基于套餐驅動型負荷增長的擴容規(guī)劃

徐鑫校，王凌風（.浙江省通信產業(yè)服務有限公司，浙江杭州30005；.華信咨詢設計研究院有限公司，浙江杭州30004）

0 引言

隨著LTE網絡的不斷完善發(fā)展，一方面4G用戶保持快速增長態(tài)勢，另一方面移動數據業(yè)務流量需求也越來越大。移動支付、視頻廣播等各種移動互聯(lián)網應用的普及，帶動數據流量呈爆炸式增長。據工信部最新統(tǒng)計數據，2017年移動互聯(lián)網接入流量消費達246億GB，比上年增長162.7%，增速較上年提高38.7%。全年月戶均移動互聯(lián)網接入流量達到1 775 MB，是2016年的2.3倍，2017年12月當月戶均接入流量高達2 752 MB。其中，手機上網流量達到235億GB，比2016年增長179%，在移動互聯(lián)網總流量中占95.6%，成為推動移動互聯(lián)網流量高速增長的主要因素。

移動數據流量的迅猛增長正改變通信信息業(yè)發(fā)展格局，電信產業(yè)生態(tài)鏈呈現(xiàn)變革的趨勢［1］。數據流量業(yè)務是4G時代運營商業(yè)務的主要增長點，“流量經營”日益成為中國運營商們新的轉型焦點［2］。隨著“冰激凌套餐”“任我看”“天翼不限流”等套餐活動的推出，3家基礎網絡運營商的流量經營競爭也趨于白熱化，在不限流量類套餐的驅動下，用戶月均流量迅猛增長?？焖僭鲩L的數據流量業(yè)務給移動網絡帶來了海嘯般的沖擊［3］，數據流量所帶來的網絡負荷問題，正成為運營商關注的焦點。

網絡發(fā)展是漸進的，在時間序列上的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，容量規(guī)劃既能夠避免載波資源的空閑，又可以匹配實際需求，有利于提升用戶感知［4］。應對套餐驅動帶來的網絡負荷增長，需根據流量及用戶增長趨勢，合理配置網絡資源進行容量擴容規(guī)劃，避免資源空閑，提升用戶感知。

根據3家基礎運營商普遍采用的網絡負荷評估指標，通過不限流量套餐前后用戶應用行為的對比分析，對不限流量套餐所帶來的流量增長預測方法進行相應研究，并結合RRC有效用戶數增長、PRB利用率增長的預測研究，探討在不限流套餐驅動環(huán)境下網絡負荷的增長及采取的擴容思路和方法。

1 基于套餐驅動型的流量預測

一般而言，網絡流量具有高度自相關、隨機性和非線性等時間序列特征，因此，可以根據網絡流量時間序列特征對網絡流量進行預測［5］。在不限流業(yè)務推出之前，移動網絡流量增長可以根據歷史流量的時間序列特征進行預測，但在此之后，流量增長來源于套餐的驅動效應明顯，按歷史流量數據的時間序列特征進行流量預測，明顯不適用于因套餐因素刺激的流量預測和相應容量擴容規(guī)劃。

圖1 不限流套餐節(jié)點前后周流量TOP 20業(yè)務應用對比圖

1.1 套餐驅動型流量現(xiàn)狀分析

4G網絡承載的數據流量受多種因素影響，包括終端因素、網絡因素和市場因素等［6］。LTE用戶使用數據業(yè)務產生移動數據流量主要受制于3個方面的因素：終端、網絡帶寬和資費水平［7］，其中資費水平對流量影響更為明顯。自不限流套餐業(yè)務開展以來，用戶行為習慣也發(fā)生著明顯的變化，從某省運營商用戶監(jiān)控平臺的用戶行為，在套餐前后節(jié)點的對比分析可以看出，愛奇藝、QQ、PPS等視頻類應用由原37%提升至66%，由此帶來的就是全網日均流量增長迅猛，部分熱點地區(qū)負荷超重（見圖1）。

