分段預(yù)測(cè)法在GSM網(wǎng)絡(luò)無線話務(wù)量預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

中國(guó)移動(dòng)設(shè)計(jì)院陜西分公司 董安吉

1.前言

近年來移動(dòng)通信在我國(guó)發(fā)展迅猛，2010年底全國(guó)移動(dòng)電話用戶達(dá)到85900萬戶，移動(dòng)電話普及率達(dá)到64.4部/百人。可見移動(dòng)通信已成為當(dāng)前個(gè)人通信的最主要方式。為適應(yīng)用戶規(guī)模的迅速增長(zhǎng)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)每年都在大規(guī)模建設(shè)，與此同時(shí)第三代通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)全面鋪開，GSM網(wǎng)絡(luò)將逐步被第三代無線網(wǎng)絡(luò)替代，這樣GSM網(wǎng)絡(luò)的過度投資將大大增加成本風(fēng)險(xiǎn)。

話務(wù)量預(yù)測(cè)作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重要組成部分，是載頻與信道測(cè)算的基礎(chǔ)，而新增載頻數(shù)量是進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)投資分析和提高投資收入比計(jì)算的依據(jù)。話務(wù)預(yù)測(cè)技術(shù)如何適應(yīng)移動(dòng)通信話務(wù)量迅速增長(zhǎng)，這對(duì)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及調(diào)整提出新的問題。因此，更為準(zhǔn)確的話務(wù)預(yù)測(cè)成為移動(dòng)通信領(lǐng)域急需解決的問題。目前應(yīng)用到話務(wù)預(yù)測(cè)領(lǐng)域的預(yù)測(cè)算法中，如曲線擬合、移動(dòng)平均、指數(shù)平滑、單機(jī)話務(wù)量和VLR用戶數(shù)相關(guān)預(yù)測(cè)等，對(duì)中短期話務(wù)量發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)較為準(zhǔn)確，但不能預(yù)測(cè)中短期話務(wù)量的周期性變化，不能體現(xiàn)出話務(wù)波動(dòng)，預(yù)測(cè)較為粗糙。為了準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)移動(dòng)通信的話務(wù)量，反映話務(wù)波動(dòng)情況，本文以傳統(tǒng)的單機(jī)話務(wù)量和VLR用戶數(shù)相關(guān)預(yù)測(cè)方法為基礎(chǔ)，根據(jù)移動(dòng)通信話務(wù)量自身特點(diǎn)，采用綜合分析的方法進(jìn)行分段匹配對(duì)話務(wù)量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

2.話務(wù)量預(yù)測(cè)的方法及適用分析

在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，無線網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量的預(yù)測(cè)常用以下幾種方法：

2.1 無線網(wǎng)話務(wù)量預(yù)測(cè)=單機(jī)話務(wù)量×預(yù)測(cè)用戶數(shù)

這是在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)中常用的一種方法，基本能準(zhǔn)確反映話務(wù)量的增長(zhǎng)情況，但需要先進(jìn)行單機(jī)話務(wù)量及VLR通話用戶數(shù)的預(yù)測(cè)。

單機(jī)話務(wù)量又稱平均每用戶忙時(shí)話務(wù)量是系統(tǒng)忙時(shí)用戶的平均話務(wù)量，反映了這一地區(qū)用戶對(duì)移動(dòng)電話的使用率，也是衡量該地區(qū)話務(wù)負(fù)荷的一個(gè)重要指標(biāo)，是預(yù)測(cè)系統(tǒng)承載能力的基石。工程中普遍做法是對(duì)單機(jī)話務(wù)量的取定過程中采用一個(gè)確定值，未考慮周期性的變化，造成與實(shí)際統(tǒng)計(jì)的話務(wù)量在一定時(shí)期產(chǎn)生嚴(yán)重偏差。雖然最終預(yù)測(cè)結(jié)果較準(zhǔn)確，但反映不了整個(gè)話務(wù)波動(dòng)的過程。

