CDMA無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷評價預(yù)警體系研究

林若洲，劉 昕

（1.中國電信股份有限公司廣東無線網(wǎng)絡(luò)運營中心 廣州510081；2.中國電信股份有限公司廣東分公司 廣州510081）

1 引言

目前，廣東省CDMA無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)增長快速，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷形勢日趨嚴(yán)峻。早在2011年，廣東省的3G與2G網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷已位居全國前列。為了在用戶規(guī)模急速增長的同時保證用戶感知，特別是智能3G用戶的感知，必須對網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷進(jìn)行評價和預(yù)警，判斷現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷水平及該水平下的用戶感知，預(yù)測未來用戶感知變化的拐點。

網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的評價與預(yù)警十分重要，過去已有不少開展負(fù)荷監(jiān)控的手段和方式，但也存在以下不足：

·評價指標(biāo)單調(diào)、維度單一，只對網(wǎng)絡(luò)中某一環(huán)節(jié)的負(fù)荷單獨進(jìn)行評價，無法反映整體網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷與真正的用戶感知，因為“管道”的傳輸能力往往受限于最窄的一環(huán)；

·各廠商設(shè)備、各地市網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與用戶分布不同，導(dǎo)致評價標(biāo)準(zhǔn)不同、預(yù)警門限各異，無法進(jìn)行橫向、縱向?qū)Ρ?，無法定位問題；

·評價目標(biāo)“重”網(wǎng)絡(luò)資源使用情況，“輕”用戶使用感知；

·評價內(nèi)容對提前預(yù)警的思路體現(xiàn)不足，缺少對影響網(wǎng)絡(luò)性能和用戶感知的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷閾值和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷未來變化趨勢的研究。

鑒于此，本文提出了一個新型的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷評價預(yù)警體系，其優(yōu)勢主要在于以下幾個方面：

·包含多層次、多維度的全方位評價指標(biāo)，實現(xiàn)了對無線側(cè)網(wǎng)絡(luò)“端到端”的評估，能夠定位網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的短板，提升投資運營效益；

·通過相對負(fù)荷的概念，將各廠商、各地市的負(fù)荷水平標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化，使全省的橫向、縱向?qū)Ρ瘸蔀榭赡?，制定出?biāo)準(zhǔn)化的負(fù)荷指標(biāo)預(yù)警門限，有效地提示網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷與用戶感知風(fēng)險；

·以用戶感知為導(dǎo)向，多處引入了對用戶感知的考察，平衡了用戶感知與投資效益；

·總結(jié)出各指標(biāo)的“質(zhì)量拐點閾值”，通過最優(yōu)的回歸算法預(yù)測未來網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增長趨勢，實現(xiàn)對現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷水平及未來網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷發(fā)展趨勢的風(fēng)險預(yù)警；

·整個評價預(yù)警體系運作集約化，實現(xiàn)對全省網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的精確管理，降低運營成本，提升企業(yè)效益。

2 負(fù)荷評價預(yù)警體系構(gòu)建方案

鑒于以往手段的不足與3G發(fā)展新形勢下的挑戰(zhàn)，構(gòu)建新型的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷評價預(yù)警體系，體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

負(fù)荷預(yù)警的功能分別體現(xiàn)在負(fù)荷評價與負(fù)荷預(yù)測領(lǐng)域中，是對現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷水平及未來網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷發(fā)展趨勢做出的風(fēng)險提示。

圖1 負(fù)荷評價預(yù)警體系

圖2 負(fù)荷評價指標(biāo)層次

2.1 負(fù)荷評價

負(fù)荷評價主要包括以下3方面內(nèi)容。

（1）指標(biāo)選擇

為了避免網(wǎng)絡(luò)某一環(huán)節(jié)的負(fù)荷過高，而制約整體用戶感知的提升或造成其他環(huán)節(jié)資源的閑置，必須建立多層次、多維度的全方位指標(biāo)體系。負(fù)荷評價指標(biāo)層次如圖2所示。

負(fù)荷評價指標(biāo)體系涵蓋了地市、BSC、營銷中心、基站、扇區(qū)與載扇共6個層次的網(wǎng)元，指標(biāo)維度如圖3所示。負(fù)荷評價指標(biāo)體系涵蓋了空口、設(shè)備、傳輸3個主要維度，同時為了加強對用戶感知的考察，又將空口與設(shè)備2個主維度細(xì)分為2G業(yè)務(wù)/信令、3G業(yè)務(wù)/信令等4個子維度，引入Ev-Do等效用戶利用率等直接關(guān)系到3G用戶感知的負(fù)荷指標(biāo)。

（2）指標(biāo)算法

為了讓不同規(guī)格的各廠商設(shè)備之間、不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與用戶分布的各地市之間的負(fù)荷水平能夠進(jìn)行橫向、縱向的直觀對比，有效地提示網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷與用戶感知風(fēng)險，負(fù)荷評價通過3個步驟將各負(fù)荷指標(biāo)“標(biāo)準(zhǔn)化”。

