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GSM 网位置区寻呼容量及其划分的研究  作者：龙伟博 罗欣1 概述在移动通信系统中，位置区(LAC，location Area code) 管理是移动台移动性管理的一个重要 组成部分｡本文首先介绍了位置区概念及其功能，通过对寻呼原理和寻呼过程的分析，讨论和 研究了 GSM 移动通信网中位置区的容量及其划分问题，并分别对位置区寻呼容量 ､话务容量和 位置区划分等几个方面进行了计算和探讨，结合这些数据，以及影响位置区的诸多因素，提出 了在位置区容量和划分上的一些观点和看法｡1.1 几个概念a) 位置区:在 GSM 系统中，由于寻呼信道容量的限制，对移动台的寻呼消息不可能整网下发， 就需要引入一个位置区的概念，在该位置区中包含许多小区，对移动台的寻呼是通过对移动台 所在位置区的所有小区的寻呼来实现的｡b)位置更新:分为正常位置更新､ 周期性位置更新､IMSI 附着位置更新｡正常位置更新，也即跨 位置区的位置更新，是指当移动台发现其存储器内的 LAI 和接收到的小区的 LAI(Location Area Identity)号不一致时，通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息;周期性位置更新，是为了 保持移动台和网络之间密切联系，让网络及时掌握移动台状况的位置更新，网络要求移动台每 隔一定时间向网络发起周期性位置更新请求，这种位置更新叫周期性位置更新;IMSI 附着位置 更新，是指移动台开机时，移动台会向网络发送消息，把自己的开机状态告知网络，网络收到 此消息后，根据其 TMSI 或 IMSI 号，将在系统数据库中注明该用户的当前位置等状态信息， 并向移动台发送其当前小区的 LAI｡c) 寻呼容量:是指网络系统正常情况下，一个位置区内，单位时间内能够进行的最大寻呼次数 ｡1.2 问题的产生移动台的位置更新通过专用控制信道(SDCCH)进行，位置更新次数过多，将使 SDCCH 的负 荷加大，浪费系统的信道资源，同时也会增加 MSC､HLR 的负荷;另外，移动台进行小区更新需 要约 10s 的时间，在此期间不能打出或打进｡一般情况下，每个移动交换中心(MSC) 的控制区可分成若干个位置区｡从减少位置更新频率､ 节约系统信道资源的角度来说，位置区设置得越大越好｡但是，如果位置区过大，超过系统的寻呼能力，将会造成系统寻呼信令负荷过高，以至寻呼消息丢失，使寻呼成功率下降，并且低 的寻呼成功率使得用户产生二次呼叫，会进一步增加系统寻呼负荷，以至进一步恶化寻呼成功 率，严重情况下的恶性循环会导致系统瘫痪｡所以位置区也不能设得太大｡因此，在进行网络规 划时，必须综合考虑位置区容量､信道资源与系统寻呼能力之间的平衡｡随着 GSM 网络的不断发展，用户数和话务密度不断增大，每个位置区内的话务量也不断增 加，这将会对位置区的设置和管理提出新的要求｡2 位置区寻呼容量2.1 寻呼原理分析当一个 LAC 下的移动台被寻呼时，MSC 就会通过基站控制器(BSC) 向对应 LAC 范围内的所 有小区发出寻呼请求｡目前 GSM 网存在 TMSI 寻呼和 IMSI 寻呼两种寻呼方式｡在 GSM 系统中，每个用户都分配了一个惟一的 IMSI，IMSI 写在移动台的 SIM 卡中，长 8 字节，用于用户身份识别;TMSI 由 VLR 为来访的移动用户在鉴权成功后临时分配，仅在该 VLR 管辖范围内代替 IMSI 在空中接口中临时使用，且与 IMSI 相互对应，长 4 字节｡因此空中 接口的寻呼信道在使用 IMSI 方式寻呼时，寻呼请求消息中只能包含 2 个 IMSI 号码，而使用 TMSI 方式寻呼时，则可以包含 4 个 TMSI 号码｡因此，使用 IMSI 方式寻呼带来的寻呼负荷会 比使用 TMSI 方式寻呼增加一倍｡  2.4 每位置区允许的话务量 设置位置区话务容量时，一个重要原则就是位置区的大小不能超过其所能承担的最大寻呼容 量｡对此，先讨论一下一个位置区内寻呼容量和话务量的关系｡假设一个话务模型的平均通话时间为 60s，短消息引起的寻呼比例为 40%(河南移动郑州业务 区统计数据) ，Abis 接口 LAPD 链路按照 16kbit/s 考虑，则寻呼容量为 102852 次/h｡假设移动台第 一次寻呼时响应的比例为 70% ，第二次寻呼时响应的比例为 30%，其他情况可忽略不计(此数据 一般是在 Abis 口寻呼受限时的情况下，在 Abis 口寻呼容量没有瓶颈时，寻呼尝试次数往往会设 置到 5~6 次，一次成功呼叫所需的平均呼叫次数可达 2~3 次) ，则每小时产生的被叫话务量为102852×60%/(1+30%)/60=791.17(Erl)若假定主被叫比例为 1∶1( 目前河南移动全网主被叫比例约为 4。