公式中預(yù)測(cè)用戶數(shù)是指VLR用戶數(shù)，工程設(shè)計(jì)上經(jīng)常的做法是根據(jù)本地區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展用戶數(shù)（也稱市場(chǎng)發(fā)展用戶數(shù)）和服務(wù)用戶率（服務(wù)用戶率＝忙時(shí)VLR用戶數(shù)/在網(wǎng)用戶數(shù)）來預(yù)測(cè)VLR用戶數(shù)，并通過歷史VLR用戶發(fā)展數(shù)曲線擬合出增長(zhǎng)率再修正預(yù)測(cè)數(shù)，確定VLR用戶數(shù)。

所以在進(jìn)行話務(wù)量預(yù)測(cè)分析過程中重點(diǎn)對(duì)以上相關(guān)問題進(jìn)行修正，力求準(zhǔn)確。

2.2 實(shí)際話務(wù)量趨勢(shì)（曲線）擬合預(yù)測(cè)

此方法主要是用曲線擬合法根據(jù)歷史數(shù)據(jù)得到話務(wù)量發(fā)展的函數(shù)模型，通過數(shù)學(xué)公式修正后得到數(shù)據(jù)，一般采用曲線擬合主要考慮歷史因素，其預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)近期預(yù)測(cè)具有參考性，遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)結(jié)果偏差較大。而且復(fù)雜的曲線擬合模型對(duì)數(shù)學(xué)要求較高，還需要對(duì)模型的參數(shù)不斷測(cè)試、調(diào)整。

2.3 同比增長(zhǎng)預(yù)測(cè)

本方法可對(duì)月增長(zhǎng)率、季度增長(zhǎng)率、年增長(zhǎng)率及歷年新增用戶和新增話務(wù)的對(duì)比關(guān)系等用來做話務(wù)量的同比預(yù)測(cè)，可粗略進(jìn)行話務(wù)量估算，以供對(duì)比修正時(shí)使用。

2.4 其他預(yù)測(cè)法

如計(jì)費(fèi)時(shí)長(zhǎng)預(yù)測(cè)法，主要通過定性定量相結(jié)合分析預(yù)測(cè)移動(dòng)話音業(yè)務(wù)量及MOU值的發(fā)展趨勢(shì)以移動(dòng)用戶和MOU預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)測(cè)算出無線網(wǎng)的話務(wù)量需求；還可根據(jù)經(jīng)濟(jì)、資費(fèi)等權(quán)重因子調(diào)整話務(wù)量預(yù)測(cè)，這些方法可用于話務(wù)量預(yù)測(cè)的對(duì)比修正，而移動(dòng)平均、指數(shù)平滑預(yù)測(cè)法主要是對(duì)小區(qū)話務(wù)量的短期預(yù)測(cè)較為適用。

3.采用分段匹配預(yù)測(cè)話務(wù)量的方法

根據(jù)歷史話務(wù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果觀察到話務(wù)波動(dòng)規(guī)律以年為周期較為明顯，分段匹配方法主要是在使用單機(jī)話務(wù)量和VLR用戶數(shù)預(yù)測(cè)話務(wù)量基礎(chǔ)上進(jìn)行的根據(jù)話務(wù)量年波動(dòng)情況的規(guī)律性分階段的取定單機(jī)話務(wù)量，進(jìn)行話務(wù)預(yù)測(cè)，并根據(jù)特殊節(jié)假日前后VLR用戶數(shù)進(jìn)行修正。

根據(jù)某移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商某地區(qū)GSM的實(shí)際話務(wù)量數(shù)據(jù)用上面提出的預(yù)測(cè)算法進(jìn)行處理分析。一共有385天的實(shí)際每天忙時(shí)話務(wù)量數(shù)據(jù)，從2008年9月到2009年10月。對(duì)于小時(shí)話務(wù)量序列來說，每一個(gè)值代表在一小時(shí)內(nèi)話務(wù)量的積累值，每個(gè)數(shù)據(jù)的單位為愛爾蘭。我們用這385天的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模并得出2010年1月到12月的話務(wù)預(yù)測(cè)值，通過和真實(shí)值比較來評(píng)估分段匹配算法的性能。