步驟1通過引入網(wǎng)絡(luò)能力折扣因子與用戶不均勻因子，將各地市網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與用戶分布對負(fù)荷的影響歸一量化。

由于地理基站布局、時空用戶分布等不同，網(wǎng)絡(luò)容量不等于單個小區(qū)容量的疊加。為了能夠體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與用戶使用習(xí)慣給網(wǎng)絡(luò)容量帶來的影響，體系在評估區(qū)域級的2G業(yè)務(wù)負(fù)荷時引入網(wǎng)絡(luò)能力折扣因子，即網(wǎng)絡(luò)能力折扣因子=地理不均衡因子×忙時不均衡因子×數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)激活因子×基站布局因子，其中每一個因子都代表了該因素對網(wǎng)絡(luò)容量影響的歸一化系數(shù)。

圖3 負(fù)荷評價指標(biāo)維度

同理，體系在評估區(qū)域級的3G業(yè)務(wù)與信令負(fù)荷時引入用戶不均勻因子，即用戶不均勻因子=區(qū)域前X%用戶所在的臨界載扇的負(fù)荷指標(biāo)值或負(fù)荷前X%的臨界載扇的負(fù)荷指標(biāo)值/區(qū)域平均負(fù)荷指標(biāo)，通過調(diào)整參數(shù)X，體系可以將負(fù)荷評價的重點聚焦在網(wǎng)絡(luò)中用戶最集中或負(fù)荷最高的前X%區(qū)域，擺脫以往利用指標(biāo)均值評價整網(wǎng)時容易忽略的重點區(qū)域性能與重點人群感知的缺陷，而這兩者也是網(wǎng)絡(luò)中最易受限的“瓶頸”所在。

步驟2為了使指標(biāo)能夠同時反映網(wǎng)絡(luò)的使用情況及用戶的使用感知，體系的負(fù)荷指標(biāo)統(tǒng)計基本遵循“一個原則”，即統(tǒng)計指標(biāo)在相應(yīng)網(wǎng)元的忙時時段內(nèi)的最高值，而不是平均值。如果使用平均值，將會掩蓋統(tǒng)計周期內(nèi)負(fù)荷的波動情況，容易忽視負(fù)荷高峰期用戶感知的惡化。如果無法直接取得最高值，則將平均值乘以1.3～1.5的峰均比保護(hù)系數(shù)，以得到統(tǒng)計意義上的最高值。

步驟3通過研究，總結(jié)各指標(biāo)的“質(zhì)量拐點閾值”，引入相對負(fù)荷的概念。質(zhì)量拐點閾值的意義為：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷持續(xù)增長超過此閾值后，將影響網(wǎng)絡(luò)性能或不可容忍對網(wǎng)絡(luò)性能的影響，同時將惡化用戶感知或不可容忍對用戶感知的影響。各負(fù)荷指標(biāo)以實際統(tǒng)計值為分子，以各自質(zhì)量拐點閾值為分母，計算出的結(jié)果即各負(fù)荷指標(biāo)的“相對負(fù)荷”。如載扇級別的Ev-Do等效用戶利用率的質(zhì)量拐點閾值為4，如果某載扇的等效用戶數(shù)為3，則該載扇Ev-Do等效用戶利用率的相對負(fù)荷為75%。通過此換算，各層次、各維度的負(fù)荷水平最終能夠進(jìn)行橫向、縱向?qū)Ρ?，直觀地定位出負(fù)荷問題區(qū)域與網(wǎng)元。

（3）指標(biāo)門限

為了體現(xiàn)提前預(yù)警的思路，體系對各指標(biāo)均設(shè)立了三級預(yù)警門限，按緊迫性從低到高排列，分別是：提醒門限、預(yù)警門限、緊急門限。其中，緊急門限的數(shù)值等同于“質(zhì)量拐點閾值”。以此為基礎(chǔ)，體系將緊急門限的80%作為預(yù)警門限，將緊急門限的60%作為提醒門限。通過劃分預(yù)警門限，簡化了各層次、各維度的負(fù)荷程度表達(dá)，也為負(fù)荷優(yōu)化工作標(biāo)注出目標(biāo)優(yōu)先級，體現(xiàn)了提前預(yù)警的功能。

2.2 負(fù)荷預(yù)測

負(fù)荷預(yù)測也包括如下3方面的內(nèi)容（為保護(hù)企業(yè)秘密，隱去本節(jié)公式與數(shù)字）。

（1）增長預(yù)測

增長預(yù)測，是指對中長期的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，體系采用基于用戶數(shù)發(fā)展的負(fù)荷發(fā)展回歸分析預(yù)測機(jī)制，具體流程如下。

步驟1因CDMA用戶數(shù)的發(fā)展時間序列有一個明顯的小幅線性增長趨勢，因此選擇二次指數(shù)平滑法對其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，通過優(yōu)化阻尼系數(shù)，得出CDMA總用戶數(shù)與3G用戶數(shù)的發(fā)展趨勢函數(shù)。

