多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型

王漢杰　吳利平

通過對某市公安集群專網(wǎng)19個基站251萬條原始呼叫數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，基于跨站呼叫話務(wù)量分?jǐn)偡椒?，總結(jié)出調(diào)度型無線通信系統(tǒng)的話務(wù)量規(guī)律和特性，建立了多基站調(diào)度專網(wǎng)話務(wù)量模型，首次為調(diào)度網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、信道數(shù)設(shè)計提供了有效的算法。

多基站 調(diào)度網(wǎng) 話務(wù)量 集群 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

中圖分類號：TN929.52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-06-0023-05

1 引言

調(diào)度網(wǎng)的信道數(shù)計算是世界性的難題。與公用電話網(wǎng)一個呼叫發(fā)生在一個或兩個基站中不同，在多基站調(diào)度系統(tǒng)中，一個呼叫往往發(fā)生在多個基站中，占用大量信道，增加了計算的復(fù)雜性。1909年丹麥數(shù)學(xué)家A.K.Erlang（愛爾蘭）提出了話務(wù)理論[1]，其愛爾蘭公式成功解決了電話線路的配置問題，成為電信工程師們廣泛運用的工具。但是一百年來，人們并沒有找到有效的方法來計算調(diào)度網(wǎng)的信道數(shù)配置。

公用電話網(wǎng)和后來發(fā)展的公用移動通信網(wǎng)只有個呼呼叫，一次呼叫只占用一條中繼線路。調(diào)度網(wǎng)也有個呼呼叫，但最大的特點是組呼呼叫，特別是跨站組呼，這種情況超出了愛爾蘭理論的適用范圍。如何發(fā)展愛爾蘭提出的理論，找到一種行之有效的算法準(zhǔn)確計算調(diào)度網(wǎng)的信道數(shù)量，是理論學(xué)者和通信工程師們長期研究的難題，至今還仍在探索中。在“十二五”國家科技支撐項目《警用數(shù)字集群（PDT與TD-SCDMA）通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示范（編號2102BAH22B00）》支助下，筆者研究提出了多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型，為公安數(shù)字集群及其他專用調(diào)度網(wǎng)的設(shè)計、計算、優(yōu)化開辟了一條全新的道路。

在我國某特大城市公安部門協(xié)助下，筆者采集了該市公安自2009年以來的全部模擬集群系統(tǒng)通話記錄，這些數(shù)據(jù)完整、豐富、真實。筆者創(chuàng)新了話務(wù)量分?jǐn)偡椒?，將每一次跨站呼叫的時長分?jǐn)偨o占用了信道的基站，再對每個基站的話務(wù)量求和來計算單個基站的總話務(wù)量，顯然這個總話務(wù)量體現(xiàn)了調(diào)度網(wǎng)跨站呼叫的話務(wù)量特性。還用Matlab編程逐分鐘遞推查找每天中的最忙一小時即忙時，用ITU相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2-3]推薦的方法定義一般負(fù)荷和高負(fù)荷，并計算這兩種負(fù)荷下的平均忙時話務(wù)量。

2 話務(wù)量模型和理論分析

2.1 話務(wù)量理論模型

根據(jù)愛爾蘭話務(wù)量理論模型，在多信道共用的集群通信網(wǎng)絡(luò)中，呼損率B、共用信道數(shù)n和流入話務(wù)量A的定量關(guān)系表示為愛爾蘭呼損公式[4]：

（1）

根據(jù)式（1），只要已知其中兩個變量，便可求出第三個變量。在實際工程設(shè)計中，為了計算方便而制成了便于查找的愛爾蘭呼損表或愛爾蘭B表。

在集群專網(wǎng)規(guī)劃中，通常是根據(jù)各個基站的忙時總話務(wù)量和呼損率指標(biāo)來確定所需要提供的信道數(shù)目。根據(jù)ITU相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，高負(fù)荷情況下的基站忙時話務(wù)量定義為該基站在一段時間內(nèi)話務(wù)量最忙的5天中，話務(wù)量最忙一小時的話務(wù)量平均值，即：

（2）

其中，Ak表示話務(wù)量最忙5天中第k天的最忙一小時話務(wù)量。根據(jù)上述定義，首先統(tǒng)計出該基站話務(wù)量最忙的5天，然后確定這最忙的5天中各自話務(wù)量最忙的一小時，最后對最忙時話務(wù)量求平均得到高負(fù)荷下的基站忙時話務(wù)量。

