水平越高，時延越小，吞吐量越大。漏桶的出水量直接影響吞吐量和時延，而出水量主要受進水量T2PInflow和BucketFactor的控制，其中T2PInflow是AT內部的變量，與T2PUp和T2PDn相關，所以漏桶中最重要的參數(shù)是 BucketFactor、T2PUp和 T2PDn。T2PInflowRange（T2PInflowMin、T2PInflowMax）控制了每次更新漏桶進水量的極值，同時T2PInflowMin決定了漏桶進水量的初始值，即T2PInflow滿足T2PInflowMin≤T2PInflow≤T2PInflowMax。如圖3所示，T2PInflowMin（警務通）設置為28，不管桶里水位如何，都能達到流的初始吞吐量。

圖1 T2P算法參數(shù)

圖2 QRAB判決原理

因此，可通過調整T2PInflowMin保證警務通的上傳速率。為了保證中點、遠點的警務通質量，如在前向Ec/Io=-7 dB時，仍保證警務通業(yè)務速率的T2P資源，通過優(yōu)化TxT2PMax配置函數(shù)，控制業(yè)務信道功率的大小，保證了警務通速率與用戶所處位置無關，即不同導頻強度下的吞吐量。

2.3 警務通PF優(yōu)先級曲線新設計

一般地，設備默認配置將警務通優(yōu)先級曲線按照BE流來設計，用戶在基站過載情況下的時延無法保證，輕載情況下的速率最大化無法保證。本文結合實際網(wǎng)優(yōu)經(jīng)驗，認為警務通的優(yōu)先級曲線應該是時延敏感型和BE型優(yōu)先級曲線的有機組合，從而合理設計了警務通優(yōu)先級曲線。

時延敏感流、時延敏感大流量和BE流理論曲線如圖4所示，PF曲線反映了手機在當前水平上增加或者降低發(fā)射功率優(yōu)先級，既要在扇區(qū)過載的情況下，保障時延敏感小流量業(yè)務的用戶感知；也要在扇區(qū)輕載情況下，實現(xiàn)BE業(yè)務吞吐量的最大化。可以看出，PF是一個隨T2P參數(shù)單調遞減的函數(shù)，其零點反映了當特定MAC流達到穩(wěn)態(tài)時，其T2P資源的情況，截距反映了以何種速度逼近穩(wěn)態(tài)，斜率反映了 T2P資源對ΔT2P的影響。

實際網(wǎng)絡環(huán)境中，采用圖4中的PF曲線，在輕載情況下，BE用戶的優(yōu)先級高于時延敏感大速率業(yè)務的優(yōu)先級，即低優(yōu)先級流影響了高優(yōu)先級流的性能，容易引起速率振蕩。例如，輕扇區(qū)下只有幾個用戶進行P2P業(yè)務時，就保證不了時延敏感大速率業(yè)務的用戶感知。因此，應該根據(jù)業(yè)務的反向速率要求，合理設計在輕載條件下各業(yè)務的優(yōu)先級曲線。

圖3 漏桶水平參數(shù)

在Ev-DoRevA中，通過傳輸函數(shù)屬性T2PTransition FunctionNN對每個MAC流的優(yōu)先等級進行配置，優(yōu)先級曲線PF=|T2PUp/T2PDn|，其中T2PUp、T2PDn函數(shù)均是與FRAB、T2PInflow有關的三維函數(shù)，根據(jù)每個流的具體運行點和載扇長時負荷程度，當系統(tǒng)過載時進行下調，即用T2PDn；當系統(tǒng)不過載時進行上調，即用T2PUp。

根據(jù)業(yè)務特征，考慮不同的編碼技術影響警務通視頻碼率要求，設計了300 kbit/s、400 kbit/s兩套T2P傳輸函數(shù)參數(shù)配置，見表 1、表 2，通過配置網(wǎng)絡的 T2PAxis、FRABAxis、T2PUpT2PAxisFRABAxis，合理設計警務通 PF 曲線的零點、截距和斜率，保障警務通在不同負荷條件下的優(yōu)先級。采用MATLAB仿真了BE和警務通的T2PUp、T2PDn曲面，根據(jù)曲面圖給出了BE、Qchat和警務通的PF曲線，如圖5所示。

從圖5可以看出，對于BE用戶，在系統(tǒng)較閑和T2P資源較多的情況下，可以獲得較大的T2PUp值，T2PDn平面是隨T2P資源和系統(tǒng)的忙碌程度單調遞減的；對于警務通業(yè)務，分配資源相對固定，在T2P資源足夠多的情況下，維持一個穩(wěn)定值。

