TD-SCDMA无线网络KPI和Qos

长长

无线网络KPI与QoE

2.1 无线网络KPI

无线网络KPI是评估网络质量的重要手段。网络设备中设定了大量由信令触发的计数器，记录着整个网络的全部事件。这些计数器有CC（Cumulative Counter）、SI（Status Inspection）等多种类型。与KPI报表相关的计数器，大部分是CC类型的，也就是累加计数器。以RRC连接的建立过程为例，RNC每收到一次RRC Connection Request，RRC连接建立请求次数就会被加1（例如，从32 000次增加到32 001次），为了能计算RRC连接建立成功率，还需要另外一个CC类型的计数器来记录RRC连接建立成功次数，RNC每收到一次RRC Connection Setup Complete，RRC连接建立成功次数就会被加1（例如，从31 828次增加到31 829次）……

对网络优化工程师而言，了解KPI体系是基本功，具体来说，包括以下内容：

（1）了解KPI统计公式及其统计意义。

（2）了解各KPI统计公式的信令触发点。

（3）了解与这些信令触发点相关联的信令流程和网络优化参数。看到某项KPI偏低，能够立刻想到与之相关的信令触发点，这些信令由哪些物理信道承载，这些信道在发送这些信令的时候采用开环还是闭环功控，与哪些参数有关，等等。

考虑到如果不同厂家对KPI统计公式的计算方法、信令触发点有所差异，会对网络指标的横向评估带来不便，因此中国移动在TD-SCDMA 实验网建设初期，组织各设备商就无线网络KPI的统计体系进行了统一，并制定了相关的企业标准。下面根据相关企业标准中的分类方法，分别介绍呼叫建立特性、呼叫保持特性、移动性管理特性、系统资源等指标。

2.1.1 呼叫建立特性

呼叫建立特性包括：RRC 建立成功率、RAB 建立成功率、无线接通率。从时间流程上看，首先通过RRC连接建立，UE和网络侧建立一条交互的通道，鉴权和加密完成身份识别后进行承载分配，也就是RAB建立。RRC建立成功率和RAB建立成功率，就是对这两个过程的体现。而无线接通率就等于RRC建立成功率与RAB建立成功率的乘积。

1．RRC连接建立成功率

RRC 连接建立可以分两种情况：一种是与业务相关的RRC 连接建立；另一种是与业务无关（如位置更新、系统间小区重选、注册等）的RRC 连接建立。前者对无线接通率有着很大的影响，后者可用于考察系统负荷。

RRC 连接建立尝试次数按建立原因可以分为20 种，其中和业务相关的原因有8 种，分别为：主叫会话类业务、主叫流类业务、主叫交互类业务、主叫背景类业务、被叫会话类业务、被叫流类业务、被叫交互类业务、被叫背景类业务。需要注意的是，在RRC 连接建立阶段，网络侧只能区分RRC建立原因（会话类、流类、交互类、背景类等），而无法区分RRC连接究竟是CS域还是PS域的。也就是说，原则上是无法统计“CS域RRC连接建立成功率”或“PS 域RRC 连接建立成功率”之类的指标的。一种折中的办法是：考虑到目前的CS 域业务主要是会话业务，因此可以近似地将“会话类RRC连接建立成功率”等同于“CS域RRC连接建立成功率”。RRC连接建立成功率的统计公式为：

2．RAB建立成功率

RAB建立是由CN发起，UTRAN执行的功能。RAB是指用户平面的承载，用于UE和CN之间传送语音、数据及多媒体业务。UE首先要完成RRC连接建立，然后才能建立RAB，当RAB建立成功以后，一个基本的呼叫即建立，UE进入通话过程。

RAB建立成功率用RAB指派建立尝试次数和RAB指派建立成功响应次数的比表示，对应的信令触发点分别为：RAB 建立请求（RAB Assignment Request）和RAB 建立成功（RAB Assignment Response）。RAB建立成功率的统计公式如下：