2.2 跨站話務(wù)量分?jǐn)?/p>

集群專網(wǎng)中的呼叫業(yè)務(wù)按呼叫類型可分為個呼和組呼，按呼叫范圍可分為本地呼叫和跨站呼叫。其中，本地呼叫（包括本地個呼和本地組呼）只占用本地基站的一個語音信道，因此在統(tǒng)計話務(wù)量時只用給本地基站增加相應(yīng)時長即可，不需要進(jìn)行話務(wù)量的分?jǐn)俒5]；而對于跨站呼叫（包括跨站個呼和跨站組呼），由于使用了不同基站的多個信道，因此其話務(wù)量統(tǒng)計與本地呼叫不同。本文采用一種話務(wù)量分?jǐn)偟姆椒▽γ恳淮慰缯竞艚械脑拕?wù)量進(jìn)行分?jǐn)偺幚?，并統(tǒng)計到參與此次呼叫的各個基站總話務(wù)量當(dāng)中。

（1）跨站個呼話務(wù)量

跨站個呼的原理過程如圖1所示：

圖1 跨站個呼示意圖

由基站1的主叫用戶發(fā)起了對基站2的被叫用戶的一次跨站個呼，此次呼叫占用了基站1和基站2各一個語音信道。假設(shè)呼叫時長為T，在對此次呼叫進(jìn)行話務(wù)量分?jǐn)倳r，筆者將分別對基站1和基站2的總話務(wù)量增加相應(yīng)的呼叫時長，即ΔA1=ΔA2=T。如表1所示，結(jié)合我國某市公安集群專網(wǎng)的原始呼叫記錄，以其中編號為2481897的跨站個呼為例，此次跨站個呼主叫基站編號為1、被叫基站為0、呼叫時長為186s，在統(tǒng)計基站的總話務(wù)量時分別對0和1號基站增加186s的話務(wù)量。

（2）跨站組呼話務(wù)量

跨站組呼的原理過程如圖2所示：

圖2 跨站組呼示意圖

由基站1的主叫發(fā)起了對基站1、2和3內(nèi)多個被叫的一次跨站組呼，此次呼叫分別占用了三個基站各一個語音信道。假設(shè)跨站組呼的呼叫時長為T，在對此次呼叫進(jìn)行話務(wù)量分?jǐn)倳r，筆者將對參與呼叫的主叫和所有被叫所處基站的總話務(wù)量都增加相應(yīng)的呼叫時長，即ΔA1=ΔA2=ΔA3=T。以表1呼叫記錄中編號為5423940的跨站組呼為例，此次跨站組呼主叫基站編號為0，查詢話務(wù)量分?jǐn)傉军c表（見表2）得到參與呼叫的基站有4個，基站編號分別為0、9、10和12，呼叫時長為93s。因此，在統(tǒng)計各個基站的總話務(wù)量時，分別對編號為0、9、10和12四個基站分別增加93s的話務(wù)量。

3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

筆者采集的數(shù)據(jù)來自某特大城市19個基站約251萬條原始記錄。經(jīng)過第一輪篩選，選取2009年1月、9月、10月、12月和2011年1月至12月共16個月份的個呼及組呼原始呼叫數(shù)據(jù)，其中既有國慶60周年大慶活動的通話記錄，也有處置“12.1”重大刑事案件的通話記錄，基于話務(wù)量分?jǐn)偡椒ㄟM(jìn)行基站話務(wù)量分?jǐn)偤徒y(tǒng)計處理，然后對典型基站的話務(wù)量結(jié)果進(jìn)行深入分析。

3.1 忙時話務(wù)量

計算基站忙時話務(wù)量時需要合并個呼和組呼數(shù)據(jù)，再根據(jù)合并數(shù)據(jù)統(tǒng)計出話務(wù)量最忙5天和每天話務(wù)量最忙的一小時，最后對其求平均值計算出該基站的忙時話務(wù)量。2009年和2011年度16個月中的0號基站每日總話務(wù)量分布情況如圖3所示。日總話務(wù)量最大值出現(xiàn)在2009年9月29日，值為Amax=61.67Erl，這正是國慶60周年大慶活動期間；而最小值出現(xiàn)在2011年2月4日，值為Amin=15.68Erl。

與此同時，根據(jù)分?jǐn)偤笥涗浛梢越y(tǒng)計出0號基站日話務(wù)量最忙一天即2009年9月29日全天的每小時話務(wù)量情況，如圖4所示。當(dāng)天話務(wù)量最忙的一小時時段為20：31：06至21：31：05，這個時間段中0號基站內(nèi)用戶產(chǎn)生話務(wù)量高達(dá)6.001Erl；而當(dāng)天話務(wù)量最少的一小時時段為04：27：56至05：27：55，話務(wù)量僅為0.03Erl。此外，該基站當(dāng)天總有三次話務(wù)量高峰期，分別為上午9點左右、下午16點左右、晚上18點至21點之間。