1.2 流量預測方法概述

近年來國內各研究者針對流量預測的模型構建研究，主要有傅里葉模型［8］、粗粒度網絡流量的灰色模型［9］、基于灰色小波的網絡流量組合預測模型［10］、FARIMA網絡流量預測模型［11］等。業(yè)務預測的常用方法主要包括瑞利分布預測、邏輯曲線預測、普及率法以及回歸法預測等［12］，此外業(yè)務預測TRMPAS 6步法［13］在現(xiàn)網中也得到了相關應用，基于人工神經元的流量預測則非常適合用于大規(guī)模的信息處理和預測［14］，以上預測模型及方法在常規(guī)流量業(yè)務的預測中得到很好的應用，但對于不限流套餐因市場因素突變而帶來的流量增長預測，則缺乏一定的準確性和適用性。

1.3 基于套餐驅動型流量預測思路

圖2 網絡流量負荷增長預測總體思路

1.3.1 市場常態(tài)業(yè)務增長預測

通過歷史流量數據，采用相應的常規(guī)預測模型及預測方法，估算流量自然增長趨勢。首先從PRS/網管中獲取網絡歷史流量數據，通?；?～6個月的數據對未來1～3個月的數據進行預測是比較準確的，超過這個時間長度由于市場、社會等因素的變化將導致預測出現(xiàn)偏差［15］，因此獲取歷史流量數據的時間跨度建議在半年以上；其次按時間序列繪制網絡單日或月均流量隨時間變化的趨勢圖，以此估算網絡在無套餐等特殊市場因素影響下的流量自然月增長情況?？紤]到數據業(yè)務常規(guī)變化特征，數據獲取的起止時間點建議避開受春節(jié)影響的1、2月份，校園場景則建議避開寒暑假月份。

1.3.2 套餐驅動型業(yè)務增長預測

套餐驅動型業(yè)務增長，主要來源于2個方面，一方面是基礎套餐類的業(yè)務增長，以電信不限流套餐為例，目前有49元、99元、129元、169元、199元、299元等套餐。不限流套餐用戶有新增的訂購用戶，此部分用戶發(fā)展增長趨勢，可以參照市場部門用戶發(fā)展計劃及周用戶增長速率進行預測；也有存量轉化部分，以現(xiàn)在中國電信主流套餐樂享4G套餐向“天翼不限量”套餐轉化為統(tǒng)計對象，考察各檔位套餐超套情況，估算不限流套餐用戶存量轉化用戶數的發(fā)展趨勢。

套餐驅動型業(yè)務增長另一方面，來源于疊加套餐的業(yè)務增長。疊加套餐作為基礎套餐的補充，與基礎套餐不存在替代關系，可自由疊加。因其靈活性，促銷往往針對特殊業(yè)務、特殊時段、特殊場景，缺乏預測歷史參考。因此建議與市場部門溝通疊加套餐訂購預期進行預測。

根據基礎套餐訂購數及不同檔位，以及基礎套餐和疊加套餐用戶周耗流量占比、用戶使用應用場景情況，并以此估算對流量的帶動效應，得出相應套餐驅動環(huán)境下的流量增長趨勢，結合之前的市場常態(tài)流量自然增長趨勢，以現(xiàn)網小區(qū)當前流量為基準，預測規(guī)劃期內的流量增長。

2 用戶增長預測

4G用戶增長關聯(lián)因素眾多，一般來說和網絡資費、終端能力、網絡服務水平、市場營銷等相關聯(lián)。真實出賬用戶數，也即市場前端發(fā)展的4G用戶數，在網絡中表現(xiàn)為MME附著用戶數［16］，這類用戶數主要反映了核心網側網絡負荷，與無線側（eNodeB）的負荷關聯(lián)不大。無線側網絡負荷更關注有效RRC用戶數，而有效RRC用戶與MME附著用戶（真實出賬用戶）的增長有所不同，更多取決于用戶行為的變化，兩者增長幅度偏差較大。根據現(xiàn)網統(tǒng)計表明，小區(qū)RRC有效用戶和小區(qū)流量增長基本呈線性關系，如圖3所示，因此，RRC有效用戶數與流量可以采用相同的增長率進行預測。