步驟2整理4個網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷代表性指標(biāo)忙時數(shù)據(jù)的時間序列，分別是cdma2000 1x反向話務(wù)量、cdma2000 1x尋呼信道利用率、Ev-Do等效用戶數(shù)、Ev-Do控制信道占用率。為了消除隨機(jī)波動的影響，需對網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷與用戶數(shù)做月度的移動平均，對網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷與用戶數(shù)做相關(guān)性分析，并對相關(guān)系數(shù)做自由度為n-2的顯著性檢驗，證明網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷與用戶數(shù)的月度模型之間存在強正相關(guān)關(guān)系。

步驟3對網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷做基于用戶數(shù)發(fā)展的回歸預(yù)測，得出網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷發(fā)展的回歸函數(shù)，所得函數(shù)都通過相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗，擬合程度高，可用于預(yù)測網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷發(fā)展趨勢。

（2）拐點預(yù)測

根據(jù)負(fù)荷評價中研究總結(jié)出的“質(zhì)量拐點閾值”，搭配網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷發(fā)展的回歸函數(shù)，可以預(yù)測網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷發(fā)展階段瓶頸的時間點，也可以獨立預(yù)測用戶使用模型的變化趨勢與拐點。

（3）投資預(yù)測

預(yù)測網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷發(fā)展階段瓶頸的時間點后，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與用戶分布比例不變，可以通過負(fù)荷指標(biāo)算法，反推出如果要把網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷在閾值之下預(yù)留一個安全余量，需要新增多少資源。

3 負(fù)荷評價預(yù)警體系運行成效

負(fù)荷評價預(yù)警體系運行分為兩塊：一是日常對網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)階段負(fù)荷水平的評價預(yù)警，二是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對未來中長期網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷發(fā)展趨勢的專項預(yù)測。

3.1 日常負(fù)荷監(jiān)控預(yù)警

每周定時輸出對全省網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的監(jiān)控預(yù)警結(jié)果，監(jiān)控對象包含負(fù)荷體系中涵蓋的地市、BSC、營銷中心、基站、扇區(qū)與載扇共6個層次的網(wǎng)元，監(jiān)控指標(biāo)包含負(fù)荷評價中的空口、設(shè)備、傳輸三大維度下轄的14類指標(biāo)，預(yù)警結(jié)果通過相對負(fù)荷與預(yù)警門限，對以上6個層次所有網(wǎng)元相關(guān)的負(fù)荷指標(biāo)水平進(jìn)行直觀的展示。

負(fù)荷評價預(yù)警體系運行一年來，曾成功預(yù)警到汕尾的cdma2000 1x空口業(yè)務(wù)瓶頸、清遠(yuǎn)等中心區(qū)地市的BSC板件負(fù)荷瓶頸及部分地市BSC擴(kuò)容后出現(xiàn)的板件資源分配不均問題，證明負(fù)荷監(jiān)控預(yù)警結(jié)果能夠全面、及時、準(zhǔn)確地反映網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷現(xiàn)狀，有效提示網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷風(fēng)險，避免因風(fēng)險事件帶來的經(jīng)濟(jì)損失，提升企業(yè)品牌形象，支撐市場規(guī)模發(fā)展，從而帶來巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。

此外，每周同步輸出最新的全省扇區(qū)級空口擴(kuò)容規(guī)模數(shù)據(jù)，并將其細(xì)分為本周新增、自動恢復(fù)、擴(kuò)容解決3類，有效地指導(dǎo)了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與精確投資，提升了企業(yè)運營效益。

3.2 負(fù)荷發(fā)展專項預(yù)測

負(fù)荷發(fā)展專項預(yù)測涵蓋兩部分工作：一是根據(jù)用戶數(shù)及網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)對未來網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷發(fā)展與資源需求進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測2013年用戶感知惡化的瓶頸時間點與相應(yīng)的解決瓶頸問題所需的資源數(shù)量，有效指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化工作；二是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對重大節(jié)假日網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)沖擊與保障資源需求進(jìn)行預(yù)測，提前預(yù)知網(wǎng)絡(luò)過載風(fēng)險，有效指導(dǎo)保障資源的準(zhǔn)備與調(diào)配，保障在用戶規(guī)模增長的同時，2012年的節(jié)假日網(wǎng)絡(luò)運行安全。

4 結(jié)束語

從一年來的實踐效果看，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行負(fù)荷評價預(yù)警，必須將網(wǎng)絡(luò)當(dāng)作“一個整體、一個管道”看待，不能割裂各環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，因為管道的傳輸能力往往受限于最窄的一環(huán)。只有統(tǒng)一了各層次、各維度的負(fù)荷指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)與預(yù)警門限，才能通過網(wǎng)絡(luò)各環(huán)節(jié)之間的橫向、縱向?qū)Ρ?，精確定位負(fù)荷問題及其處理優(yōu)先級。同時，隨著市場用戶數(shù)量的規(guī)模化發(fā)展，需要做好網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷未來發(fā)展趨勢的預(yù)測研究，才能有備無患。

通過做好以上3件事，才能保證用戶使用感知得到提升，網(wǎng)絡(luò)資源得到最大化利用，才能降低運營成本，提升企業(yè)效益，建設(shè)好“智能管道”。