圖3.1-1 某地區(qū)早晚忙時(shí)話務(wù)量曲線圖

圖3.2-1 某地區(qū)早晚忙時(shí)話務(wù)量、單機(jī)話務(wù)量、VLR用戶數(shù)疊加圖

表3.2-1 四個(gè)階段單機(jī)話務(wù)量取值表

表3.4-1 系統(tǒng)忙時(shí)話務(wù)量預(yù)測(cè)結(jié)果表

3.1 步驟一：收集本地區(qū)的話務(wù)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)需一年以上，盡量包括每天早晚忙時(shí)系統(tǒng)話務(wù)量及VLR用戶數(shù)據(jù)

只有統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)完整、可靠，結(jié)果才比較準(zhǔn)確。對(duì)每天的系統(tǒng)忙時(shí)話務(wù)量做統(tǒng)計(jì)，繪制一年的話務(wù)量波動(dòng)性曲線，就可對(duì)基礎(chǔ)話務(wù)量目標(biāo)值的取定提供一定的支持。某地區(qū)從2008年9月到2009年10月這385天的早、晚忙時(shí)話務(wù)量曲線圖如圖3.1-1所示，可以看出：

（1）某地區(qū)晚忙時(shí)話務(wù)量總體大于早忙時(shí)話務(wù)量，2008年10月中旬到2009年2月中旬左右是早忙時(shí)稍高于晚忙時(shí)。

（2）2008年9月到2008年10月中旬話務(wù)量總體呈下降趨勢(shì)，波動(dòng)較大的一天為中秋節(jié)，第二次波動(dòng)較大為9月30號(hào)國(guó)慶前夜，隨后趨于平穩(wěn)。

（3）2008年10月中下旬到2008年12月底，話務(wù)量比較平穩(wěn)。

（4）2009年元月到2月底，話務(wù)量較前一階段稍高，話務(wù)量發(fā)展也較為平穩(wěn)。中間有兩次波動(dòng)，一次除夕在夜，一次在元宵節(jié)。

（5）2009年3月到2009年7月，話務(wù)量總體上呈平穩(wěn)，到7月底增長(zhǎng)達(dá)到頂峰。

（6）2009年8月開始，又逐步回落，波動(dòng)較大的兩次為國(guó)慶前夜，和中秋節(jié)。

從以上分析可以看出，以年話務(wù)量為周期，話務(wù)量的變化趨勢(shì)分為4個(gè)階段，如果以年為單位可表示為“平穩(wěn)增長(zhǎng)—階段增高—整體回落—低位平穩(wěn)”。話務(wù)量波動(dòng)較大的時(shí)間段為除夕、元宵節(jié)、國(guó)慶前夜、中秋節(jié)，所以在話務(wù)預(yù)測(cè)分析時(shí)注意對(duì)以上時(shí)間點(diǎn)的預(yù)測(cè)。

3.2 步驟二：分析本地區(qū)話務(wù)量波動(dòng)情況

通過對(duì)單機(jī)話務(wù)量、VLR用戶數(shù)發(fā)展，以及對(duì)本地區(qū)話務(wù)量波動(dòng)規(guī)律的分析，來確定一年4個(gè)階段的單機(jī)話務(wù)量的取值。對(duì)某地區(qū)早晚忙時(shí)話務(wù)量、單機(jī)話務(wù)量、VLR用戶數(shù)圖表進(jìn)行疊加后可以看出單機(jī)話務(wù)量的曲線與系統(tǒng)忙時(shí)話務(wù)量曲線圖類似（圖3.2-1），系統(tǒng)話務(wù)量隨著VLR用戶數(shù)的增加而增加，但是在除夕、元宵節(jié)前后，因外出務(wù)工人員大量返鄉(xiāng)，使得VLR用戶數(shù)的增加非常迅猛，由圖3.2-1可以看出VLR用戶數(shù)已經(jīng)達(dá)到了2009年8月的水平；VLR用戶數(shù)的增加是話務(wù)量增加的主要?jiǎng)恿Γ瑔螜C(jī)話務(wù)量的變動(dòng)是系統(tǒng)話務(wù)量波動(dòng)的原因。