根據(jù)式（2）高負(fù)荷情況下忙時話務(wù)量的定義，先列出0號基站話務(wù)量最忙的5天如表3所示，分別為2009年9月17日、25日、29日、30日和12月24日。進(jìn)而統(tǒng)計得到這最忙5天里的最忙一小時，對這5天的最忙一小時話務(wù)量求平均即可得到該基站高負(fù)荷下的忙時話務(wù)量值為：=5.524Erl。

3.2 話務(wù)量模型推導(dǎo)

用同樣方法可求出各基站忙時話務(wù)量值。將各基站歸入高話務(wù)、一般話務(wù)、郊區(qū)話務(wù)、農(nóng)村話務(wù)四種場景中，并計算出這四種場景的總話務(wù)量分別為20.33Erl、12.73Erl、7.83Erl、6.58Erl。根據(jù)某城市這四種場景的面積，高話務(wù)、一般話務(wù)、郊區(qū)話務(wù)、農(nóng)村話務(wù)區(qū)分別為257km2、1 466km2、2 416km2、4 361km2，求出單位面積話務(wù)量分別為79.1×10-3（Erl/km2）、8.7×10-3（Erl/km2）、3.2×10-3（Erl/km2）、1.5×10-3（Erl/km2）。由此建立多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型。

4 多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量

模型

4.1 模型參數(shù)

設(shè)統(tǒng)計人數(shù)為10 000人，多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型參數(shù)如表4所示：

表4 多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型參數(shù)

高話務(wù)區(qū) 一般話務(wù)區(qū) 郊區(qū)話務(wù)區(qū) 農(nóng)村話務(wù)區(qū)

話務(wù)量/Erl 20.33 12.73 7.83 6.58

話務(wù)密度/

（Erl.km-2） 79.1×10-3 8.7×10-3 3.2×10-3 1.5×10-3

4.2 模型運用

在調(diào)度專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時，容量規(guī)劃及基站信道數(shù)計算是重要內(nèi)容。將全部規(guī)劃地區(qū)分為高話務(wù)、一般話務(wù)、郊區(qū)話務(wù)和農(nóng)村話務(wù)四種場景，面積分別為S1、S2、S3、S4，乘以各自的話務(wù)密度D1、D2、D3、D4，再分別乘以全網(wǎng)總用戶數(shù)N，則可得到該場景的總話務(wù)量。將每個場景的話務(wù)量平均分配到該場景各基站中，根據(jù)基站性質(zhì)做小范圍調(diào)整。在規(guī)定呼損率指標(biāo)下，查愛爾蘭B表（呼損制）或C表（等待制），得到該基站需要配置的信道數(shù)量。按場景播撒的話務(wù)量值為：

An=Sn×Dn×N，n=1，2，3，4 （3）

5 結(jié)束語

本文針對多基站調(diào)度網(wǎng)特別是公安集群專網(wǎng)的話務(wù)量分析和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需求，基于所提出的跨站呼叫話務(wù)量分?jǐn)偡椒?，對某省會城市公安集群專網(wǎng)中采集到的多達(dá)251萬條原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理和深入分析，建立了多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型。此模型的成功建立，從根本上解決了調(diào)度網(wǎng)容量設(shè)計的難題，為工程設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了一個科學(xué)、量化的工具，將顯著提高數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計工程師的設(shè)計效率，以及無線專網(wǎng)設(shè)計準(zhǔn)確度和設(shè)計水平，為寬帶專用調(diào)度網(wǎng)容量設(shè)計提供新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭祖輝，張炎欽，劉文華，等. 集群移動通信工程[M]. 北京： 人民郵電出版社， 1996.

[2] International Telegraph and Telephone Consultative Committee. ITU-T Rec. E.500 Traffic intensity measurement principles[S]. Switzerland， 1998.

[3] International Telegraph and Telephone Consultative Committee. ITU-T Rec. E.492 Traffic reference period[S]. Switzerland， 1996.

[4] 蘇駟希. 通信網(wǎng)性能分析基礎(chǔ)[M]. 北京： 北京郵電大學(xué)出版社， 2006.

