胡盛劍，葉凌華

（中國電信股份有限公司 麗水分公司，浙江 麗水 323000）

1 背景概述

物聯(lián)網(wǎng)是將物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理的新技術(shù)。其就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是物品與物品之間進行信息交換，與傳統(tǒng)的人與人之間的信息交互存在較大的差別[1-4]。

NB-IoT是目前全球使用最廣的物聯(lián)網(wǎng)制式，憑借低功耗、低成本以及廣覆大容量等技術(shù)優(yōu)勢被各個國家主流運營商所采用。隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的不斷發(fā)展，越來越多的物聯(lián)網(wǎng)終端被應用于社會生產(chǎn)的各個領域，智慧路燈就是其中的一項。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務一般具有小流量和大連接等特點，由于NB-IoT網(wǎng)絡帶寬的限制，在部分高話務區(qū)域，業(yè)務集中觸發(fā)的情況下，部分終端會存在接入沖突和無法及時上線的問題，這是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡優(yōu)化的一個難點[5]。

某市政府開展“亮化工程”項目，需要在主城區(qū)建設智慧路燈共3 725座，全部通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡控制，實現(xiàn)每天晚上18點—19點之間亮燈的計劃，要求亮燈率在90%以上。經(jīng)過項目前期的多次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)該項目區(qū)域內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡存在接入沖突的問題，導致計劃時間內(nèi)的亮燈率僅為80%，與預期目標存在較大的差距。

2 問題分析

2.1 業(yè)務側(cè)分析

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一般由運營支撐系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)、業(yè)務應用系統(tǒng)以及無線通信網(wǎng)系統(tǒng)等組成[6]。該市“亮化工程”項目采用的智慧路燈系統(tǒng)組網(wǎng)方式比較簡單，業(yè)務實現(xiàn)方式是在智慧路燈上安裝有無線裝置，后臺管理平臺通過云平臺與基站網(wǎng)絡相連，并通過NB-IoT網(wǎng)絡對路燈下達指令，完成路燈的開關(guān)動作[7]。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能開關(guān)、設備管理以及報表統(tǒng)計等一系列功能，系統(tǒng)組網(wǎng)如圖1所示。

圖1 智慧路燈系統(tǒng)組網(wǎng)圖

經(jīng)過與市政業(yè)務部門對接，了解到該系統(tǒng)現(xiàn)有的亮燈策略如下。智慧路燈后臺管理平臺每天晚上18點開始下發(fā)亮燈指令，終端開始同時接入物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡，接入完成后發(fā)送報文釋放無線資源進入休眠狀態(tài)，并在下一個周期再次觸發(fā)連接（每小時觸發(fā)一次），未連接上的路燈持續(xù)發(fā)起請求直到連上為止。

目前的亮燈策略為所有終端同一時刻集中接入，所以對NB-IoT網(wǎng)絡在容量上造成較大的壓力。通過市政后臺管理平臺查看，發(fā)現(xiàn)未亮路燈具有一定的區(qū)域性，主要集中在居民區(qū)密集的兩條主干道路沿線，如圖2所示。從無線網(wǎng)絡看，這兩個區(qū)域主要由后嶺路和酒廠兩個NB-IoT基站信號覆蓋，無線環(huán)境比較簡單。

圖2 未亮燈區(qū)域分布情況

2.2 網(wǎng)絡側(cè)分析

了解智慧路燈系統(tǒng)的組成和亮燈策略后，為了查明兩個問題區(qū)域亮燈率低的原因，維護人員對后嶺路和酒廠兩個基站設備進行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)這兩個基站設備運行正常，硬件設備也沒有任何告警，因此可以排除基站設備故障導致亮燈率低的可能性。接著，優(yōu)化人員對這兩個基站的網(wǎng)管指標進行分析，發(fā)現(xiàn)這兩個基站存在不同程度話務負荷高的問題。其中，酒廠基站從晚上18點直到21點，基站終端連接數(shù)持續(xù)大于380個，基站峰值利用率大于95%，而后嶺路基站終端連接數(shù)持續(xù)大于250個，基站峰值利用率大于84%。此外發(fā)現(xiàn)這兩個基站的RRC連接成功率指標均低于90%，遠低于正常網(wǎng)絡指標。進一步通過分析基站信令發(fā)現(xiàn)，這兩個基站下的終端存在大量的鏈路建立失敗信令，而智慧路燈無線控制器如果與NB-IoT網(wǎng)絡鏈路建立失敗，那么就無法與基站建立連接，將直接導致亮燈失敗，進入下一次嘗試等待。

至此，可以判定這兩個區(qū)域亮燈率低的問題，主要是由于同一時間接入同一基站的用戶過多，導致基站話務負荷過高，從而引起部分路燈無線鏈路建立失敗，最終導致亮燈失敗。

3 方法探討

找到問題的原因后，作者認為解決問題的關(guān)鍵在于如何解決這兩個基站的并發(fā)接入問題，即減少同一時間接入同一基站的用戶數(shù)，于是從話務均衡優(yōu)化、網(wǎng)絡參數(shù)優(yōu)化以及業(yè)務規(guī)則優(yōu)化3個方面來探討分析[8]。

3.1 話務均衡優(yōu)化

話務均衡優(yōu)化是指在網(wǎng)絡信號強度和質(zhì)量滿足的條件下，通過調(diào)整天線方位角、下傾角以及基站功率等方式，控制基站扇區(qū)的覆蓋范圍，將高負荷基站扇區(qū)下的接入終端均衡到其他基站扇區(qū)，避免在一個扇區(qū)下接入的終端數(shù)量過多。由于酒廠基站位于山頂，地勢很高，導致基站信號覆蓋過遠，根據(jù)現(xiàn)場無線環(huán)境，維護人員調(diào)整了該基站的下傾角，并減小了發(fā)射功率，盡量控制酒廠基站的信號覆蓋范圍，附近話務由周邊站點進行分流[9]。

