《EPC业务云化后切换时延抖动分析》-工学论文，通信论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

EPC业务云化后切换时延抖动分析

范文

何东晨

【摘要】? ? 通信从语音通话到数据传输，从光纤通信到无线传输，电信行业的运作模式和关键技术不停的在更新。运营商为了提升网络运维效率，降低运维成本，提高产业竞争力，EPC（Evolved Packet Core 演进的分组核心网）云化是网络发展的必然趋势，主动发现并解决云化网络带来的业务感知问题至关重要。本文针对核心网业务上云后信令交互时延的变化进行分析，结合理论分析及实验结果数据，研究了核心网业务云化后由于信令交互距离变化对用户面数据传输产生的影响，随着信令交互距离变长，对时延及用户面数据包造成的影响变大。最后，给出了运营商云化网络的时延优化方案及合理化建议。

【关键字】? ? 核心网? ? 云化? ? 时延

引言

通信网络是一个不断引入新技术、不断颠覆的过程。随着硬件产业逐渐到了一定的瓶颈，并且配套资源对建网的要求越来越严苛，传统的通信网络已经暴露出弊端。传统基础网络能力和业务能力都无法适应市场发展速度，不够敏捷高效，拉长了业务上线周期。网络设备软硬件一体化、竖井化，利用率极不均衡，无法调整共享，导致成本居高不下。运营商网络设计并未考虑开放性，开放的业务种类有限、新增能力开放响應慢，制约了面向行业用户的服务能力[1]。

随着新一波技术浪潮的冲击，通信网络面临着完全不同的发展环境，产生跨界变革的新趋势，云网融合基于业务需求和技术创新并行驱动带来的网络架构的深刻变革，使得云和网高度协同、互为支撑[2-3]。NFV/SDN是实现网络转型的核心技术，有助于实现软件化、虚拟化的基础通信网络，实现网络架构可灵活调整，资源可弹性伸缩，能力可全面开放[4]。事物都有其两面性，随着EPC业务上云，也有新的问题需要关注，业务上云后信令交互距离变长，在发生切换时需要考虑时延抖动造成的影响。本文通过推演和分析，验证业务上云后对时延造成的影响，计算出能够满足切换条件的信令交互时延及传输距离，帮助提前做好网络规划，有效减少切换场景下时延抖动对用户感知的影响。

一、核心网业务发生切换的时延

在传统组网的4G网络下，用户在移动过程中发生S1口切换时，有效的切换区域为两基站信号的重叠区域，超出区域将切换失败。如图1所示，切换所需要的时间等于测量时间d1、迟滞时间d2、执行时间d3三者求和，d1依据3GPP规范中定义，d2为基站决策时间，d3为切换执行时间，包括S1口信令交互时延及核心网元处理时延。

核心网业务上云后，云化设备部署在大区省份，导致信令交互的传输距离会发生变化，这些变化对时延的影响，直接关系到用户的使用体验。

二、业务上云后切换时延抖动分析

核心网业务云化后由于部分设备虚拟化部署在大区省份，信令交互消息时延由于传输距离变化而受到影响，信令交互时延将会发生抖动，通过对切换时的信令流程分析，时延的变化对于用户面数据传送主要会产生以下两种影响。

S1切换信令流程如图2所示，第1-13步为切换准备阶段，此时的业务上、下行数据通道为：UE<->源eNB<->源SGW<->锚定PGW<->互联网，和原始通道一致未发生变化。该阶段由于信令面网元云化后部署在大区，受信令网元交互距离的影响，信令交互时间变长，切换准备耗时变长。此时UE到源eNB的距离越远，源eNB信号强度越弱，业务传输质量越差，中间丢包、重传的可能性越大。因此切换准备耗时越长，用户时延越长，受无线信号质量劣化影响的数据包增多。

如图3所示，第13-17步为切换中转阶段，目标eNB和目标SGW在切换准备阶段均收到上行转发节点信息，上行流量在Handover Confirm后由目标eNB、目标SGW转发至锚定PGW，即第17步后上行数据恢复并由目标路径转发，上行数据通道变为：UE->目标eNB->目标SGW->锚定PGW->互联网。

