CDMA无线网络负荷评价预警体系研究

林若洲，刘 昕

（1.中国电信股份有限公司广东无线网络运营中心 广州510081；2.中国电信股份有限公司广东分公司 广州510081）

1 引言

目前，广东省CDMA无线网络业务增长快速，网络负荷形势日趋严峻。早在2011年，广东省的3G与2G网络负荷已位居全国前列。为了在用户规模急速增长的同时保证用户感知，特别是智能3G用户的感知，必须对网络负荷进行评价和预警，判断现阶段网络负荷水平及该水平下的用户感知，预测未来用户感知变化的拐点。

网络负荷的评价与预警十分重要，过去已有不少开展负荷监控的手段和方式，但也存在以下不足：

·评价指标单调、维度单一，只对网络中某一环节的负荷单独进行评价，无法反映整体网络负荷与真正的用户感知，因为“管道”的传输能力往往受限于最窄的一环；

·各厂商设备、各地市网络结构与用户分布不同，导致评价标准不同、预警门限各异，无法进行横向、纵向对比，无法定位问题；

·评价目标“重”网络资源使用情况，“轻”用户使用感知；

·评价内容对提前预警的思路体现不足，缺少对影响网络性能和用户感知的网络负荷阈值和网络负荷未来变化趋势的研究。

鉴于此，本文提出了一个新型的网络负荷评价预警体系，其优势主要在于以下几个方面：

·包含多层次、多维度的全方位评价指标，实现了对无线侧网络“端到端”的评估，能够定位网络负荷的短板，提升投资运营效益；

·通过相对负荷的概念，将各厂商、各地市的负荷水平标准化、归一化，使全省的横向、纵向对比成为可能，制定出标准化的负荷指标预警门限，有效地提示网络负荷与用户感知风险；

·以用户感知为导向，多处引入了对用户感知的考察，平衡了用户感知与投资效益；

·总结出各指标的“质量拐点阈值”，通过最优的回归算法预测未来网络负荷增长趋势，实现对现阶段网络负荷水平及未来网络负荷发展趋势的风险预警；

·整个评价预警体系运作集约化，实现对全省网络负荷的精确管理，降低运营成本，提升企业效益。

2 负荷评价预警体系构建方案

鉴于以往手段的不足与3G发展新形势下的挑战，构建新型的网络负荷评价预警体系，体系结构如图1所示。

负荷预警的功能分别体现在负荷评价与负荷预测领域中，是对现阶段网络负荷水平及未来网络负荷发展趋势做出的风险提示。

图1 负荷评价预警体系

图2 负荷评价指标层次

2.1 负荷评价

负荷评价主要包括以下3方面内容。

（1）指标选择

为了避免网络某一环节的负荷过高，而制约整体用户感知的提升或造成其他环节资源的闲置，必须建立多层次、多维度的全方位指标体系。负荷评价指标层次如图2所示。

负荷评价指标体系涵盖了地市、BSC、营销中心、基站、扇区与载扇共6个层次的网元，指标维度如图3所示。负荷评价指标体系涵盖了空口、设备、传输3个主要维度，同时为了加强对用户感知的考察，又将空口与设备2个主维度细分为2G业务/信令、3G业务/信令等4个子维度，引入Ev-Do等效用户利用率等直接关系到3G用户感知的负荷指标。

（2）指标算法

为了让不同规格的各厂商设备之间、不同网络结构与用户分布的各地市之间的负荷水平能够进行横向、纵向的直观对比，有效地提示网络负荷与用户感知风险，负荷评价通过3个步骤将各负荷指标“标准化”。

步骤1通过引入网络能力折扣因子与用户不均匀因子，将各地市网络结构与用户分布对负荷的影响归一量化。

由于地理基站布局、时空用户分布等不同，网络容量不等于单个小区容量的叠加。为了能够体现网络结构与用户使用习惯给网络容量带来的影响，体系在评估区域级的2G业务负荷时引入网络能力折扣因子，即网络能力折扣因子=地理不均衡因子×忙时不均衡因子×数据业务激活因子×基站布局因子，其中每一个因子都代表了该因素对网络容量影响的归一化系数。

图3 负荷评价指标维度

同理，体系在评估区域级的3G业务与信令负荷时引入用户不均匀因子，即用户不均匀因子=区域前X%用户所在的临界载扇的负荷指标值或负荷前X%的临界载扇的负荷指标值/区域平均负荷指标，通过调整参数X，体系可以将负荷评价的重点聚焦在网络中用户最集中或负荷最高的前X%区域，摆脱以往利用指标均值评价整网时容易忽略的重点区域性能与重点人群感知的缺陷，而这两者也是网络中最易受限的“瓶颈”所在。

步骤2为了使指标能够同时反映网络的使用情况及用户的使用感知，体系的负荷指标统计基本遵循“一个原则”，即统计指标在相应网元的忙时时段内的最高值，而不是平均值。如果使用平均值，将会掩盖统计周期内负荷的波动情况，容易忽视负荷高峰期用户感知的恶化。如果无法直接取得最高值，则将平均值乘以1.3～1.5的峰均比保护系数，以得到统计意义上的最高值。

