多基站调度网话务量模型

通过对某市集群专网19个基站251万条原始呼叫数据的统计分析,基于跨站呼叫话务量分摊方法,总结出调度型无线通信系统的话务量规律和特性,建立了多基站调度专网话务量模型,首次为调度网的网络规划、信道数设计提供了有效的算法.

多基站调度网话务量集群网络规划

中图分类号：TN929.52文献标识码：A文章编号：1006-1010（2014）-06-0023-05

1引言

调度网的信道数计算是世界性的难题.与公用网一个呼叫发生在一个或两个基站中不同,在多基站调度系统中,一个呼叫往往发生在多个基站中,占用大量信道,增加了计算的复杂性.1909年丹麦数学家A.K.Erlang（爱尔兰）提出了话务理论[1],其爱尔兰公式成功解决了线路的配置问题,成为电信工程师们广泛运用的工具.但是一百年来,人们并没有找到有效的方法来计算调度网的信道数配置.

公用网和后来发展的公用移动通信网只有个呼呼叫,一次呼叫只占用一条中继线路.调度网也有个呼呼叫,但最大的特点是组呼呼叫,特别是跨站组呼,这种情况超出了爱尔兰理论的适用范围.如何发展爱尔兰提出的理论,找到一种行之有效的算法准确计算调度网的信道数量,是理论学者和通信工程师们长期研究的难题,至今还仍在探索中.在“十二五”国家科技支撑项目《警用数字集群（PDT与TD-SCDMA）通信系统关键技术研究与应用示范（编号2102BAH22B00）》支助下,笔者研究提出了多基站调度网话务量模型,为数字集群及其他专用调度网的设计、计算、优化开辟了一条全新的道路.

在我国某特大城市门协助下,笔者采集了该市自2009年以来的全部模拟集群系统,这些数据完整、丰富、真实.笔者创新了话务量分摊方法,将每一次跨站呼叫的时长分摊给占用了信道的基站,再对每个基站的话务量求和来计算单个基站的总话务量,显然这个总话务量体现了调度网跨站呼叫的话务量特性.还用Matlab编程逐分钟递推查找每天中的最忙一小时即忙时,用ITU相关标准[2-3]推荐的方法定义一般负荷和高负荷,并计算这两种负荷下的平均忙时话务量.

2话务量模型和理论分析

2.1话务量理论模型

根据爱尔兰话务量理论模型,在多信道共用的集群通信网络中,呼损率B、共用信道数n和流入话务量A的定量关系表示为爱尔兰呼损公式[4]：

（1）

根据式（1）,只要已知其中两个变量,便可求出第三个变量.在实际工程设计中,为了计算方便而制成了便于查找的爱尔兰呼损表或爱尔兰B表.

在集群专网规划中,通常是根据各个基站的忙时总话务量和呼损率指标来确定所需要提供的信道数目.根据ITU相关标准,高负荷情况下的基站忙时话务量定义为该基站在一段时间内话务量最忙的5天中,话务量最忙一小时的话务量平均值,即：

（2）

其中,Ak表示话务量最忙5天中第k天的最忙一小时话务量.根据上述定义,首先统计出该基站话务量最忙的5天,然后确定这最忙的5天中各自话务量最忙的一小时,最后对最忙时话务量求平均得到高负荷下的基站忙时话务量.

2.2跨站话务量分摊

集群专网中的呼叫业务按呼叫类型可分为个呼和组呼,按呼叫范围可分为本地呼叫和跨站呼叫.其中,本地呼叫（包括本地个呼和本地组呼）只占用本地基站的一个语音信道,因此在统计话务量时只用给本地基站增加相应时长即可,不需要进行话务量的分摊[5]；而对于跨站呼叫（包括跨站个呼和跨站组呼）,由于使用了不同基站的多个信道,因此其话务量统计与本地呼叫不同.本文采用一种话务量分摊的方法对每一次跨站呼叫的话务量进行分摊处理,并统计到参与此次呼叫的各个基站总话务量当中.

（1）跨站个呼话务量

跨站个呼的原理过程如图1所示：

图1跨站个呼示意图

由基站1的主叫用户发起了对基站2的被叫用户的一次跨站个呼,此次呼叫占用了基站1和基站2各一个语音信道.检测设呼叫时长为T,在对此次呼叫进行话务量分摊时,笔者将分别对基站1和基站2的总话务量增加相应的呼叫时长,即ΔA1等于ΔA2等于T.如表1所示,结合我国某市集群专网的原始呼叫记录,以其中编号为2481897的跨站个呼为例,此次跨站个呼主叫基站编号为1、被叫基站为0、呼叫时长为186s,在统计基站的总话务量时分别对0和1号基站增加186s的话务量.

