Gb接口使用率测算方法的比较分析及扩容方案

王洪敏

（渤海大学 高职学院，辽宁 锦州121000）

在最近多个不同运营商的SGSN节点升级后，单节点的多个KPI项出现显著下降。具体表现包括：寻呼失败率PFR（Paging Failure Rate）从5%上升到25%；路由区更新失败率RAUFR(Route Area Update Failure Rate)从0.8%上升到3.3%；附着失败率AFR（Attach Failure Rate）从 1%上升到 16%，是什么原因造成的，又将如何解决，文中将就此展开论述。

1 SGSN,BSC节点和Gb接口简介

SGSN是英文Serving GPRSSupport Node的缩写。SGSN作为GPRS/TD-SCDMA(WCDMA)核心网分组域设备重要组成部分，主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能[1]。

BSC是英文Base Station Controller的缩写。它是基站收发台和移动交换中心之间的信息交换接口。其主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制区内移动的过区切换进行控制等[2]。

Gb接口是SGSN和BSC节点之间的数据链路接口。通过该接口SGSN完成同BSC系统之间的通信，以完成分组数据传送、移动性管理、会话管理方面的功能。该接口是GPRS组网的必选接口[3]。

2 问题的分析

经分析发现，出现问题的SGSN节点普遍存在以下共性：

1）升级前版本较陈旧，比如2009B，直接升级到最新版本2013A。

2）Gb 口以帧中继（Gb over Frame Relay）形式实现。

3）在升级之前Gb接口的带宽占用比已经比较高，比如有个别SGSN节点的Gb接口带宽占用率达到76%。

在进一步的代码级分析后找到根本原因，是老版本中SGSN在处理能力有限时，会将超出缓存区容量的数据包自动丢弃。但在2011B版本的软件实现时，MSU层进行了重新设计，将缓存区扩大到原来的10倍，并增加了缓存优化算法，以提高SGSN的数据处理能力。所以如果在升级前SGSN有大量数据包被丢弃，则在升级后这些数据包不会被丢弃，或至少不会被全部丢弃，而是正常地下行到BSC。从而可能造成在升级后，随着通过Gb接口下行链路数据量的急剧增加，而出现拥塞的状况。具体表现为上述的KPI下降，最终影响终端用户的数据业务[4]。

根据以上分析，需要完成的工作包括：

1）如何确切了解客户现网的Gb使用状况；

2）判断是否属于拥塞状况；

3）并进一步向客户推荐扩容方案。

3 方案的选择

3.1 方案一

在SNDCP层，使用pdc_kpi命令对流量计算。这种方法是最简单的，但是由于结果中包括了IP流量，会导致计算结果偏大，无法准确的计算出当前的Gb接口的使用状况。

3.2 方案二

在JET层，使用frWanTxBytes命令来计算计数器的个数。从而能计算出Gb接口的使用状况[5]。也就避免了第一种方案的计算结果不准确的问题。但是随之而来的，这种方式也有其先天的劣势，即只能统计出SGSN节点上的所有Gb接口的平均使用状况，不能区分各BSC的Gb接口流量计算，也就无法确切知道哪个BSC超载。这种情况在现网中是常见的场景，即一个SGSN节点覆盖一座城市，有几十个BSC与其相连接。某几个BSC由于处于市中心，或经济较发达地区，接入请求多，故会造成Gb接口的拥塞，需要在SGSN升级前扩容，但其他BSC节点则不必扩容。

3.3 方案三

在Bssgp层，使用bssgpDownlinkOctets命令来计算计数器的个数，并同时记录相应BSC索引信息做对比。这样就能在方案2的基础上准确记录每个BSC对应的Gb接口的使用状况，也就能根据测算结果向客户提出明确的，具体到某个BSC节点的扩容建议。综合以上分析，方案三是最佳方案。

4 测算工具的具体实现

为提高数据搜集的准确性和全面性，使用PERL语言封装了一个工具，要求PERL的版本为5.6.0或以上，其样本命令行如下：

gb_ultilization-i600-e 1800-o gb_fr_ultilization&

具体解释：

gb_ultilization是工具名称。

-i600用于设置工具运行时间长度。单位是秒，如果此字段没设置，默认时间长度是86400，即1天。

-e 1800用于设置工具执行时间间隔。单位是秒，如果此字段没设置，默认时间间隔是3600，即1小时。

-o gb_fr_ultilization用于定义输出文件记录名称，并保存在跟工具相同的目录下。如果此字段没设置，默认文件名称是gb_fr_ultilization。

&标示此工具将在后台运行，从而能不影响工具运行时间段内的前台操作。同时也减少被误操作而影响最终数据正确性的可能性。

在完成所有指定时间点的数据采集后，该工具会根据从现网搜集到的Gb接口下行数据以Office Excel 2003格式生成图表。使Gb接口在过去的数据采集窗口中的使用状况直观的展示出来，作为一个重要依据供客户决定是否要做BSC扩容。

由于不涉及重启节点等操作，所以运行此工具，对终端用户的通信没有影响。

根据BSC-NSE的个数，以及数据计算量，对CPU会有瞬时2%-5%的占用。在常见现网约30%CPU占用率的情况下，不会因为运行此工具而引起各KPI的下降。并设置了50%的阈值，即如果在运行时探测到CPU的实时占用率达到50%，搜集数据的动作将延时1分钟执行。