3．无线接通率

TD-SCDMA系统的无线接通率计算公式如下：

从式（2.3）可以看出，如果无线接通率偏低，要么是RRC 建立成功率的问题，要么是RAB建立成功率的问题。一般来讲，CS业务的无线接通率问题，重点关注RRC建立成功率；而PS 业务的无线接通率问题，重点关注RAB 建立成功率。这主要是因为，CS 业务，尤其是语音电话，需要的资源较少，因此在RAB 建立阶段，只要空口没问题，一般不会出现资源分配失败；而PS业务对资源要求较高，在资源分配阶段出现问题的概率较大。

从统计方式上看，只要RAB 建立成功，KPI 报表上就能体现出无线接通。因此，如果Alerting 或Connect 阶段出了问题，虽然从用户侧来看，并没有接通，但KPI 报表会统计为接通。从这个意义上说，由于统计公式本身无法避免的一些问题，无线接通率往往与真实的用户感知存在一定程度的差别。与之形成对比的是，路测软件统计的是端到端的接通率，一般要看到Connect Acknowledge之后才算接通。如果将同一区域KPI报表中的无线接通率与路测接通率做对比，会发现在大部分情况下，网管侧统计的无线接通率要略高于路测接通率。

2.1.2 呼叫保持特性

呼叫保持特性包括：电路域掉话率、分组域掉线率、话务掉话比、流量掉线比。其统计方式与路测软件也有明显区别。路测软件侧一般以如下条件来触发掉话/掉线统计：通话过程中，如果空口消息满足以下3个条件中的任何一个，则存在掉话：① 收到任何BCH消息（即系统信息块）；② 收到RRC Release消息且释放原因为Not Normal；③ 收到RCC Disconnect、RCC Release Complete、RCC Release三条消息中的任何一条，且释放原因为Not Normal Clearing或者Not Normal Unspecified。而网管侧的掉话率/掉线率统计则表示为

其中，“RNC 请求释放的电路域RAB 数目”与“RNC 请求释放的分组域RAB 数目”均以RNC发起的RAB Release Requst或Iu Release Requst触发，如图2.1所示。

（点击查看大图）图2.1 掉话/掉线的信令触发点

这里需要强调的是，掉话与正常释放之间的区别。正常的业务释放一般是由用户挂机，UE 通过上行直传告知CN 需要结束业务、释放资源、停止计费等。然后CN 向RNC 发起释放。而异常的业务释放，也就是掉话，一般是由于空口失步导致RNC 侧某个定时器超时，RNC 不可能无限制地为该链路保持资源等待下去。因此，超时之后，RNC 会认为链路已经无法恢复，于是向CN发起RAB Release Request或Iu Release Request，触发掉线。也就是说，正常释放与异常掉话的主要区别在于其释放过程，前者由CN 向RNC 发起，而后者由RNC向CN发起。

尽管CS 域掉话率与PS 域掉线率的统计公式和信令触发点完全一样，但总体来说，PS域掉线率要高于CS域掉话率，其原因主要体现在以下几个方面。

（1）统计公式的原因。CS 域掉话率与PS 域掉线率统计公式相同，CS 业务一般平均通话时长较短，RAB 指派建立成功次数更多，分母更大；而PS 业务在线时长一般较长，RAB建立次数相对较少，因此统计公式分母较小，在掉话次数与掉线次数相差不大的情况下，掉线率的分母更小，数值也相对偏大。

（2）用户行为的原因。用户突然拔出数据卡导致数据卡掉电，或者未正常释放，NodeB侧会检测到上行失步，向RNC上报Radio Link Failure，当Radio Link Failure积累到一定次数，RNC会向CN发起释放，导致掉线统计。