圖3 小區(qū)有效RRC用戶數與小區(qū)總流量關系圖

3 PRB利用率增長預測

PRB利用率的增長與流量的增長息息相關，流量的增長必然也會導致PRB利用率的增長，隨著PRB利用率增長，在同頻組網場景下的干擾也隨之上升，頻譜利用率則相應下降。

2.7 心理護理 因口腔劇烈疼痛，張口困難，患兒不愿意接受口腔護理。應耐心向患兒講解口腔護理對疼痛愈合的重要作用，以表揚的方式鼓勵患兒配合。當患兒雙唇水腫及口腔黏膜潰瘍糜爛，暫時不能說話表達自己的需求時，則出現(xiàn)煩躁、哭泣等表現(xiàn)。應與家人一同耐心地指導患兒表達個人需求，讓患兒通過打手勢和寫字來表達自己的需要。采取各種手段給患兒以心理支持，尋找可能的交流方法，使其心情舒暢地接受護理。

3.1 下行PRB利用率增長預測

圖4給出了平均CQI與PRB利用率關系，從圖4可以看出，PRB利用率由12.5%至25%增長1倍時，平均CQI從10.7降至10.4，約下降0.3。

UE用戶上報的CQI指標既反映了LTE網絡全網無線信號覆蓋質量，又反映了下行信道編碼的效率，如表1所示。在每個調制階數內，隨著CQI的提升，MCS也將提升，即編碼效率隨之提升，反之，CQI降低，為了確保傳輸的可靠性，采用穩(wěn)妥的MCS，降低編碼速率和效率。根據3GPP協(xié)議中CQI與編碼效率的關系，如圖4所示的CQI下降0.3時，頻譜效率大約下降至原來的92%。

圖4 平均CQI與PRB利用率關系圖

表1 CQI與調制編碼方式及編碼效率映射表

下行PRB利用率增長=流量增長倍數/頻譜效率下降倍數=2/0.92≈2.17

則：預測下行PRB利用率增長率=下行流量增長率×1.17

3.2 上行PRB利用率增長預測

基于現(xiàn)網數據，上行網絡負荷的抬升導致上行干擾也隨之抬升，上行干擾抬升，則導致上行頻譜效率下降，根據現(xiàn)網數據統(tǒng)計，上行PRB利用率由20%上升至40%，MCS階數約下降2階，如圖5所示。

圖5 上行MCS與PRB利用率關系圖

上行MCS階數下降2階時，對應的頻譜效率約下降至原來的89.7%。

上行利用率增長=流量增長倍數/頻譜效率下降倍數=2/0.897≈2.23

則：預測上行PRB利用率增長率=上行流量增長率×1.23

上行CCE資源的抬升與業(yè)務增長及用戶數相關，建議考慮與流量增長因子相同。

4 基于套餐驅動型的擴容規(guī)劃

4.1 擴容流程概述

結合各基礎運營商相應的擴容門限，通過上述流量、用戶數、上下行PRB利用率的相關預測，進行相應的擴容規(guī)劃。以中國電信4G網絡擴容標準為例，如表2所示。

表2 中國電信4G小區(qū)擴容門限暫行標準

在流量、PRB利用率、RRC連接用戶數3個擴容門限基礎上，增加對應價值小區(qū)的判斷準則，可以確保擴容具有針對性，避免擴容的盲目性。具體流程如圖6所示。

4.2 擴容方式選擇

目前各運營商4G網絡組網普遍采用多頻組網的方式，多頻段可以提供更多容量支撐。因此，擴容應優(yōu)先選擇載波擴容進行多載波的負荷均衡，當多頻載波滿配時，可以按場景選擇載波裂化或容量下沉，以及 3D MIMO［16］、Massive MIMO 等 5G 技術 4G 化的手段，提升網絡容量配置。

圖6 基于套餐驅動型負荷增長的擴容規(guī)劃流程圖

5 結束語

隨著各運營商不限流量套餐的持續(xù)推廣，4G網絡容量不足的問題正成為各運營商的網絡優(yōu)化建設的重點，LTE網絡的擴容規(guī)劃，需結合各自擴容門限，合理預測市場常態(tài)下的負荷增長以及套餐驅動型情況下的負荷增長，有針對性地進行擴容規(guī)劃，可以在一定程度上避免擴容規(guī)劃的盲目性。