多基站調度網話務量模型

王漢杰　吳利平

通過對某市公安集群專網19個基站251萬條原始呼叫數據的統計分析，基于跨站呼叫話務量分攤方法，總結出調度型無線通信系統的話務量規律和特性，建立了多基站調度專網話務量模型，首次為調度網的網絡規劃、信道數設計提供了有效的算法。

多基站 調度網 話務量 集群 網絡規劃

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

1 引言

調度網的信道數計算是世界性的難題。與公用電話網一個呼叫發生在一個或兩個基站中不同，在多基站調度系統中，一個呼叫往往發生在多個基站中，占用大量信道，增加了計算的復雜性。1909年丹麥數學家A.K.Erlang（愛爾蘭）提出了話務理論[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度網的信道數配置。

公用電話網和后來發展的公用移動通信網只有個呼呼叫，一次呼叫只占用一條中繼線路。調度網也有個呼呼叫，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。如何發展愛爾蘭提出的理論，找到一種行之有效的算法準確計算調度網的信道數量，是理論學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《警用數字集群（PDT與TD-SCDMA）通信系統關鍵技術研究與應用示范（編號2102BAH22B00）》支助下，筆者研究提出了多基站調度網話務量模型，為公安數字集群及其他專用調度網的設計、計算、優化開辟了一條全新的道路。

在我國某特大城市公安部門協助下，筆者采集了該市公安自2009年以來的全部模擬集群系統通話記錄，這些數據完整、豐富、真實。筆者創新了話務量分攤方法，將每一次跨站呼叫的時長分攤給占用了信道的基站，再對每個基站的話務量求和來計算單個基站的總話務量，顯然這個總話務量體現了調度網跨站呼叫的話務量特性。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相關標準[2-3]推薦的方法定義一般負荷和高負荷，并計算這兩種負荷下的平均忙時話務量。

2 話務量模型和理論分析

2.1 話務量理論模型

根據愛爾蘭話務量理論模型，在多信道共用的集群通信網絡中，呼損率B、共用信道數n和流入話務量A的定量關系表示為愛爾蘭呼損公式[4]：

（1）

根據式（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。

在集群專網規劃中，通常是根據各個基站的忙時總話務量和呼損率指標來確定所需要提供的信道數目。根據ITU相關標準，高負荷情況下的基站忙時話務量定義為該基站在一段時間內話務量最忙的5天中，話務量最忙一小時的話務量平均值，即：

（2）

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

2.2 跨站話務量分攤

集群專網中的呼叫業務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，因此在統計話務量時只用給本地基站增加相應時長即可，不需要進行話務量的分攤[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，因此其話務量統計與本地呼叫不同。本文采用一種話務量分攤的方法對每一次跨站呼叫的話務量進行分攤處理，并統計到參與此次呼叫的各個基站總話務量當中。

（1）跨站個呼話務量

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。假設呼叫時長為T，在對此次呼叫進行話務量分攤時，筆者將分別對基站1和基站2的總話務量增加相應的呼叫時長，即ΔA1=ΔA2=T。如表1所示，結合我國某市公安集群專網的原始呼叫記錄，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，在統計基站的總話務量時分別對0和1號基站增加186s的話務量。

（2）跨站組呼話務量

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的主叫發起了對基站1、2和3內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。假設跨站組呼的呼叫時長為T，在對此次呼叫進行話務量分攤時，筆者將對參與呼叫的主叫和所有被叫所處基站的總話務量都增加相應的呼叫時長，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，查詢話務量分攤站點表（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，在統計各個基站的總話務量時，分別對編號為0、9、10和12四個基站分別增加93s的話務量。

3 數據統計與分析

筆者采集的數據來自某特大城市19個基站約251萬條原始記錄。經過第一輪篩選，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據，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，基于話務量分攤方法進行基站話務量分攤和統計處理，然后對典型基站的話務量結果進行深入分析。

3.1 忙時話務量

計算基站忙時話務量時需要合并個呼和組呼數據，再根據合并數據統計出話務量最忙5天和每天話務量最忙的一小時，最后對其求平均值計算出該基站的忙時話務量。2009年和2011年度16個月中的0號基站每日總話務量分布情況如圖3所示。日總話務量最大值出現在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；而最小值出現在2011年2月4日，值為Amin=15.68Erl。