（3）终端侧的原因。例如signaling Connection Release Indication引起的掉线。协议中引入signaling Connection Release Indication的最初目的，是为了防止终端异常而网络侧检测不到，导致网络侧无法释放资源的问题，因此signaling Connection Release Indication 触发IuRelease Request，本意是统计终端故障引起的掉线。而有的终端制造商为了降低产品耗电，设定在没有PS流量30 s后，会主动发送“signaling Connection Release Indication”（如图2.2所示），这就属于对信令的不规范使用。此过程是UE在用户不使用业务时主动发起的，不会影响用户主观感受，还可以主动释放空口资源，节省终端电源。为能更客观地反应网络的无线掉线率，后期各设备商的RNC侧在统计掉线率时，一般将Singnalling Connection ReleaseIndication引起的Iu Release Requst排除在外。此外，对很多终端而言，当上/下行均没有业务流量时，终端和系统会分别上报测量值为0的4B测量报告，RNC对测量报告进行计数，当两个方向连续收到的测量值为0的4B测量报告个数达到进入Idle状态门限后，RNC会主动发起Iu Release Request，释放原因为用户去激活（User Inactivity），UE进入Idle状态。网络侧释放Iu连接和RAB资源后，当用户侧再次发起业务请求时，UE会自动进行RRC连接，直接进行RAB 重建，无须进行PDP 激活，整个过程不影响用户感受。对于此种原因触发的Iu Release Requst，也不应算做异常掉线。

图2.2 Signalling Connection Release Indication引起的Iu Release Request

除了上述掉话率、掉线率之外，话务掉话比、流量掉线比也是衡量呼叫保持特性的常用指标

话务掉话比=话务量/掉话次数

流量掉线比=流量/掉线次数

为了体现这两个指标的意义，举例说明：如果某城市的PS 域掉线率在一年时间内一直保持不变，未有改善，这未必就说明网络优化没有效果。因为在这段时间内，如果PS 流量增长了3倍，而掉线率能保持不变，这本身就是一种进步和成绩，也就是说，尽管掉线率没有改善，但流量掉线比一直在增加。

对呼叫保持特性的理解应该将KPI统计公式与相关的定时器、计数器结合起来，因为大部分的掉话都可以理解为某个定时器超时。

2.1.3 移动性管理（1）

从切换类型来分，移动性管理指标包括：RNC内硬切换成功率（又可以进一步细分为同频硬切换成功率、异频硬切换成功率）、RNC 内接力切换成功率（又可以进一步细分为同频接力切换成功率、异频接力切换成功率）、RNC间重定位成功率等。

从统计的区域粒度来分，移动性管理指标可按照RNC 级（RNC Function）、小区级（UTRAN Cell）、邻区级（UTRAN Relation、GSM Relation）来统计。RNC级报表可以用来评估整个RNC 下的切换成功率；如果要进一步查找切换成功率低的小区，就需要小区级报表；而如果某个小区切换成功率低，需要查找究竟是哪对邻区关系之间的切换出了问题，就需要邻区级的切换报表了。

1．RNC内切换的成功率

RNC内切换的成功率以能够触发切换的Measurement Report作为切换请求次数的统计触发点，以RNC收到的Physical Channel Reconfiguration 作为切换成功次数的统计触发点。如图2.3所示。计算公式如下：

图2.3 RNC内切换的信令触发点

以最常见的物理信道重配置为例，RNC 内切换切出成功次数由RNC 收到UE 发送的Physical Channel Reconfiguration Complete消息来触发；RNC内切换切出尝试次数由RNC向UE发送Physical Channel Reconfiguration消息来触发。

需要注意的是，能够触发切换的信令并不仅仅局限于Physical Channel Reconfiguration，还包括Radio Bearer Reconfiguration、Transport Channel Reconfiguration等，在此不再赘述。

2．RNC间重定位的成功率

对于TD-SCDMA系统，可以根据无线资源管理的策略决定是否执行RNC间的重定位。RNC 间重定位分为两个阶段：准备阶段和执行阶段。因此对RNC 间重定位的评估，也是分为准备阶段和执行阶段两个部分来考核的，如图2.4所示。

在RNC间重定位的准备阶段，主要是源RNC（Source RNC）和目的RNC（Target RNC）之间进行交互，源RNC进行重定位触发判决，目的RNC进行准入判决和相应的资源分配。

在RNC间重定位执行阶段，主要是在RNC和UE之间进行交互，将分配好的空口资源及相应参数通过空口消息通知UE。

其中，

“RNC间重定位出准备成功次数”的触发条件为：源RNC收到CN发送的 “重定位命令”消息（Relocation Command），其中重定位类型的值为“UE involved in relocation of SRNS”。