圖4 PF理論曲線

表1 警務通T2P傳輸函數(shù)優(yōu)化（300 kbit/s）

表2 警務通T2P傳輸函數(shù)優(yōu)化（400 kbit/s）

圖5 BE、警務通T2P曲面

根據(jù)T2P曲面，可得BE、Qchat、警務通的PF曲線，如圖6所示，BE業(yè)務的T2P資源分配是根據(jù)負荷的變化而變化，發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的長度也有很大的變化范圍，從而保證其吞吐量；Qchat是實時小流量業(yè)務，其優(yōu)先級曲線必然是很陡峭的；而警務通業(yè)務是實時大流量業(yè)務，必然以較高優(yōu)先級分配固定資源。因此，實踐中優(yōu)化PF曲線，可根據(jù)T2PTransitionFunction相關參數(shù)調整優(yōu)先級PF曲線的零點、截距和斜率。通過優(yōu)化傳輸函數(shù)T2PUp、T2PDn的參數(shù)配置，可以提升反向速率。對于Qchat業(yè)務，可以將T2PUpT2PAxis00FRABAxis0、T2PUpT2PAxis01FRABAxis0 設置大一些，第3個點T2PUpT2PAxis02FRABAxis0設置小一點，保證在高負荷下，流初始啟動的瞬間，Qchat流能迅速達到目標吞吐量。

圖6 BE、Qchat、警務通 PF 曲線

通過以上分析可知，PF曲線反映了對應MAC流的QoS特征，從而保證其Qchat話音質量和警務通視頻效果。同理，可以根據(jù)不同業(yè)務、不同流的QoS屬性要求設計不同的PF曲線。

3 T2P參數(shù)優(yōu)化模板

T2P算法由眾多常量和變量組成，而實際優(yōu)化主要遵循調整常量參數(shù)保證業(yè)務的應用，根據(jù)系統(tǒng)負荷，微調變量保障業(yè)務感知。通過上述分析，總結了T2P參數(shù)優(yōu)化模板，見表3。采用此套T2P流控參數(shù)，可以很好地滿足優(yōu)先級和相應流的時延、帶寬的QoS要求。

4 T2P參數(shù)優(yōu)化效果

4.1 QRABSelect優(yōu)化效果

對于Qchat業(yè)務，設置相應MAC流的QRABSelect為1，根據(jù)實際的信號環(huán)境合理設置PSQRABThDRCLock、PSQRABThDRCUnLock值，使得對多個載扇進行RAB合并時，QRABps忽略導頻強度太弱的服務載扇，增加相應MAC流的T2PInflow資源。QRAB判決參數(shù)優(yōu)化效果如圖 7、圖8所示。QRABSelect設置為1時，QRAB判為1的概率降低，保障了T2PInflow的分配，保證了Qchat在高負荷區(qū)域和忙閑不均的小區(qū)邊緣的業(yè)務質量。

4.2 Qchat現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化效果

根據(jù)對Qchat業(yè)務特征和Ev-Do QoS屬性參數(shù)配置的研究，通過調整Lo Lat Termination Target PS、LoLatT2P TransitionPS屬性，實現(xiàn)了多流性能調優(yōu)，使得當系統(tǒng)負荷較高時，低優(yōu)先級的BE流不影響高優(yōu)先級的Qchat流的性能；同時BE流可最大程度地利用系統(tǒng)的資源。在中等負荷（2個上傳，5個下載BE用戶）下，如圖9所示，實現(xiàn)單載扇容量達70個Qchat用戶，同時BE上傳平均速率為75 kbit/s，下載平均速率為157 kbit/s，用戶體驗較好。當Qchat用戶數(shù)超過70時，反向底噪過大導致BE速率迅速下降，同時Qchat出現(xiàn)隨機接入失敗，3G網(wǎng)絡脫網(wǎng)。采用默認屬性，在35個用戶時，底噪就抬升到-70.6 dBm，Qchat接入失敗，隨機出現(xiàn)Qchat終端3G網(wǎng)絡脫網(wǎng)。但為了兼顧保證BE用戶感知，仍建議一般單載扇最大用戶數(shù)為35，在BE用戶較少的Qchat密集場景可通過優(yōu)化屬性參數(shù)，調整為70。

表3 T2P參數(shù)優(yōu)化模板

圖7 QRAB判決參數(shù)生效驗證

圖8 QRAB判決參數(shù)優(yōu)化效果

4.3 警務通參數(shù)優(yōu)化效果

對于警務通業(yè)務應用上述的400 kbit/s參數(shù)配置，受修改的T2P參數(shù)的影響，警務通業(yè)務的反向分組基本采用PS（12288）的大分組格式傳輸，因而上傳平均速率可達551.7 kbit/s，較普通BE用戶提升380 kbit/s。