與此同時，根據分攤后記錄可以統計出0號基站日話務量最忙一天即2009年9月29日全天的每小時話務量情況，如圖4所示。當天話務量最忙的一小時時段為20：31：06至21：31：05，這個時間段中0號基站內用戶產生話務量高達6.001Erl；而當天話務量最少的一小時時段為04：27：56至05：27：55，話務量僅為0.03Erl。此外，該基站當天總有三次話務量高峰期，分別為上午9點左右、下午16點左右、晚上18點至21點之間。

根據式（2）高負荷情況下忙時話務量的定義，先列出0號基站話務量最忙的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。進而統計得到這最忙5天里的最忙一小時，對這5天的最忙一小時話務量求平均即可得到該基站高負荷下的忙時話務量值為：=5.524Erl。

3.2 話務量模型推導

用同樣方法可求出各基站忙時話務量值。將各基站歸入高話務、一般話務、郊區話務、農村話務四種場景中，并計算出這四種場景的總話務量分別為20.33Erl、12.73Erl、7.83Erl、6.58Erl。根據某城市這四種場景的面積，高話務、一般話務、郊區話務、農村話務區分別為257km2、1 466km2、2 416km2、4 361km2，求出單位面積話務量分別為79.1×10-3（Erl/km2）、8.7×10-3（Erl/km2）、3.2×10-3（Erl/km2）、1.5×10-3（Erl/km2）。由此建立多基站調度網話務量模型。

4 多基站調度網話務量

模型

4.1 模型參數

設統計人數為10 000人，多基站調度網話務量模型參數如表4所示：

表4 多基站調度網話務量模型參數

高話務區 一般話務區 郊區話務區 農村話務區

話務量/Erl 20.33 12.73 7.83 6.58

話務密度/

（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

在調度專網網絡規劃時，容量規劃及基站信道數計算是重要內容。將全部規劃地區分為高話務、一般話務、郊區話務和農村話務四種場景，面積分別為S1、S2、S3、S4，乘以各自的話務密度D1、D2、D3、D4，再分別乘以全網總用戶數N，則可得到該場景的總話務量。將每個場景的話務量平均分配到該場景各基站中，根據基站性質做小范圍調整。在規定呼損率指標下，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量。按場景播撒的話務量值為：

An=Sn×Dn×N，n=1，2，3，4 （3）

5 結束語

本文針對多基站調度網特別是公安集群專網的話務量分析和網絡規劃需求，基于所提出的跨站呼叫話務量分攤方法，對某省會城市公安集群專網中采集到的多達251萬條原始數據進行統計處理和深入分析，建立了多基站調度網話務量模型。此模型的成功建立，從根本上解決了調度網容量設計的難題，為工程設計和網絡優化提供了一個科學、量化的工具，將顯著提高數字集群網絡規劃設計工程師的設計效率，以及無線專網設計準確度和設計水平，為寬帶專用調度網容量設計提供新思路。

參考文獻：

[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. 通信網性能分析基礎[M]. 北京： 北京郵電大學出版社， 2006.

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

與此同時，根據分攤后記錄可以統計出0號基站日話務量最忙一天即2009年9月29日全天的每小時話務量情況，如圖4所示。當天話務量最忙的一小時時段為20：31：06至21：31：05，這個時間段中0號基站內用戶產生話務量高達6.001Erl；而當天話務量最少的一小時時段為04：27：56至05：27：55，話務量僅為0.03Erl。此外，該基站當天總有三次話務量高峰期，分別為上午9點左右、下午16點左右、晚上18點至21點之間。

根據式（2）高負荷情況下忙時話務量的定義，先列出0號基站話務量最忙的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。進而統計得到這最忙5天里的最忙一小時，對這5天的最忙一小時話務量求平均即可得到該基站高負荷下的忙時話務量值為：=5.524Erl。

3.2 話務量模型推導

用同樣方法可求出各基站忙時話務量值。將各基站歸入高話務、一般話務、郊區話務、農村話務四種場景中，并計算出這四種場景的總話務量分別為20.33Erl、12.73Erl、7.83Erl、6.58Erl。根據某城市這四種場景的面積，高話務、一般話務、郊區話務、農村話務區分別為257km2、1 466km2、2 416km2、4 361km2，求出單位面積話務量分別為79.1×10-3（Erl/km2）、8.7×10-3（Erl/km2）、3.2×10-3（Erl/km2）、1.5×10-3（Erl/km2）。由此建立多基站調度網話務量模型。