“RNC间重定位出准备尝试次数”的触发条件为：源RNC向CN发送的 “重定位请求” 消息（Relocation Required），指示RNC重定位出准备请求。

图2.4 RNC间重定位的信令触发点

2.1.3 移动性管理（2）

其中，

“RNC间重定位出执行成功次数”的触发条件为：源RNC收到CN发送的“Iu链接释放”消息（Iu Release Command），且原因值为“relocation succ”。

“RNC间重定位出执行尝试次数”的触发条件为：源RNC收到CN发送的 “重定位命令”消息（Relocation Command），其中重定位类型的值为“UE involved in relocation of SRNS”。

其中，

“RNC间重定位入准备成功次数”的触发条件为：目的RNC向CN发送 “重定位请求响应” 消息（Relocation Request Acknowledge），指示重定位入RNC准备成功。

“RNC间重定位入准备尝试次数”的触发条件为：目的RNC接收到CN发送的 “重定位请求”消息（Relocation Request），指示重定位入RNC请求。

其中，

“RNC间重定位入执行成功次数”的触发条件为：目的RNC向CN发送 “重定位完成” 消息（Relocation Complete）。

“RNC间重定位入执行尝试次数”的触发条件为：目的RNC向CN发送 “重定位请求响应” 消息（Relocation Request Acknowledge）。

3．系统间切换成功率

目前对于系统间切换成功率的统计，主要是考察CS域语音电话和PS业务的切换成功率。其中对于CS域语音电话切换成功率，又分为切换准备和切换执行两个阶段。一个典型的CS域语音电话切换流程，如图2.5所示。

图2.5 CS域系统间切换的信令触发点

1）系统间CS域切换准备成功率

其中，

“系统间CS域切换准备成功次数（TD-SCDMA→GSM）”的触发条件为：RNC收到电路域核心网发送的“重定位命令”消息（Relocation Command），指示电路域系统间切换准备成功，每个原因对应一个子测量项。

“系统间CS 域切换准备尝试次数（TD-SCDMA→GSM）”的触发条件为：RNC 向电路域核心网发送的 “重定位准备”消息（Relocation Required），指示电路域系统间切换准备尝试，每个原因对应一个子测量项。

2）系统间CS域切换执行成功率

其中，

“系统间CS 域切换执行成功次数（TD-SCDMA→GSM）”的触发条件为：RNC 收到电路域CN 发送的“Iu 链接释放命令”消息（Iu Release Command），且原因值为“SuccessfulRelocation”指示电路域系统间切换出成功。

“系统间CS域切换执行尝试次数（TD-SCDMA→GSM）”的触发条件为：RNC向UE发送“从UTRAN切换出命令”消息（Handover From UTRAN Command），指示电路域系统间切换出请求。

系统间PS 域切换既可以由UE 发起，也可以由网络侧发起。网络侧发起的PS 域切出涉及Uu 口PS 域切出过程和Iu 口上、下文信息获取过程，其中Uu 口PS 域切出过程对应消息Cell Change Order From UTRAN。UE 发起的PS 域切出，由UE 小区重选过程触发，在Uu 口没有对应消息，只在Iu 口有上、下文信息获取过程。一个典型的PS 域系统间切换流程，如图2.6 所示。

图2.6 PS域系统间切换的信令触发点

其中，

“系统间PS域切换成功次数（TD-SCDMA→GPRS，UTRAN发起）”的触发条件为：RNC接收到分组域CN 发送的“Iu 链接释放命令”（Iu Release Command）消息，且原因值为“Successful Relocation”，指示UTRAN控制的分组域系统间切换出RNC成功。

“系统间PS域切换尝试次数（TD-SCDMA→GPRS，UTRAN发起）”的触发条件为：RNC向UE发送RRC 消息Cell Change Order From UTRAN，指示UTRAN控制的分组域系统间切换出请求。

2.1.4 系统资源

与系统资源相关的KPI指标包括：话务量、流量、码资源利用率等指标。其中，话务量是CS域特有的指标，包括语音电话话务量和视频电话话务量。流量是PS域特有的指标，而码资源利用率则是衡量网络负荷的重要指标，网络优化人员需要定期查看和对比码资源利用率，以决定网络是否存在过载的风险。