步骤3通过研究，总结各指标的“质量拐点阈值”，引入相对负荷的概念。质量拐点阈值的意义为：当网络负荷持续增长超过此阈值后，将影响网络性能或不可容忍对网络性能的影响，同时将恶化用户感知或不可容忍对用户感知的影响。各负荷指标以实际统计值为分子，以各自质量拐点阈值为分母，计算出的结果即各负荷指标的“相对负荷”。如载扇级别的Ev-Do等效用户利用率的质量拐点阈值为4，如果某载扇的等效用户数为3，则该载扇Ev-Do等效用户利用率的相对负荷为75%。通过此换算，各层次、各维度的负荷水平最终能够进行横向、纵向对比，直观地定位出负荷问题区域与网元。

（3）指标门限

为了体现提前预警的思路，体系对各指标均设立了三级预警门限，按紧迫性从低到高排列，分别是：提醒门限、预警门限、紧急门限。其中，紧急门限的数值等同于“质量拐点阈值”。以此为基础，体系将紧急门限的80%作为预警门限，将紧急门限的60%作为提醒门限。通过划分预警门限，简化了各层次、各维度的负荷程度表达，也为负荷优化工作标注出目标优先级，体现了提前预警的功能。

2.2 负荷预测

负荷预测也包括如下3方面的内容（为保护企业秘密，隐去本节公式与数字）。

（1）增长预测

增长预测，是指对中长期的网络负荷发展趋势进行预测，体系采用基于用户数发展的负荷发展回归分析预测机制，具体流程如下。

步骤1因CDMA用户数的发展时间序列有一个明显的小幅线性增长趋势，因此选择二次指数平滑法对其未来发展趋势进行预测，通过优化阻尼系数，得出CDMA总用户数与3G用户数的发展趋势函数。

步骤2整理4个网络负荷代表性指标忙时数据的时间序列，分别是cdma2000 1x反向话务量、cdma2000 1x寻呼信道利用率、Ev-Do等效用户数、Ev-Do控制信道占用率。为了消除随机波动的影响，需对网络负荷与用户数做月度的移动平均，对网络负荷与用户数做相关性分析，并对相关系数做自由度为n-2的显著性检验，证明网络负荷与用户数的月度模型之间存在强正相关关系。

步骤3对网络负荷做基于用户数发展的回归预测，得出网络负荷发展的回归函数，所得函数都通过相关系数显著性检验，拟合程度高，可用于预测网络负荷发展趋势。

（2）拐点预测

根据负荷评价中研究总结出的“质量拐点阈值”，搭配网络负荷发展的回归函数，可以预测网络负荷发展阶段瓶颈的时间点，也可以独立预测用户使用模型的变化趋势与拐点。

（3）投资预测

预测网络负荷发展阶段瓶颈的时间点后，假设网络结构与用户分布比例不变，可以通过负荷指标算法，反推出如果要把网络负荷在阈值之下预留一个安全余量，需要新增多少资源。

3 负荷评价预警体系运行成效

负荷评价预警体系运行分为两块：一是日常对网络现阶段负荷水平的评价预警，二是根据历史数据对未来中长期网络负荷发展趋势的专项预测。

3.1 日常负荷监控预警

每周定时输出对全省网络负荷的监控预警结果，监控对象包含负荷体系中涵盖的地市、BSC、营销中心、基站、扇区与载扇共6个层次的网元，监控指标包含负荷评价中的空口、设备、传输三大维度下辖的14类指标，预警结果通过相对负荷与预警门限，对以上6个层次所有网元相关的负荷指标水平进行直观的展示。

负荷评价预警体系运行一年来，曾成功预警到汕尾的cdma2000 1x空口业务瓶颈、清远等中心区地市的BSC板件负荷瓶颈及部分地市BSC扩容后出现的板件资源分配不均问题，证明负荷监控预警结果能够全面、及时、准确地反映网络负荷现状，有效提示网络负荷风险，避免因风险事件带来的经济损失，提升企业品牌形象，支撑市场规模发展，从而带来巨大的潜在经济效益。

此外，每周同步输出最新的全省扇区级空口扩容规模数据，并将其细分为本周新增、自动恢复、扩容解决3类，有效地指导了网络规划与精确投资，提升了企业运营效益。

3.2 负荷发展专项预测

负荷发展专项预测涵盖两部分工作：一是根据用户数及网络负荷历史数据对未来网络负荷发展与资源需求进行预测，预测2013年用户感知恶化的瓶颈时间点与相应的解决瓶颈问题所需的资源数量，有效指导网络规划、优化工作；二是根据历史数据对重大节假日网络业务冲击与保障资源需求进行预测，提前预知网络过载风险，有效指导保障资源的准备与调配，保障在用户规模增长的同时，2012年的节假日网络运行安全。

4 结束语

从一年来的实践效果看，对网络进行负荷评价预警，必须将网络当作“一个整体、一个管道”看待，不能割裂各环节之间的联系，因为管道的传输能力往往受限于最窄的一环。只有统一了各层次、各维度的负荷指标评价标准与预警门限，才能通过网络各环节之间的横向、纵向对比，精确定位负荷问题及其处理优先级。同时，随着市场用户数量的规模化发展，需要做好网络负荷未来发展趋势的预测研究，才能有备无患。

通过做好以上3件事，才能保证用户使用感知得到提升，网络资源得到最大化利用，才能降低运营成本，提升企业效益，建设好“智能管道”。