5∶55，郑州业务区比例约 为 1∶1) ，则可计算出一个位置区最多可容纳的话务量为791.17×2=1582.34(Erl) 该数据是建立在给定的话务模型，一定的 BCCH ､寻呼方式等几个条件下计算的结果，其中非 组合 BCCH 方式，采用 TMSI 寻呼，可使一个位置区内可承载的话务量达到最大，位置区实际的 话务容量还跟网络的实际情况和话务模型有关｡但从上面假定的情况和计算结果看，基本可以得 到这样的结论，当 Abis 接口 LAPD 链路为 16kbit/s 时，为了保障网络的正常运行，建议其最大 话务容量要控制在 1580Erl 以下｡2.5 短消息对位置区寻呼容量的影响短消息可以通过 SDCCH 或 SACCH 发送，根据发送短消息与接收短消息的不同，其流程可分 为短消息主叫流程和短消息被叫流程｡短消息对位置区寻呼容量的影响主要体现在移动台接收短 消息时的影响，移动台接收短消息时，同移动台作被叫一样，系统也要对移动台进行寻呼，因此 基本可以认为，移动台每接收一条短消息和移动台做一次被叫对网络造成相同的影响｡下面将针 对一定的短消息话务模型，来计算和分析短消息对系统造成的具体影响｡短消息业务为接收 3 条/用户/天;系统重发比例为 30%;忙时集中系数为 0。

12｡以一个位置区内 有 10 万用户为例( 郑州业务区一个位置区大约有 6~10 万用户)，位置区内忙时短信寻呼数为100000×3×012×(1+30%)=46800(次/h)可以看出，短消息引起的寻呼也比较大，会对系统造成一定的影响｡另外短消息还有一个显著的特点，就是具有很大的突发性，节假日高峰期间，突发因子可达 3~8，也即节假日的忙时短信量要达到平常忙时短信量的 3~8 倍，此时短信引起的寻呼将达到100000×3×012×8×(1+30%)=374400(次/h)这个数据是非常惊人的，并且这种短消息高峰往往是伴随着话务高峰发生的，这 2 个高峰将 会造成一个很大的寻呼量，对系统造成极大的冲击｡此时就需要一定的流控保护，如采取短信不 再设置重发､高峰缓冲迟延处理､降低最大寻呼次数等措施，以保证网络平稳度过节假日短信与话 务高峰｡3 位置区边界的划分GSM 建网初期，一般可以将几个 BSC 之下的基站设置为一个位置区｡随着话务量和载频容量的增 加，以及 BTS 和 BSC 的升级换代，每个 BSC 可承载的话务量大大增加，位置区的划分逐渐向 BSC 的划分靠拢，也即一个 BSC 划分为一个位置区，个别情况下甚至可将一个 BSC 划分为多个位置区｡ 但位置区过小也会带来新的问题，诸如跨位置区的位置更新更加频繁，增大了交换机的负荷｡  每复帧寻呼组可以传送 4 个 TMSI 寻呼或 2 个 IMSI 寻呼｡1 个 TMSI 寻呼占 1 个寻呼组的 1/4，1 个 IMSI 寻呼占 1 个寻呼组的 1/2｡网络系统中，若有约 20% 的寻呼次数采用 IMSI 寻呼方式，80%的寻呼次数采用 TMSI 寻呼方式，那么可以计算出:每 100 个寻呼中包括 80 个 TMSI 寻呼方式和 20 个 IMSI 寻呼方式，则每 100 个寻呼所需的寻呼组数目为 80×1/4+20×1/2=30所以，每寻呼组的寻呼数为100÷30=3。