[5] 王漢杰，陳昌前. 一種基于組呼的話務(wù)量模型[J]. 移動通信， 2011（18）： 36-38.★

與此同時，根據(jù)分?jǐn)偤笥涗浛梢越y(tǒng)計出0號基站日話務(wù)量最忙一天即2009年9月29日全天的每小時話務(wù)量情況，如圖4所示。當(dāng)天話務(wù)量最忙的一小時時段為20：31：06至21：31：05，這個時間段中0號基站內(nèi)用戶產(chǎn)生話務(wù)量高達(dá)6.001Erl；而當(dāng)天話務(wù)量最少的一小時時段為04：27：56至05：27：55，話務(wù)量僅為0.03Erl。此外，該基站當(dāng)天總有三次話務(wù)量高峰期，分別為上午9點左右、下午16點左右、晚上18點至21點之間。

根據(jù)式（2）高負(fù)荷情況下忙時話務(wù)量的定義，先列出0號基站話務(wù)量最忙的5天如表3所示，分別為2009年9月17日、25日、29日、30日和12月24日。進(jìn)而統(tǒng)計得到這最忙5天里的最忙一小時，對這5天的最忙一小時話務(wù)量求平均即可得到該基站高負(fù)荷下的忙時話務(wù)量值為：=5.524Erl。

3.2 話務(wù)量模型推導(dǎo)

用同樣方法可求出各基站忙時話務(wù)量值。將各基站歸入高話務(wù)、一般話務(wù)、郊區(qū)話務(wù)、農(nóng)村話務(wù)四種場景中，并計算出這四種場景的總話務(wù)量分別為20.33Erl、12.73Erl、7.83Erl、6.58Erl。根據(jù)某城市這四種場景的面積，高話務(wù)、一般話務(wù)、郊區(qū)話務(wù)、農(nóng)村話務(wù)區(qū)分別為257km2、1 466km2、2 416km2、4 361km2，求出單位面積話務(wù)量分別為79.1×10-3（Erl/km2）、8.7×10-3（Erl/km2）、3.2×10-3（Erl/km2）、1.5×10-3（Erl/km2）。由此建立多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型。

4 多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量

模型

4.1 模型參數(shù)

設(shè)統(tǒng)計人數(shù)為10 000人，多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型參數(shù)如表4所示：

表4 多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型參數(shù)

高話務(wù)區(qū) 一般話務(wù)區(qū) 郊區(qū)話務(wù)區(qū) 農(nóng)村話務(wù)區(qū)

話務(wù)量/Erl 20.33 12.73 7.83 6.58

話務(wù)密度/

（Erl.km-2） 79.1×10-3 8.7×10-3 3.2×10-3 1.5×10-3

4.2 模型運用

在調(diào)度專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時，容量規(guī)劃及基站信道數(shù)計算是重要內(nèi)容。將全部規(guī)劃地區(qū)分為高話務(wù)、一般話務(wù)、郊區(qū)話務(wù)和農(nóng)村話務(wù)四種場景，面積分別為S1、S2、S3、S4，乘以各自的話務(wù)密度D1、D2、D3、D4，再分別乘以全網(wǎng)總用戶數(shù)N，則可得到該場景的總話務(wù)量。將每個場景的話務(wù)量平均分配到該場景各基站中，根據(jù)基站性質(zhì)做小范圍調(diào)整。在規(guī)定呼損率指標(biāo)下，查愛爾蘭B表（呼損制）或C表（等待制），得到該基站需要配置的信道數(shù)量。按場景播撒的話務(wù)量值為：

An=Sn×Dn×N，n=1，2，3，4 （3）

5 結(jié)束語

本文針對多基站調(diào)度網(wǎng)特別是公安集群專網(wǎng)的話務(wù)量分析和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需求，基于所提出的跨站呼叫話務(wù)量分?jǐn)偡椒?，對某省會城市公安集群專網(wǎng)中采集到的多達(dá)251萬條原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理和深入分析，建立了多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型。此模型的成功建立，從根本上解決了調(diào)度網(wǎng)容量設(shè)計的難題，為工程設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了一個科學(xué)、量化的工具，將顯著提高數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計工程師的設(shè)計效率，以及無線專網(wǎng)設(shè)計準(zhǔn)確度和設(shè)計水平，為寬帶專用調(diào)度網(wǎng)容量設(shè)計提供新思路。

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[2] International Telegraph and Telephone Consultative Committee. ITU-T Rec. E.500 Traffic intensity measurement principles[S]. Switzerland， 1998.

[3] International Telegraph and Telephone Consultative Committee. ITU-T Rec. E.492 Traffic reference period[S]. Switzerland， 1996.