4 多基站調度網話務量

模型

4.1 模型參數

設統計人數為10 000人，多基站調度網話務量模型參數如表4所示：

表4 多基站調度網話務量模型參數

高話務區 一般話務區 郊區話務區 農村話務區

話務量/Erl 20.33 12.73 7.83 6.58

話務密度/

（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

在調度專網網絡規劃時，容量規劃及基站信道數計算是重要內容。將全部規劃地區分為高話務、一般話務、郊區話務和農村話務四種場景，面積分別為S1、S2、S3、S4，乘以各自的話務密度D1、D2、D3、D4，再分別乘以全網總用戶數N，則可得到該場景的總話務量。將每個場景的話務量平均分配到該場景各基站中，根據基站性質做小范圍調整。在規定呼損率指標下，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量。按場景播撒的話務量值為：

An=Sn×Dn×N，n=1，2，3，4 （3）

5 結束語

本文針對多基站調度網特別是公安集群專網的話務量分析和網絡規劃需求，基于所提出的跨站呼叫話務量分攤方法，對某省會城市公安集群專網中采集到的多達251萬條原始數據進行統計處理和深入分析，建立了多基站調度網話務量模型。此模型的成功建立，從根本上解決了調度網容量設計的難題，為工程設計和網絡優化提供了一個科學、量化的工具，將顯著提高數字集群網絡規劃設計工程師的設計效率，以及無線專網設計準確度和設計水平，為寬帶專用調度網容量設計提供新思路。

參考文獻：

[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. 通信網性能分析基礎[M]. 北京： 北京郵電大學出版社， 2006.

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

與此同時，根據分攤后記錄可以統計出0號基站日話務量最忙一天即2009年9月29日全天的每小時話務量情況，如圖4所示。當天話務量最忙的一小時時段為20：31：06至21：31：05，這個時間段中0號基站內用戶產生話務量高達6.001Erl；而當天話務量最少的一小時時段為04：27：56至05：27：55，話務量僅為0.03Erl。此外，該基站當天總有三次話務量高峰期，分別為上午9點左右、下午16點左右、晚上18點至21點之間。

根據式（2）高負荷情況下忙時話務量的定義，先列出0號基站話務量最忙的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。進而統計得到這最忙5天里的最忙一小時，對這5天的最忙一小時話務量求平均即可得到該基站高負荷下的忙時話務量值為：=5.524Erl。

3.2 話務量模型推導

用同樣方法可求出各基站忙時話務量值。將各基站歸入高話務、一般話務、郊區話務、農村話務四種場景中，并計算出這四種場景的總話務量分別為20.33Erl、12.73Erl、7.83Erl、6.58Erl。根據某城市這四種場景的面積，高話務、一般話務、郊區話務、農村話務區分別為257km2、1 466km2、2 416km2、4 361km2，求出單位面積話務量分別為79.1×10-3（Erl/km2）、8.7×10-3（Erl/km2）、3.2×10-3（Erl/km2）、1.5×10-3（Erl/km2）。由此建立多基站調度網話務量模型。

4 多基站調度網話務量

模型

4.1 模型參數

設統計人數為10 000人，多基站調度網話務量模型參數如表4所示：

表4 多基站調度網話務量模型參數

高話務區 一般話務區 郊區話務區 農村話務區

話務量/Erl 20.33 12.73 7.83 6.58

話務密度/

（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

在調度專網網絡規劃時，容量規劃及基站信道數計算是重要內容。將全部規劃地區分為高話務、一般話務、郊區話務和農村話務四種場景，面積分別為S1、S2、S3、S4，乘以各自的話務密度D1、D2、D3、D4，再分別乘以全網總用戶數N，則可得到該場景的總話務量。將每個場景的話務量平均分配到該場景各基站中，根據基站性質做小范圍調整。在規定呼損率指標下，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量。按場景播撒的話務量值為：

An=Sn×Dn×N，n=1，2，3，4 （3）

5 結束語

本文針對多基站調度網特別是公安集群專網的話務量分析和網絡規劃需求，基于所提出的跨站呼叫話務量分攤方法，對某省會城市公安集群專網中采集到的多達251萬條原始數據進行統計處理和深入分析，建立了多基站調度網話務量模型。此模型的成功建立，從根本上解決了調度網容量設計的難題，為工程設計和網絡優化提供了一個科學、量化的工具，將顯著提高數字集群網絡規劃設計工程師的設計效率，以及無線專網設計準確度和設計水平，為寬帶專用調度網容量設計提供新思路。

參考文獻：

[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. 通信網性能分析基礎[M]. 北京： 北京郵電大學出版社， 2006.

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