第13-24步为切换中转阶段。此时下行数据传输分两种情况，第一种是基站间支持X2接口切换，下行流量通过源eNB X2接口目标eNB缓存，下行数据通道为：互联网->锚定PGW->源SGW->源eNB->目标eNB->UE;第二种是基站间不支持X2接口切换，此时数据传输会在核心网内部发生迂回，通过核心网用户面接口迂回至目标eNB缓存，下行数据通道为：互联网->锚定PGW->源SGW->源eNB->源SGW->目标SGW->目标eNB->UE。直到目标eNB收到Handover Confirm建立空口连接后才将缓存的下行流量转发给UE。最终，Modify Bearer流程后，锚定PGW收到下行转发节点信息，完成中转通道到目标通道的切换，此时下行流量才通过目标SGW、目标eNB转发至UE。此处分析可以看出如果基站间支持X2接口切换，可以减少数据传输的流程。

在切换中转阶段，业务上云后，信令面消息较传统EPC切换时交互信令受距离的影响需耗时更长，由于这个原因导致切换中转耗时增加，用户面时延增加，此时延增大的上、下行数据包增多。

三、实验结果及分析

本文通过实验对前面的分析结果进行验证，实验通过分别在传统EPC网络和云化EPC网络中进行业务测试，根据核心网采集信令时间点进行切换时长统计，并通过在核心网S1-U口抓取切换测试时用户面数据包，对比传统EPC和云化EPC切换过程中的时延和切换期间的数据包个数。

实验结果如表1，可以看出与分析结果一致。信令面交互距离越远，切换耗时越长，影响的数据包越多，影响用户感知可能性越大。

通过前面的分析，已得出云化后信令交互时延将增加，并会影响数据的传送质量。一个用户在特定移速下，在源eNB和目标eNB重叠覆盖区的中间点触发切换，在超出源eNB覆盖范围后未完成的S1切换将失败，用户将重新附着至目标eNB。那么如何保证用户能够正常在切换区域内完成切换，保障业务的连续性，提供给用户更好的感知就显得尤为重要。为保证S1切换不中断，核心网信令时延应该控制在多少能够保证切换流程在切换区域内完成，通过公式（1）可以推导得出。

式中V--用户移动速度，取一般用户移动上限值为120km/h;d1--基站测量时间，依据3GPP规范TS 36.133中定义取为200ms[5];d2--基站决策时间，取设备提供经验数据约为40ms;d3--切换执行时间，包括S1口信令交互时延及核心网元处理时延，从切换信令流程图中可以看出涉及S1切换核心网元交互消息数12条，网元处理时延取2ms;R--基站间重叠覆盖区，取通常基站重叠覆盖最小距离50m，通过计算可以得到切换时单条核心网元信令交互时延应小于40.5ms。按照每千公里10ms双向传输承载时延计算，接入省至大区光缆长度应小于4000公里。

通过推演分析、实验验证，已得出核心网业务上云后用户发生切换时的影响。为保障用户业务使用感知，需要确保S1接口切换的连续性，在基站在条件许可情况下，应开启X2接口中转功能，避免下行业务数据因通过距离更长的核心网通道传输导致用户面时延增加。在网络建设、设计初期应考虑接入省至大区省之间传输距离，避免传输距离对切换时延产生严重影响。

四、结语

本文重点针对核心网业务采用新型网络架构后切换时延的变化进行分析，通过理论分析及实验验证可以看出，核心网业务上云后会对S1接口切换信令交互时延造成影响，随着信令交互距离变长，切换时延会变长，期间受到影响的用户面数据包会变多。最后通过公式计算得出不影响用户感知的情况下信令交互的时延，并给出了时延优化的方案及对后续EPC业务云化的合理化建议，可以更加有效发挥新型网络结构的效能。

參? 考? 文? 献

[1] 包峰岩.电信运营商业务支撑系统云化规划演进路线研究[D].北京邮电大学.2014

[2] 季锴，银伟.“云网融合”——新时代运营商增长蓝海[J].科技经济导刊，2020，28（01）

[3] 毕以峰.电信云网络架构及对云网融合的要求[J]. 信息通信技术.2019（02）

[4] ETSI.Network Functions Virtualisation （NFV）; Ecosystem; Report on SDN Usage in NFV Architectural Framework： ETSI GS NFV-EVE 005 V1.1.1[S].Sophia Antipolis Cedex-France： ETSI，2015

[5] Requirements for support of radio resource management.3GPP TS 36.133 version 15.3.0 Release 15 [S]， 2019

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。