[4] 蘇駟希. 通信網(wǎng)性能分析基礎(chǔ)[M]. 北京： 北京郵電大學(xué)出版社， 2006.

[5] 王漢杰，陳昌前. 一種基于組呼的話務(wù)量模型[J]. 移動通信， 2011（18）： 36-38.★

與此同時，根據(jù)分?jǐn)偤笥涗浛梢越y(tǒng)計出0號基站日話務(wù)量最忙一天即2009年9月29日全天的每小時話務(wù)量情況，如圖4所示。當(dāng)天話務(wù)量最忙的一小時時段為20：31：06至21：31：05，這個時間段中0號基站內(nèi)用戶產(chǎn)生話務(wù)量高達(dá)6.001Erl；而當(dāng)天話務(wù)量最少的一小時時段為04：27：56至05：27：55，話務(wù)量僅為0.03Erl。此外，該基站當(dāng)天總有三次話務(wù)量高峰期，分別為上午9點左右、下午16點左右、晚上18點至21點之間。

根據(jù)式（2）高負(fù)荷情況下忙時話務(wù)量的定義，先列出0號基站話務(wù)量最忙的5天如表3所示，分別為2009年9月17日、25日、29日、30日和12月24日。進(jìn)而統(tǒng)計得到這最忙5天里的最忙一小時，對這5天的最忙一小時話務(wù)量求平均即可得到該基站高負(fù)荷下的忙時話務(wù)量值為：=5.524Erl。

3.2 話務(wù)量模型推導(dǎo)

用同樣方法可求出各基站忙時話務(wù)量值。將各基站歸入高話務(wù)、一般話務(wù)、郊區(qū)話務(wù)、農(nóng)村話務(wù)四種場景中，并計算出這四種場景的總話務(wù)量分別為20.33Erl、12.73Erl、7.83Erl、6.58Erl。根據(jù)某城市這四種場景的面積，高話務(wù)、一般話務(wù)、郊區(qū)話務(wù)、農(nóng)村話務(wù)區(qū)分別為257km2、1 466km2、2 416km2、4 361km2，求出單位面積話務(wù)量分別為79.1×10-3（Erl/km2）、8.7×10-3（Erl/km2）、3.2×10-3（Erl/km2）、1.5×10-3（Erl/km2）。由此建立多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型。

4 多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量

模型

4.1 模型參數(shù)

設(shè)統(tǒng)計人數(shù)為10 000人，多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型參數(shù)如表4所示：

表4 多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型參數(shù)

高話務(wù)區(qū) 一般話務(wù)區(qū) 郊區(qū)話務(wù)區(qū) 農(nóng)村話務(wù)區(qū)

話務(wù)量/Erl 20.33 12.73 7.83 6.58

話務(wù)密度/

（Erl.km-2） 79.1×10-3 8.7×10-3 3.2×10-3 1.5×10-3

4.2 模型運用

在調(diào)度專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時，容量規(guī)劃及基站信道數(shù)計算是重要內(nèi)容。將全部規(guī)劃地區(qū)分為高話務(wù)、一般話務(wù)、郊區(qū)話務(wù)和農(nóng)村話務(wù)四種場景，面積分別為S1、S2、S3、S4，乘以各自的話務(wù)密度D1、D2、D3、D4，再分別乘以全網(wǎng)總用戶數(shù)N，則可得到該場景的總話務(wù)量。將每個場景的話務(wù)量平均分配到該場景各基站中，根據(jù)基站性質(zhì)做小范圍調(diào)整。在規(guī)定呼損率指標(biāo)下，查愛爾蘭B表（呼損制）或C表（等待制），得到該基站需要配置的信道數(shù)量。按場景播撒的話務(wù)量值為：

An=Sn×Dn×N，n=1，2，3，4 （3）

5 結(jié)束語

本文針對多基站調(diào)度網(wǎng)特別是公安集群專網(wǎng)的話務(wù)量分析和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需求，基于所提出的跨站呼叫話務(wù)量分?jǐn)偡椒?，對某省會城市公安集群專網(wǎng)中采集到的多達(dá)251萬條原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理和深入分析，建立了多基站調(diào)度網(wǎng)話務(wù)量模型。此模型的成功建立，從根本上解決了調(diào)度網(wǎng)容量設(shè)計的難題，為工程設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了一個科學(xué)、量化的工具，將顯著提高數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計工程師的設(shè)計效率，以及無線專網(wǎng)設(shè)計準(zhǔn)確度和設(shè)計水平，為寬帶專用調(diào)度網(wǎng)容量設(shè)計提供新思路。

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