根據(jù)以上分析，從網(wǎng)絡(luò)安全和冗余度綜合考慮在現(xiàn)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)的數(shù)值基礎(chǔ)上乘以一定的冗余系數(shù)，可以得出四個(gè)階段的單機(jī)話務(wù)量取值，見表3.2-1。如果兩個(gè)地區(qū)為同一MSC，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，還要依據(jù)各地區(qū)經(jīng)濟(jì)、通信資費(fèi)情況分別進(jìn)行單機(jī)話務(wù)量確定。由于春節(jié)、中秋等時(shí)間點(diǎn)為農(nóng)歷時(shí)間，所以根據(jù)實(shí)際情況可以對(duì)單機(jī)話務(wù)量取定階段可向前后作部分推移。

3.3 步驟三：通過對(duì)運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)部門了解2010年的用戶發(fā)展情況，預(yù)測(cè)用戶發(fā)展數(shù)

通過網(wǎng)絡(luò)部門了解本地區(qū)用戶服務(wù)率，確定預(yù)測(cè)的VLR用戶數(shù)，再結(jié)合每月的VLR用戶數(shù)平均增長(zhǎng)率，根據(jù)曲線擬合法，測(cè)算出VLR用戶數(shù)的增長(zhǎng)速度。并對(duì)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正后得出VLR用戶增長(zhǎng)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。

3.4 步驟四：得出初步結(jié)論

根據(jù)以上分析建立相關(guān)模型得到話務(wù)量預(yù)測(cè)如表3.4-1。

移動(dòng)通信話務(wù)量作為移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量的標(biāo)志性指標(biāo)，主要受到單機(jī)話務(wù)量、用戶發(fā)展的速度（包括用戶忠誠(chéng)度）、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商采取的各種話務(wù)營(yíng)銷策略以及資費(fèi)政策等各種因素綜合影響。因此在預(yù)測(cè)話務(wù)量時(shí)要全面分析歷史數(shù)據(jù)，多向運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)部門、網(wǎng)絡(luò)部門了解網(wǎng)絡(luò)、用戶的具體情況，做好預(yù)測(cè)，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和工程建設(shè)提供可信支持。

4.話務(wù)量預(yù)測(cè)后的結(jié)果與實(shí)際值的比較

將預(yù)測(cè)值和實(shí)際值進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)值和實(shí)際值還是比較接近的，預(yù)測(cè)值和實(shí)際值的相對(duì)誤差最大值小于9%，平均誤差率為4.4%，最終誤差為3%。

而采用傳統(tǒng)的對(duì)單機(jī)話務(wù)量單一取值方法做出的預(yù)測(cè)值與分段預(yù)測(cè)法和實(shí)際值進(jìn)行比較，如圖4.1-1，可以看出分段預(yù)測(cè)法更能體現(xiàn)話務(wù)的波動(dòng)規(guī)律，預(yù)測(cè)結(jié)果更接近于實(shí)際統(tǒng)計(jì)值，因此證明了這種預(yù)測(cè)方法的有效性。

圖4.1-1 2010年某地區(qū)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商月話務(wù)量統(tǒng)計(jì)值與預(yù)測(cè)值比較圖

5.結(jié)論

分段預(yù)測(cè)依據(jù)地區(qū)話務(wù)量的波動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分別建模，充分利用有效歷史數(shù)據(jù)，能準(zhǔn)確反映不同時(shí)期話務(wù)波動(dòng)情況，充分了解每個(gè)時(shí)期話務(wù)量的需求，有利于全面分析本地網(wǎng)的話務(wù)狀況，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

綜上所述，對(duì)話務(wù)增長(zhǎng)進(jìn)行正確的預(yù)測(cè)并對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理配置，不僅需要掌握覆蓋區(qū)域內(nèi)話務(wù)量的現(xiàn)狀，還需要準(zhǔn)確把握各個(gè)層面上話務(wù)量的增長(zhǎng)變化趨勢(shì)。由此才可得出較接近實(shí)際話務(wù)的預(yù)測(cè)值，以上話務(wù)量預(yù)測(cè)分析也表明分段預(yù)測(cè)的方法可以較好的抓住網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的實(shí)際特性，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理等方面能起到一定的參考作用。