对运营商来讲，无限制地追求网络覆盖与容量并不是一个现实的选择。运营商也要保护投资人利益，因此需要在保证网络质量的前提下，尽可能对投入产出比进行优化。

如果仅从码资源利用率来看，全国的码资源利用率都不是很高，远未达到需要扩容的临界值。但HSDPA业务有其特殊性，承载用户数据的HS-PDSCH信道为共享信道，调制方式与传输格式处于动态变化中，同时还受限于伴随信道、用户平均速率等多重因素。在此前提下，不宜继续以码资源利用率作为唯一的评估标准，而是需要根据HSDPA 业务的特点，结合用户体验和业务模型等多种因素重新定义一套更加全面、合理的系统指标，科学地评估HSDPA网络的无线资源利用率，为扩容和优化提供参考。例如，忙时HSDPA平均接入用户数、忙时HSDPA业务码道承载能力等。忙时HSDPA平均接入用户数是指在系统忙时平均在线的HSDPA用户数，单位为“个”。由于系统速率与码资源的不确定性，需考虑单位码资源的数据承载能力作为HSDPA网络性能的评价，其单位为kbps/BRU。

2.1.5 KPI体系的局限性

任何一种网络的KPI体系都不是完美的，存在很多无法避免的局限性，主要体现在：

（1）KPI统计体系依赖于信令触发。某用户按下了拨打键，发出RRC Connection Request，如果上行链路较差，RNC 侧未能收到该信令，无法触发RRC 建立请求次数统计，那么KPI报表上便无法体现此次接入失败。再比如，切换掉话的例子：某用户在A小区发起呼叫，RAB指派建立成功，然后成功切换到B小区，在B小区通话一段时间后，由于某种原因（如覆盖差、干扰等问题），连续发生无线链路失步，超时后RNC向CN发起RAB Release Request，产生掉话。那么B小区由RAB Release Request引起的掉话次数为1，但如果B小区在该时段内并没有人发起呼叫，RAB Assignment Success的次数为0，那么统计B小区的无线掉话率就会出现1/0 的情况，分母为0，没有数学意义。同理，如果由于切换后掉话导致在B 小区释放的RAB数目多于在B小区建立成功的RAB数目，那么会计算得出B小区的无线掉话率大于100%的情况。

（2）KPI无法体现客户感知。传统的网络优化手段可以有效提升网络KPI指标，但是用户感知并不等同于网络KPI，优秀的网络KPI 只是提升用户感知的必要条件而非充分条件。要切实提升用户感知，必须在全面提升网络KPI的基础上，建立并完善应用层用户感知控制机制。

从另一方面看，对于KPI统计体系的不完美，也并不能做出过多苛求。事实上，在每个新系统部署之前，同行业的设备商一般都会在运营商的组织下，在3GPP 规范的框架内，就无线网络KPI的统计标准进行广泛的讨论，各厂家和运营商根据自己的技术观点和实验网经验，对各个KPI统计公式的不足也都有充分的认识和预知，对于存在缺陷和不足的统计公式，也都会给出新的建议。但事实上针对每种新的统计方式，总会找出缺陷和不足，这是无法避免的。因此，经过反复的折中和权衡，现有的KPI体系仍然是相对较好的体系，仍然是网络优化评估的重要手段，其不足之处的根源主要在于：KPI 体现的是统计意义，因此不可能面面俱到，考虑到所有特殊的个例。而目前网络运营商之间的竞争越来越激烈，用户的要求也越来越高，这就要求对网络性能的任何不足都要能及时有效地发现和评估，仅靠KPI体系就显得捉襟见肘，所以，网络优化评估手段的一个变化趋势是，在KPI体系的基础上，将路测、MR分析等多种手段相结合，同时在评估标准的基础上有所创新，更贴近用户感知。

2.2 QoE 与客户感知

KPI 关键性能指标主要是基于网络层面对网元设备的性能描述，由一组可检测、可度量的参数构成，是运营商对网络进行测量管理的重要方法，如无线接通率、掉话率等，但KPI往往与用户感知相差较大，3G业务成功的关键是看用户体验质量（QoE）的好坏，激烈的市场竞争使运营商意识到：提高终端用户的满意度，留住用户并扩大用户规模是生存和盈利的关键，因此QoE的概念和相关研究应运而生。