3.2 網(wǎng)絡參數(shù)優(yōu)化

3.2.1 定時器參數(shù)調(diào)整

定時器參數(shù)調(diào)整是控制終端合理使用網(wǎng)絡資源的一種常見手段。為了使終端在完成RRC連接發(fā)送報文后能盡快釋放無線資源，提高基站無線資源利用率，并降低終端接入后的掉線率，可以嘗試減少SRB信令不激活定時器和CP不活動定時器。本文將后嶺路和酒廠兩個站點的兩個定時器均從10 s優(yōu)化為5 s。

3.2.2 周期參數(shù)調(diào)整

導致大量終端同時接入失敗的重要原因是隨機接入重傳次數(shù)達到配置上限，而與接入相關(guān)的主要3個參數(shù)分別是窄帶物理隨機接入信道周期、隨機接入注冊響應周期以及隨機接入信道可重傳次數(shù)。本文重點對隨機接入注冊超時周期參數(shù)進行優(yōu)化，從原先的640 ms減小到320 ms，在無線信號良好的情況下，通過減少隨機接入響應周期，可以提升并發(fā)接入能力。

3.2.3 功率參數(shù)調(diào)整

智慧路燈均有外接天線，信號接收和發(fā)送損耗較少，在信號強度滿足的情況下，適當降低基站窄帶物理上行共享信道標稱功率和窄帶物理隨機接入信道前導初始功率，可以減少終端之間的相互干擾，提升上行信號質(zhì)量。本文將后嶺路和酒廠兩個基站的窄帶物理上行共享信道標稱功率參數(shù)從-90 dBm調(diào)整到-100 dBm，窄帶物理隨機接入信道前導初始功率參數(shù)從-94 dBm調(diào)整到-104 dBm。

3.3 業(yè)務規(guī)則優(yōu)化

由于導致亮燈失敗的重要原因是同一時間接入同一基站的終端過多，因此市政部門也對問題區(qū)域的智慧路燈亮燈策略進行了精細化調(diào)整。對于路燈密集的區(qū)域進行錯峰亮燈，即該區(qū)域內(nèi)的路燈分兩批亮燈，時間錯開1 min，盡量減少同一時刻同一區(qū)域接入網(wǎng)絡的路燈數(shù)量。同時，將智慧路燈再次亮燈觸發(fā)時間縮短為半個小時，以提高二次觸發(fā)亮燈的及時性。

業(yè)務規(guī)則優(yōu)化是很重要一種辦法，在保證客戶需求的情況下，盡可能通過優(yōu)化業(yè)務規(guī)則，減少同一時間內(nèi)觸發(fā)的業(yè)務量，減輕NB-IoT網(wǎng)絡瞬時的接入負荷，是目前最行之有效的手段[10]。

4 效果展示

經(jīng)過上述3個方面的優(yōu)化，并進行了一段時間的跟蹤統(tǒng)計，原后嶺路和酒廠兩個基站下智慧路燈亮燈率低的問題基本得到解決，以下分別從網(wǎng)絡指標和業(yè)務指標兩方面對優(yōu)化效果進行對比展示。

4.1 網(wǎng)絡指標對比

如圖3所示，基站RRC連接成功率指標從優(yōu)化前的95.02%提升到96.33%，提升1.31%；UE異常釋放次數(shù)從優(yōu)化前的90 000次下降到優(yōu)化后的2 000次，下降了88 000次；基站無線掉線率從優(yōu)化前的19.6%下降到1.98%，下降了17.62%。從網(wǎng)絡指標上看，該項目區(qū)域內(nèi)的基站指標提升非常大，優(yōu)化效果十分明顯。

圖3 網(wǎng)絡指標對比

4.2 業(yè)務指標對比

如圖4所示，對比業(yè)務指標，智慧路燈系統(tǒng)總共有路燈3 725盞，根據(jù)后臺管理平臺統(tǒng)計，優(yōu)化后18點亮燈3 431盞，亮燈率由70.30%達到92.10%，提升了21.80%，18點30分亮燈3 658盞，亮燈率由76.5%達到98.20%，提升了21.70%，19點所有路燈全亮，亮燈率由79.80%達到100.00%，提升了20.2%，。可見，優(yōu)化后該“亮化工程”的整體業(yè)務指標提升也是非常明顯的。

圖4 業(yè)務指標對比

5 結(jié) 論

受益于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及人工智能等技術(shù)的不斷積累和快速升級，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈逐漸完善和成熟，中國的物聯(lián)網(wǎng)市場已經(jīng)進入了快速發(fā)展階段。智能終端的數(shù)量在近年來呈現(xiàn)爆炸式增長，智慧停車、智慧電表以及智能家居等業(yè)務應用比比皆是，可以說物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)融入到了人們生產(chǎn)和生活的各個方面。而隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的不斷發(fā)展，隨之而來的網(wǎng)絡容量問題和網(wǎng)絡干擾問題等也不容忽視。對于像智慧路燈這類并發(fā)接入終端較多的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，在保證網(wǎng)絡信號強度及質(zhì)量的前提下，減少并發(fā)接入終端數(shù)是保證業(yè)務指標良好的關(guān)鍵。通過話務均衡、參數(shù)優(yōu)化以及業(yè)務規(guī)則優(yōu)化的方法，能有效解決由業(yè)務并發(fā)引起的NB-IoT網(wǎng)絡指標指標差和業(yè)務指標不合格等問題。