超级赛车,超级赛车精准计划

基于业务预测与聚类分析的网络疏忙评估方法

2020-04-10 11:07:16 《移动通信》 2020年3期

铁小辉 吴海迁 吴迪

【摘  要】随着不限量套餐的推广,移动用户的业务结构发生了巨大变化,音乐、短视频等业务的流量冲击给运营商网络带来的压力亟待缓解。针对这一问题,提出了一种容量管理方案,运用业务预测方法,充分考虑实施提前量,预估网络业务量发展趋势;进一步根据预估业务量及网络配置情况划分业务场景,通过聚类分析,实施差异化的疏忙手段。工程实践表明,该方案能够有效缓解现网容量问题,大大提高了容量建设的精准性,并且具有良好的时效性。

【关键词】业务预测;聚类分析;PRB利用率;RRC连接用户数

Network Load Alleviation Method Based on Traffic Prediction and Cluster Analysis

TIE Xiaohui, WU Haiqian, WU Di

超级赛车,超级赛车精准计划(China Communication Construction Group Design Institute Co., Ltd., The Fourth Branch, Zhengzhou 450052, China)

[Abstract] With the promotion of unlimited packages, the traffic structure of mobile users has undergone tremendous changes. The traffic impact of music, short video and other services on the carrier network needs to be alleviated. To solve this issue, this paper proposes a capacity management solution through traffic prediction method, taking a full consideration of implementation amount in advance and estimating the development trend of network traffic volume. Furthermore, the traffic scenarios are divided by estimating traffic volume and network configurations, and differentiated alleviation methods are implemented via clustering analysis. The engineering practice shows that the proposed solution can effectively alleviate the existing network capacity problem, significantly improves the accuracy of capacity construction, and has good timeliness.

[Key words]traffic prediction; cluster analysis; PRB utilization; RRC connected users

0   引言

随着短视频、VR等新兴业务迅速推广,业务结构随之变化,单用户体验需求也在不断提高。根据中国信通院发布的《虚拟(增强)现实白皮书2018》[1],由于沉浸体验等级不同,VR发展至中远期,视频传输期望码率可达440 Mbit/s甚至更高,这就要求网络承载能力所适配用户体验的门槛需要进一步提高。由于移动用户数的增加及不限量套餐的推广,移动网业务量激增,网络容量受到了较大挑战。以河南电信为例,2018年12月流量同比增长达155%,2018年8月更是达到了333%。流量冲击带来的网络压力亟待解決。

超级赛车,超级赛车精准计划另一方面,由于用户套餐结构的变化,不限量套餐用户占比持续增长,移动网络呈现严重的增量不增收、增量不增户的局面。而在5G eMBB业务规模部署之前,LTE网络仍是承载网络容量的主力。目前,运营商普遍实施了常态化扩容管理机制,但当前管理机制在灵活性、时效性和前瞻性上存在明显不足,并未针对不同扇区配置提出差异化措施。本文提出了一种基于业务预测与聚类分析的基站疏忙评估方法(以下简称“本文方案”),可在较低复杂度下实现基站业务的预测,具有较强的可操作性。本文方案将结合网络指标,针对不同小区配置,提出差异化解决方案。

1   容量管理方案

目前基站业务量评估的依据之一是小区自忙时业务量,主要包含3大指标:基站总流量、平均PRB利用率和最大RRC连接用户数。为了推测未来的业务量,往往采用龚柏兹曲线、一次函数或对数函数等,对业务量进行预测。

超级赛车,超级赛车精准计划龚柏兹曲线其表达式为:y=kabt,当a和b同时大于1或同时介于0~1之间时,函数呈上升趋势,曲线如1所示。

超级赛车,超级赛车精准计划图中可见,在a=1.5、b=1.5时,函数起点不为0,且函数随时间递增的过程中无渐进值;a=0.5、b=0.5时,函数存在渐进值,但起点仍不为0。

而PRB利用率和RRC连接用户数具有一定的特殊性,PRB利用率区间为0~100%,RRC连接用户数也具有设备性能上限。因此,在一定时间内,其变化趋势难以通过常用函数(例如龚柏兹曲线)进行预测。同时,由于现网存量基站数目较大,小区级业务量分析计算量较大。

超级赛车,超级赛车精准计划本文方案主要包括2个步骤:1)业务预测;2)聚类分析。在步骤1)业务预测阶段,主要根据历史数据,对于未来某一时间点(例如次年春节业务高峰时刻)进行业务量的估计,在步骤2)聚类分析阶段,则要根据步骤1)的预测结果,对小区的业务量进行分类讨论,逐场景匹配最佳分流策略。

超级赛车,超级赛车精准计划1.1  业务预测方法

业务预测的目标为扩容3大指标,目的在于对未来一段时间的小区容量进行预判,便于提前部署。由于抛物线具有确定的顶点值,且函数起始点可为0值,符合设备性能曲线的特性,因此,结合上节所述分析,本文选取基于抛物线的分段函数来进行设备性能曲线拟合。

(1)提取小区流量历史数据,使用常用函数(例如一次函数、二次函数、对数函数或卡尔曼滤波法),预测未来目标时间点的PDCP层上下行流量。

超级赛车,超级赛车精准计划(2)提取小区业务量历史数据,将PDCP层上下行流量与PRB利用率和RRC连接用户数分组统计,并使用抛物线分别拟合并绘制“流量—PRB利用率”曲线和“流量—RRC连接用户数”曲线。