QoE（Quality of Experience，体验质量）是指用户对设备、网络、系统、应用和业务的质量和性能上的主观感受。QoE指的是用户感受到的完成整个过程的难易程度。QoE可以理解为用户体验或者用户感知，即终端用户对移动网络提供的业务性能的主观感受。它可以通过接近量化的方法来表示终端用户对业务与网络的体验和感受，并反映当前业务和网络的质量与用户期望间的差距。例如，QoE的量化指标可以用优秀、很好、好、一般、差来标识。QoE的评价主体是终端用户，评价对象是业务和支撑业务的网络（主要包括核心网络、无线网络和业务平台）。另一个常用的概念QoS，即服务质量，是指服务性能的累积效果，该效果用来决定用来评估用户对服务的满意程度。

QoE 与QoS 是密切相关的，用户感受到的QoS 就是QoE，QoE 是QoS 在用户心目中的主观体现。同时二者也存在着本质的差异，QoE 是主观感觉而QoS 是客观度量。ITU-TRec E.800最初定义QoS为“决定用户满意程度的服务性能的综合效果”，包含多个层面较为广泛的内容。QoS提出的最终目标就是当终端用户使用一个特定服务时可以得到最好的体验。考虑到终端用户对QoS的体验随着应用需求的不同而不同，需要为下层协议定义出一组公共参数来明确业务的需求，因此目前业界有时也将QoS狭义地理解为底层分组数据传输的性能指标，如时延、抖动、带宽、误码等。从ITU-T 的定义可见QoS 提出概念的初衷是和QoE概念相吻合的。从移动通信网络的角度来说，要想获得更好的QoE的最佳方案就是提供一个优良的端到端的QoS。

QoE、QoS 和KPI 三者在移动通信网中的关系，如图2.7 所示。QoE 包含了参与通信的各个实体，包括终端中人机界面两侧的实体；QoS 仅考察通信中非人的实体部分，KPI 则仅考察网络侧的性能。例如，语音业务MOS测试就属于一种QoE的衡量手段。再比如，某用户通过TD-SCDMA网络浏览网页，网络的PS域接通率和掉线率属于KPI的范畴，终端测量到的BLER 和数据抖动等指标属于QoS 的范畴，而“对网页浏览是否满意”属于QoE 的范畴。可能某一瞬间网络的无线接通率等KPI 较好，BLER 和抖动也较低，但由于某种原因，导致用户打开网页的时延较长，用户对此感觉不满意，QoE较差。

（点击查看大图）图2.7 QoE、QoS与KPI的关系

移动通信产业收入的持续增长是运营商追求的目标，而这有赖于丰富的移动业务和应用的普及和成功。运营商必须主动监测和管理其用户在使用业务时的QoE，高质量的体验将提高用户对业务和应用的认可度，提升运营商品牌的价值。当前运营商面临的最大挑战就是如何对用户的实际业务质量进行实时观察、实时改进，并将网络运营活动定位到最有价值的用户群体中。这些都是运营商进行QoE研究的意义所在。QoE管理的目标就是收集各种关键统计量，并将其转化为用户体验的知识，帮助运营商构建对用户体验的认识和理解，从而推动网络技术部门对现有资源的优化进程，尤其是对高ARPU用户影响最大的网络性能优化工作。

通过QoE管理，运营商可以将网络质量、市场销售和客户服务的诸多前端部门，与网络规划和优化、运营维护、信息支撑等后端部门，有效地互动起来，形成以提升用户体验为目的的面向用户、业务和网络的多方配合协作体系。对于QoE管理方面的研究，重点是在现有的架构下，能提出切实有效的QoE 映射关系与评估体系，例如，将MR 分析、KPI 统计、MOS统计等各项指标关联起来，通过公式进行加权，并以问卷调查、用户投诉分析等手段分析判断各项KQI 对QoE 影响的权重，据此来建立一定应用环境下的QoE 对KQI、KPI 之间的映射关系。

从QoE 概念的提出到相关标准进展和后续研究方向可见，运营商是QoE 管理链中的主要推动者，起着举足轻重的作用。有关QoE的深入研究将是未来几年移动通信产业的热门方向之一。