33可以理解为，每寻呼组可以寻呼到 333 个｡在采用非组合 BCCH 情况下，转化为寻呼次数后，为34.04×3.33=11335( 寻呼/s)则非组合 BCCH 情况下，每秒的最大寻呼为 11335 次(即 408060 次/h)｡在采用组合 BCCH 情况下，若 AGB 值设置为 1，则每秒寻呼组数为 2 寻呼组/0235s=851 寻呼组/s｡采用 TMSI 和 IMSI 寻呼方式 4∶1 情况下，每秒的寻呼次数为 2834 次/s(即 102024 次/h) ｡从上面的计算可以看出，采用组合 BCCH 时的寻呼能力约是非组合 BCCH 寻呼能力的 1/4， 因此当网络话务量较高､网络配置比较大时，为了保证系统能够提供足够的寻呼能力，应当采用 非组合 BCCH 的信道方式，以提高位置区内的寻呼能力｡2.3Abis 接口寻呼容量由于位置区内的寻呼消息是以广播的形式发出的，也即寻呼消息将由 BSC 发给每一个小区， 那么，BSC 和 BTS 之间的 Abis 接口的信令负荷，也将关系到位置区的寻呼容量 ｡为了安全起见，LAPD 链路的信令负荷要控制在 50% 以下，高于 60%时将会存在较大的风险｡ 寻呼消息( 包括帧校验序列 FCS 和标头 flags) 字长为 21 个字节，一般情况下 LAPD 链路信令负荷 中 60%为寻呼消息，那么，当 LAPD 信令为 16kbit/s 的链路时，每秒可传送的寻呼消息数为50%×16000×60%/8/21=28.57 次/sBSC 每小时可以传送的寻呼消息为28.57×3600≈102852 次/h 以河南移动 GSM 网络为例，在采用的诺基亚设备中，当 Abis 接口的 LAPD 链路为 16kbit/s 时， 厂家给出的标称寻呼容量为 29 次/s ｡当采用 32kbit/s 的 LAPD 信令链路时，BSC 每小时可以传送 的寻呼容量大约为50%×32000×60%/8/21=205704 次/h2004 年上半年开始，河南移动由于资费的优惠调整，使得 2004 年 9 月 28 日相比 2003 年 9 月 28 话务量增长了一倍，尤其郑州业务区，由于各 BSC 话务量基数已经比较大，增长后就达到了更高的 量值｡如 2004 年 9 月 28 日市区的 BSC30 峰值话务量达到 1891。

85Erl，忙时短信量也达 5 万多条， 忙时寻呼次数达到近 20 万次，BSC 和 BTS 之间的 16kbit/s LAPD 信令链路已超负荷运转，造成寻呼 成功率下降，已不能够满足话务增长需求｡为了解决 Abis 接口寻呼容量的瓶颈，2004 年国庆节以后， 河南移动率先在郑州业务区分批次将全区 LAPD 信令链路从 16 kbit/s 升级到 32 kbit/s，给以后话务增 长和系统扩容提供了一定的保障｡  2.4 每位置区允许的话务量 设置位置区话务容量时，一个重要原则就是位置区的大小不能超过其所能承担的最大寻呼容 量｡对此，先讨论一下一个位置区内寻呼容量和话务量的关系｡假设一个话务模型的平均通话时间为 60s，短消息引起的寻呼比例为 40%(河南移动郑州业务 区统计数据) ，Abis 接口 LAPD 链路按照 16kbit/s 考虑，则寻呼容量为 102852 次/h｡假设移动台第 一次寻呼时响应的比例为 70% ，第二次寻呼时响应的比例为 30%，其他情况可忽略不计(此数据 一般是在 Abis 口寻呼受限时的情况下，在 Abis 口寻呼容量没有瓶颈时，寻呼尝试次数往往会设 置到 5~6 次，一次成功呼叫所需的平均呼叫次数可达 2~3 次) ，则每小时产生的被叫话务量为102852×60%/(1+30%)/60=791.17(Erl)若假定主被叫比例为 1∶1( 目前河南移动全网主被叫比例约为 4。

5∶55，郑州业务区比例约 为 1∶。