圖9 中等負荷下調整后的Qchat容量與默認參數(shù)接入用戶數(shù)實測對比

5 結束語

本文首先指出了目前Ev-Do多流業(yè)務優(yōu)化存在的問題，闡述了T2P算法基本原理，調整優(yōu)化了QRABselect、T2PInflowMin、T2PTransitionFunction等重要參數(shù)，QRAB 判決參數(shù)克服激活集中某個最差扇區(qū)對于終端反向發(fā)送速率的影響，T2PInflowMin決定了在扇區(qū)最忙時刻的T2P桶的最小資源，是保證最低用戶感知的關鍵，T2PTransitionFunction控制了漏桶進水量上升或下降的優(yōu)先級。指出了時延敏感大流量業(yè)務的理論PF曲線的不合理性，設計了警務通300 kbit/s、400 kbit/s兩套T2P傳輸函數(shù)參數(shù)配置，并仿真了T2PUp、T2PDn平面，得到了BE流、Qchat流和警務通的PF曲線，創(chuàng)新性地提出了一套T2P反向流控參數(shù)優(yōu)化模板和PF曲線優(yōu)化方法，保障了業(yè)務的QoS資源，從而保障業(yè)務在實際場景中的應用效果。本文主要基于警務通和Qchat兩類典型的業(yè)務展開討論，其他多流業(yè)務可根據(jù)業(yè)務的實時性、最小速率的要求，按表3調整 T2PInflowMin、T2PInflowMax和 BucketFactor等參數(shù)，保障業(yè)務感知。但優(yōu)化T2P參數(shù)時，需要考慮網(wǎng)絡穩(wěn)定性要求，防止因T2P參數(shù)設置過于極端而對網(wǎng)絡穩(wěn)定造成影響。

Ev-Do的QoS機制提供了端到端的時延、帶寬等保證，可以針對不同的業(yè)務特征，設計不同的T2PUp、T2PDn函數(shù)，保障用戶間、用戶內QoS特性要求。隨著VoIP、在線游戲、在線視頻等實時業(yè)務應用的增多，多流之間的相互影響，會產(chǎn)生一些問題，例如，流的合并門限太低，會導致低優(yōu)先級流的加入，影響了高優(yōu)先級流的調度；多流的性能與用戶位置的關系；反向吞吐量和反向時延均衡等問題，仍需要不斷探索優(yōu)化方法。

1 3GPP2C.S0024-B.cdma2000HighRatePacketDataAir Interface Specification Version 2.0,2007

2 3GPP 25.234 v10.0.0.Transparent End-to-End Packet-Switched Streaming Service Protocol and Codecs,2011

3 3GPP2 SR0079-0 v1.0.Support for End-to-End QoS Stage1 Requirements,2004

4 SJ-20100106105851-018-ZXC10 BSSB(V 8.0.2.007).cdma2000基站系統(tǒng)配置參數(shù)手冊_Do無線參數(shù)分冊,2007

Research on T2P Algorithm and Its Application on Multiflow Service in Ev-Do System

Zheng Yazhong,Zhang Zhihua
(Wireless Network Optimization Center,Jiangsu Branch of China Telecom Co.,Ltd.,Nanjing 210037,China)

As the scale development of Qchat,real-time video service,improving the service experience is important in the case of network congestion.The T2P algorithm is the key technology,which controls reverse rates of different subscribers,services in the Ev-Do RevA system.The T2P transaction function was studied and the T2P parameter settings in major device system was analyzed.A new T2P reverse flow control parameters scheme to ensure the performance of Qchat and real-time video,which are the typical reverse delay-sensitive and rate-sensitive service,was also creatively proposed.Furthermore,the scheme was applied in the operation network.The scheme has important practical value to enhance the performance of the multiflow service in Ev-Do system.

Qchat,real-time video service,QoS,T2P,QRAB Select,T2PInflowMin

10.3969/j.issn.1000-0801.2013.03.022

鄭亞忠，男，碩士，現(xiàn)就職于中國電信股份有限公司江蘇分公司無線網(wǎng)絡優(yōu)化中心，主要研究方向為4G/LTE物理層關鍵技術、CDMA無線網(wǎng)絡優(yōu)化。

張志華，男，博士，中國電信股份有限公司江蘇分公司無線網(wǎng)絡優(yōu)化中心副主任，國資委技術能手，主要研究方向為CDMA無線網(wǎng)絡優(yōu)化、4G/LTE關鍵技術及網(wǎng)絡優(yōu)化。

2012-11-29）