案例-高并发低时延需求场景下NB-IoT网络优化实践总结

高并发低时延需求场景下NB-IOT网络优化实践总结

一、问题描述

NBIOT网络具有大容量的特征，号称单个基站小区可支持5万个NB-IoT终端接入。但实际这个5万是有条件的，是假设了时延不敏感，可大量重传的业务模型后，一天内单小区的最大接入数。

在实际应用中，杭州碰到一个场景：某行业用户的生产车间。该车间需对生产的每一个终端进行入网验证，且该行业用户的目标是年产量100万台NB终端。因此在他们的生产线上会同时有大量的NB终端发起连接请求，且对时延有一定要求，必须在较短的时间内完成入网验证，否则生产效率无法达到要求。

该行业用户反馈在测试模组时，单用户电信模组通过电信NB网络成功通信的时间较长，最短37s，最长2min，且出现通信失败现象，而移动模组通过移动网络通信的时间都小于30s。厂家多终端排产时电信网络效率较低，180s仅能成功交互15部终端。

二、分析处理过程

2.1 单终端性能分析

由于用户反映移动时延较小，而电信时延较大，因此我们先用单个终端对移动和电信网络的时延进行了分析对比。

2.1.1 附着时延分析

在测试中我们发现使用不同的模组对时延是有影响的。

通过分析从终端开机到attach完成各个阶段的所需的时长，我们发现以下特点：➢读卡阶段：模组特性，高通模组无，移远模组电信比移动耗时长

➢读MIB消息：整体相差不大，高通模组稍好

➢读SI消息：电信网络无论在哪个模组下，比移动网络耗时长

➢MSG1-MSG5：整体相差不大

➢Atacch时间：电信网络无论在哪个模组下，比移动网络耗时长

在用户所在区域，电信使用的是中兴的基站设备，移动使用的是华为的基站设备，且使用高通芯片比使用海思芯片在电信的nb网络下可以更快的完成attach，因此我们怀疑海思的芯片跟华为的基站适配更好。

2.1.2 业务流程时延分析

除了附着流程，还对终端入网的业务流程进行了测试分析，使用的模组都为移远。

移动电信移动电信

数据包大小耗时数据包大小耗时数据包大小耗时数据包大小耗时100.08610.729540.09540.49

13 4.14513 3.635540.095540.792

130.283130.74690.48669 1.81 150.091150.4690.43469 2.071 150.375150.154690.58469 5.091 210.116210.73369 2.061

210.18690.757 280.395280.29269 1.181 460.14548 1.19169 3.005 470.1249 1.83769 1.14 480.74849 3.417780.333780.34 500.081490.98378 1.56278 1.052 510.069510.4472560.621256 4.031 510.12151 1.801256 1.716256 3.405

51 1.192560.626270 3.41

530.11952 2.002270 6.958

52 2.247

从测试结果可以看出：

➢移远模组在移动网络下传相同大小数据包所耗时间比电信快

通过后台网管信令跟踪，匹配移远电信模组测试数据的交互流程，然后根据移远移动模组和电信模组的交互数据对比，发现移动模组在交互过程中，没有对IOT平台的注册，从而也没有对IOT平台注册的ACK，即电信采用的是一上两下交互模式，移动采用的是一上一下的交互模式。

下行调度看，在无线环境很好（RSPR-80dBm ，Sinr17dB ），基站分的TBs 很小（UE 报的BSR 为2192），而且每次都要重复四次。

除了基站资源分配小，重复次数多之外，经常能看到看到NDI 不翻转，代表是重传而不是新传数据 0 -> 0不翻转就是重传

但是对比移动的下行调度，不但重复次数都为1，而且同样的BSR分配的TBS 也比电信多，而且每次NDI都翻转，代表没有重传。

2.1.3 总结

从通过不同模组相同网络，相同模组不同网络间的对比测试，寻找各个流程环节的差异，我们得出以下结论：

➢在开机附着阶段还有优化改进空间

➢在业务流程上还有优化改进空间

➢在调度上还有优化改进空间

2.2 多终端性能分析

2.1.1 厂家需求

➢1分钟内终端要附着完成，否则会被判定为附着失败，需要重新上电附着；

➢N部终端在产线上同时上电，终端要附着成功并要和平台交互8包数据，此流程要在3分钟内完成，否则将停止交互，判断失败，下电；

➢失败的终端，会被二次上电，上电后如果之前附着成功过，会进行续传前面没有传完的8包数据。3分钟内还不成功，会继续判断失败，需要第三次上电；

➢目前一次上电成功率N在15左右，厂家基本要求N>=20，希望达到30。

2.1.2 并发时延分析

通过测试分析，发现并发场景下主要是随机接入过程出现问题，导致时延较高。随机接入信道原理说明如下：

NPRACH采用single tone方式发送，子载波间隔3.75kHz，NPRACH支持时频域划分复用，不支持Preamble码分复用。针对不同小区大小，支持2种CP 长度，66.7us和266.7us。Symbol Group 定义如下：

NPRACH –Symbol Group时域

NPRACH –频域

NPRACH频域配置

从以上原理可以看出，协议支持NPRACH的子载波个数为12/24/36/48，子载波个数配置越大，支持的并发数越高。而实际配置了更多的子载波后，随机接入的成功率并未增加。在基站侧进行抓包后发现，当NPRACH位置在0-11时，会导致MSG3发送成功率较低。当NPRACH位置为除了36-47时，后续的NPUSCH发送成功率较低。只有当NPRACH位置为36-47时，随机接入可以正常进行。而实际华为的基站只支持子载波个数12的NPRACH。因此猜测华为的基站使用的36-47位置，且海思的芯片跟华为的基站适配较好。

三、优化方案及效果

3.1 针对单终端性能提升优化

通过不同模组相同网络，相同模组不同网络间的对比测试，寻找各个流程环节的差异化，针对每个环节进行优化，取长补短，通过参数优化自身的网络。优化方案：

➢读卡阶段：模组问题，需要模组厂家解决

➢读SI消息：行业用户不移动，关闭SIB3/4

➢Atacch时间：主要是多了一个UE能力查询，基站策略，需要在后续版本中更新去除

➢流程优化：电信同步移动采用一上一下的交互模式

➢数据重传/重复次数：优先打开内环功控，修改基站分配资源参考值aucD/UlIntialSINRCEL