设备性能曲线示意图如图2所示。

超级赛车,超级赛车精准计划(3)设PDCP层上下行流量为x,预测下行PRB利用率为y,预测RRC连接用户数为z,可用一分段函数唯一确定(a1、b1、c1、a2、b2、c2由拟合曲线确定):

超级赛车,超级赛车精准计划y=       (1)

z=               (2)

将步骤(1)中所预测得到的PDCP层流量代入步骤(3)式中,计算下行PRB利用率和最大RRC连接用户数的估计值。

至此,指标预测操作已完成。

1.2  聚类分析方法

超级赛车,超级赛车精准计划优化扩容原则基于表1确定。

负载均衡判定原则需满足以下2个要求:

超级赛车,超级赛车精准计划(1)被均衡小区的PRB利用率低于某值(例如30%)、自忙时平均RRC连接用户数低于某值(例如100);

(2)预估优化后忙小区与被均衡小区的PRB利用率,需均低于某值(例如50%)。

超级赛车,超级赛车精准计划若不能同时满足条件(1)和条件(2),则认定为该小区无法进行负载均衡。

超级赛车,超级赛车精准计划按照“站型/是否可负载均衡/一载波频率/二载波频率/三载波频率/是否可叠加载波”的格式,对忙小区聚类分析,划分为13种情况,根据每种情况,可唯一地确定一种解决方案,如表2所示(尚未遍历所有情形,如有新增情形可增补方案)。

2   实施方法

结合具体目标对进行介绍。预测2019年除夕各小区自忙时PDCP层上下行流量、RRC连接用户数、PRB利用率并确定疏忙方案。需提取以下指标:

(1)2017年国庆7天期间小区平均自忙时PDCP层上下行总流量;

(2)2018年2月15日(除夕)所有小区自忙时PDCP

层上下行总流量;

(3)2018年国庆7天期间小区平均自忙时PDCP层上下行总流量。

业务预测以小区为单位,如图4所示。

采用以下公式:

超级赛车,超级赛车精准计划预计2019年除夕小区级自忙时流量=2018年除夕小区级自忙时流量(单日)×(2018年国庆总业务量/ 2017年国庆总业务量)                                                (3)

取值要求:

超级赛车,超级赛车精准计划(1)小区级流量(单日):取忙时PDCP层上下行流量之和;

超级赛车,超级赛车精准计划(2)总业务量:取七天忙时PDCP层上下行流量之和。

例如:

某基站2019年除夕预计自忙时流量=该基站2018年除夕流量×(2018年国庆7天该小区自忙时流量和/ 2017年国庆该小区自忙时流量和)                             (4)

超级赛车,超级赛车精准计划根据2019年小区PDCP层上下行总流量的预测值,结合1.1节所述方法,得到小区PRB利用率和RRC连接用户数,参考1.2节所述门限并聚类,可确定疏忙方案。

至此,可完成扩容方案的确定。

2019年某地通过本文方案进行业务预测并输出方案,确定一期扩容工程共计扩容小区2112个;之后,集团进行指标提取,确定1 550小区达到扩容门限,并作为二期扩容工程。经匹配,在二期扩容清单中,有475个为前期通过该扩容算法所输出小区,两期工程匹配率达到31%。按照往期工程匹配率为10%计算,本期工程在一定程度上避免了重复建设,直接节省建设成本800万元。本期工程之后,对一期非忙小区进行搬运,实施拆闲补忙,而清单内475小区无需搬运,从而节省搬运资金192万元。实施情况如表3所示。

3   结束语

本文方案主要为解决现网基站参数难以预测的问题,提出了一种具有普遍适用性的容量管理方法,针对每个小区不同的配置和容量现状,可自动匹配最优的容量管理策略,具有显著的灵活性、时效性和前瞻性。该方法可注智运营商网络的容量建设工程,从而达到提质、降本、增效的目的。

参考文献:

[1]    中国信息通信研究院. 虚拟(增强)现实白皮书2018[R]. 2018.

超级赛车,超级赛车精准计划[2]    殷海云,谷俊江. 高铁场景LTE网络负荷评估及容量提升分析[J]. 移动通信, 2018,42(7): 87-91.

[3]     田艳中,陈开仁,阳波,等. LTE基站超忙扩容解决方案探讨[J]. 電信技术, 2018(6): 74-77.

[4]     程日涛. 基于业务感知的4G网络扩容体系研究[J]. 移动通信, 2015,39(17): 24.

[5]      汤利民,徐德平,程日涛. 基于业务感知的分场景4G网络扩容体系[J]. 电信科学, 2015,31(S1): 5-10.

作者简介

超级赛车,超级赛车精准计划铁小辉:高级工程师,学士毕业于西安电子科技大学,现任职于中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司,研究方向为移动通信新技术及无线网络规划设计。

吴海迁:高级工程师,硕士毕业于西安邮电大学,现任职于中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司,研究方向为移动通信新技术及无线网络规划设计。

超级赛车,超级赛车精准计划吴迪(orcid.org/0000-0001-7945-4467):工程师,硕士毕业于北京航空航天大学,现任职于中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司,研究方向为移动通信新技术及无线网络规划设计。