5 工具运行结果

图1中清晰的标示出现网实测值，设备提供商的告警值以及客户的基线值之间的关系。

图1 客户现网102号BSC-NSE节点24小时Gb接口使用率统计图Fig.1 the current network customers of BSC-NSE node 102 obtain statistical chart of Gb interface usage in 24 hours

分析报告内容如下：

Measure Interval is 24 hours

根据客户反馈，至少覆盖每天两次的早，晚峰时进行测试，多设置为24小时，以能较全面的掌握现网的Gb接口使用情况。

Gb Utilization for BSC-NSE:102,Peak time:20.Peak Value:52.4%.Average Value:32.34%

以19～20时为例，根据bssgpDownlinkOctets计数器计算，获得BSC-NSE 102节点Gb接口数据信息如下：

gsh get_pm_type_report-mo bssgp-mt DownlinkOctets-mi102

Time:19:01:01

TypeOwner:bssgp

TypeName:DownlinkOctets

Index:102

Category:counter

Value:292937851072

gsh get_pm_type_report-mo bssgp-mt DownlinkOctets-mi102

Time:20.01:01

TypeOwner:bssgp

TypeName:DownlinkOctets

Index:102

Category:counter

Value:293895961178

现网中该BSC对应2个trunk，31个时隙，每个时隙有64k带宽，故有以下计算：

Gb使用率 =((A-B)*8)/(3 600*2*64k*31)=52.4%

如果仅根据根据平均值32.34%来看，现网的Gb接口使用率处于安全状态，不会成为SGSN升级的瓶颈，但根据具体BSC-NSE 102的Gb接口使用率统计结果，可以更准确的判断出是存在拥塞风险的。这也是本测算方法比较于另外两种测算方法的优势。

根据多个客户的升级实践经验来看，如果此数据大于65%，将强烈建议客户在SGSN节点升级前改善该BSC的Gb拥塞状况，建议至少将此KPI数据降低到50%或以下。而本例中，客户的基线值是45%，即客户认为Gb接口的使用率超过45%，即应先Gb接口扩容，以避免造成对终端用户提供的数据服务质量下降等风险。

6 解决方案

6.1 扩展时隙

检查该BSC节点的时隙使用情况，如果仍然有未使用的时隙，可通过更新配置来更加充分地利用当前空闲的时隙。使得Gb接口的荷载率降低到安全水平。这是在解决这个问题的首选方式，因为此方式可以只通过更新配置文件即可实现，操作风险小，并且不必增加硬件设备，可节省成本并缩短交付周期。

6.2 硬件扩容

如果经过检查，确认已经没有可以用于扩展的时隙，则可查看是否有空闲的E1T1板可供扩容，或是另外增加E1T1板，并增加相应线缆及更新配置，以硬件扩容的方式解决这个问题。上例中，客户即是通过增加E1T1板卡实现Gb接口的扩容，并最终将Gb接口的使用率降低到34.9%。

6.3 改为IP通讯

如果前述的两种方式都无法满足现网的通讯要求，则可以考虑将帧中继通讯方式（Gb over frame relay）升级为IP通讯方式（Gb over IP）[6]。这种通讯方式可以彻底解决Gb拥塞问题。但需要周边节点的同步升级，并且需要重新对网络做设计，时间成本和技术要求非常高。所以是最后的选择。通常在前期要做较详尽的规划才可实施，否则仍然建议暂时以硬件扩容的方式绕过这个问题，在下一次全网升级时，再将通讯方式的改造升级列入项目计划中。

7 结论

综上所述，运营商在进行设备升级后，应在Bssgp层，使用bssgpDownlinkOctets命令来计算计数器的个数，并同时记录相应BSC索引信息做对比，准确记录每个BSC对应的Gb接口的使用状况，具体到某个BSC节点的扩容建议。然后采取扩展BSC节点时隙，扩容E1T1板，或升级通讯方式为IP通讯等方法来解决现网升级中KPI项出现下降的问题。多个运营商， 如 Vodafone,Telma，Telecommunications MOVILNET等的现网升级中应用验证，均获得很好的效果。

[1]中华人民共和国信息产业部.YD/T 1106-2001.900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务（GPRS）基站子系统与服务GPRS支持节点（SGSN）间接口（Gb接口）技术规范[S].北京：信息产业部电信传输研究所，2001.

[2]王琪.SGSN POOL在GPRS核心网中的性能分析及测试研究[D].上海：上海交通大学,2011.

[3]黄乐,何阳,孙洁.Gb接口IP化研究与性能分析[J].邮电设计技术,2010(11):72-74.HUANG Le,HE Yang,SUN Jie.Research and performance analysis of Gb interface IP[J].Designing Techniques Of Posts And Telecommunications,2010(11):72-74.

[4]王菁,党京.基于IP的Gb接口技术及实现[J].电信技术,2008(8):23-25.WANG Jing,DANG Jing.Gb interface technology and the implementation based on IP [J].Telecommunications Technology,2008(8):23-25.

[5]罗鹏.Gb接口IP化分析及应用[D].西安：西安电子科技大学,2011.

[6]王振荣.Gb接口的IP化改造方案研究 [J].电子设计工程，2012(29):135-137.WANG Zhen-rong.Study on modification scheme of Gb interface over IP[J].Electronic Design Engineering,2012(21):135-137.