（2）跨站组呼话务量

跨站组呼的原理过程如图2所示：

图2跨站组呼示意图

由基站1的主叫发起了对基站1、2和3内多个被叫的一次跨站组呼,此次呼叫分别占用了三个基站各一个语音信道.检测设跨站组呼的呼叫时长为T,在对此次呼叫进行话务量分摊时,笔者将对参与呼叫的主叫和所有被叫所处基站的总话务量都增加相应的呼叫时长,即ΔA1等于ΔA2等于ΔA3等于T.以表1呼叫记录中编号为5423940的跨站组呼为例,此次跨站组呼主叫基站编号为0,查询话务量分摊站点表（见表2）得到参与呼叫的基站有4个,基站编号分别为0、9、10和12,呼叫时长为93s.因此,在统计各个基站的总话务量时,分别对编号为0、9、10和12四个基站分别增加93s的话务量.

3数据统计与分析

笔者采集的数据来自某特大城市19个基站约251万条原始记录.经过第一轮筛选,选取2009年1月、9月、10月、12月和2011年1月至12月共16个月份的个呼及组呼原始呼叫数据,其中既有国庆60周年大庆活动的,也有处置“12.1”重大刑事案件的,基于话务量分摊方法进行基站话务量分摊和统计处理,然后对典型基站的话务量结果进行深入分析.

3.1忙时话务量

计算基站忙时话务量时需要合并个呼和组呼数据,再根据合并数据统计出话务量最忙5天和每天话务量最忙的一小时,最后对其求平均值计算出该基站的忙时话务量.2009年和2011年度16个月中的0号基站每日总话务量分布情况如图3所示.日总话务量最大值出现在2009年9月29日,值为Amax等于61.67Erl,这正是国庆60周年大庆活动期间；而最小值出现在2011年2月4日,值为Amin等于15.68Erl.与此同时,根据分摊后记录可以统计出0号基站日话务量最忙一天即2009年9月29日全天的每小时话务量情况,如图4所示.当天话务量最忙的一小时时段为20：31：06至21：31：05,这个时间段中0号基站内用户产生话务量高达6.001Erl；而当天话务量最少的一小时时段为04：27：56至05：27：55,话务量仅为0.03Erl.此外,该基站当天总有三次话务量高峰期,分别为上午9点左右、下午16点左右、晚上18点至21点之间.

根据式（2）高负荷情况下忙时话务量的定义,先列出0号基站话务量最忙的5天如表3所示,分别为2009年9月17日、25日、29日、30日和12月24日.进而统计得到这最忙5天里的最忙一小时,对这5天的最忙一小时话务量求平均即可得到该基站高负荷下的忙时话务量值为：等于5.524Erl.

3.2话务量模型推导

用同样方法可求出各基站忙时话务量值.将各基站归入高话务、一般话务、郊区话务、农村话务四种场景中,并计算出这四种场景的总话务量分别为20.33Erl、12.73Erl、7.83Erl、6.58Erl.根据某城市这四种场景的面积,高话务、一般话务、郊区话务、农村话务区分别为257km2、1466km2、2416km2、4361km2,求出单位面积话务量分别为79.1×10-3（Erl/km2）、8.7×10-3（Erl/km2）、3.2×10-3（Erl/km2）、1.5×10-3（Erl/km2）.由此建立多基站调度网话务量模型.

4多基站调度网话务量

模型

4.1模型参数

设统计人数为10000人,多基站调度网话务量模型参数如表4所示：

表4多基站调度网话务量模型参数

高话务区一般话务区郊区话务区农村话务区

话务量/Erl20.3312.737.836.58

话务密度/

（Erl.km-2）79.1×10-38.7×10-33.2×10-31.5×10-3

4.2模型运用

在调度专网网络规划时,容量规划及基站信道数计算是重要内容.将全部规划地区分为高话务、一般话务、郊区话务和农村话务四种场景,面积分别为S1、S2、S3、S4,乘以各自的话务密度D1、D2、D3、D4,再分别乘以全网总用户数N,则可得到该场景的总话务量.将每个场景的话务量平均分配到该场景各基站中,根据基站性质做小范围调整.在规定呼损率指标下,查爱尔兰B表（呼损制）或C表（等待制）,得到该基站需要配置的信道数量.按场景播撒的话务量值为：

An等于Sn×Dn×N,n等于1,2,3,4（3）

5结束语

本文针对多基站调度网特别是集群专网的话务量分析和网络规划需求,基于所提出的跨站呼叫话务量分摊方法,对某省会城市集群专网中采集到的多达251万条原始数据进行统计处理和深入分析,建立了多基站调度网话务量模型.此模型的成功建立,从根本上解决了调度网容量设计的难题,为工程设计和网络优化提供了一个科学、量化的工具,将显著提高数字集群网络规划设计工程师的设计效率,以及无线专网设计准确度和设计水平,为宽带专用调度网容量设计提供新思路.

[3]InternationalTelegraphandTelephoneConsultativeCommittee.ITU-TRec.E.492Trafficreferenceperiod[S].Switzerland,1996.

[4]苏驷希.通信网性能分析基础[M].北京：北京邮电大学出版社,2006.

[5]王汉杰,陈昌前.一种基于组呼的话务量模型[J].移动通信,2011（18）：36-38.★