分段預測法在GSM網(wǎng)絡無線話務量預測中的應用

中國移動設計院陜西分公司 董安吉

1.前言

近年來移動通信在我國發(fā)展迅猛，2010年底全國移動電話用戶達到85900萬戶，移動電話普及率達到64.4部/百人。可見移動通信已成為當前個人通信的最主要方式。為適應用戶規(guī)模的迅速增長，移動通信網(wǎng)絡每年都在大規(guī)模建設，與此同時第三代通信網(wǎng)絡的建設全面鋪開，GSM網(wǎng)絡將逐步被第三代無線網(wǎng)絡替代，這樣GSM網(wǎng)絡的過度投資將大大增加成本風險。

話務量預測作為網(wǎng)絡規(guī)劃的重要組成部分，是載頻與信道測算的基礎，而新增載頻數(shù)量是進行無線網(wǎng)絡投資分析和提高投資收入比計算的依據(jù)。話務預測技術如何適應移動通信話務量迅速增長，這對移動通信運營商的網(wǎng)絡建設及調(diào)整提出新的問題。因此，更為準確的話務預測成為移動通信領域急需解決的問題。目前應用到話務預測領域的預測算法中，如曲線擬合、移動平均、指數(shù)平滑、單機話務量和VLR用戶數(shù)相關預測等，對中短期話務量發(fā)展趨勢的預測較為準確，但不能預測中短期話務量的周期性變化，不能體現(xiàn)出話務波動，預測較為粗糙。為了準確地預測移動通信的話務量，反映話務波動情況，本文以傳統(tǒng)的單機話務量和VLR用戶數(shù)相關預測方法為基礎，根據(jù)移動通信話務量自身特點，采用綜合分析的方法進行分段匹配對話務量進行預測分析。

2.話務量預測的方法及適用分析

在移動通信網(wǎng)絡規(guī)劃設計中，無線網(wǎng)絡話務量的預測常用以下幾種方法：

2.1 無線網(wǎng)話務量預測=單機話務量×預測用戶數(shù)

這是在網(wǎng)絡規(guī)劃和工程設計中常用的一種方法，基本能準確反映話務量的增長情況，但需要先進行單機話務量及VLR通話用戶數(shù)的預測。

單機話務量又稱平均每用戶忙時話務量是系統(tǒng)忙時用戶的平均話務量，反映了這一地區(qū)用戶對移動電話的使用率，也是衡量該地區(qū)話務負荷的一個重要指標，是預測系統(tǒng)承載能力的基石。工程中普遍做法是對單機話務量的取定過程中采用一個確定值，未考慮周期性的變化，造成與實際統(tǒng)計的話務量在一定時期產(chǎn)生嚴重偏差。雖然最終預測結果較準確，但反映不了整個話務波動的過程。

公式中預測用戶數(shù)是指VLR用戶數(shù)，工程設計上經(jīng)常的做法是根據(jù)本地區(qū)業(yè)務發(fā)展用戶數(shù)（也稱市場發(fā)展用戶數(shù)）和服務用戶率（服務用戶率＝忙時VLR用戶數(shù)/在網(wǎng)用戶數(shù)）來預測VLR用戶數(shù)，并通過歷史VLR用戶發(fā)展數(shù)曲線擬合出增長率再修正預測數(shù)，確定VLR用戶數(shù)。

所以在進行話務量預測分析過程中重點對以上相關問題進行修正，力求準確。

2.2 實際話務量趨勢（曲線）擬合預測

此方法主要是用曲線擬合法根據(jù)歷史數(shù)據(jù)得到話務量發(fā)展的函數(shù)模型，通過數(shù)學公式修正后得到數(shù)據(jù)，一般采用曲線擬合主要考慮歷史因素，其預測結果對近期預測具有參考性，遠期預測結果偏差較大。而且復雜的曲線擬合模型對數(shù)學要求較高，還需要對模型的參數(shù)不斷測試、調(diào)整。

2.3 同比增長預測

本方法可對月增長率、季度增長率、年增長率及歷年新增用戶和新增話務的對比關系等用來做話務量的同比預測，可粗略進行話務量估算，以供對比修正時使用。

2.4 其他預測法

如計費時長預測法，主要通過定性定量相結合分析預測移動話音業(yè)務量及MOU值的發(fā)展趨勢以移動用戶和MOU預測為基礎測算出無線網(wǎng)的話務量需求；還可根據(jù)經(jīng)濟、資費等權重因子調(diào)整話務量預測，這些方法可用于話務量預測的對比修正，而移動平均、指數(shù)平滑預測法主要是對小區(qū)話務量的短期預測較為適用。

3.采用分段匹配預測話務量的方法

根據(jù)歷史話務統(tǒng)計的結果觀察到話務波動規(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話務量和VLR用戶數(shù)預測話務量基礎上進行的根據(jù)話務量年波動情況的規(guī)律性分階段的取定單機話務量，進行話務預測，并根據(jù)特殊節(jié)假日前后VLR用戶數(shù)進行修正。

根據(jù)某移動運營商某地區(qū)GSM的實際話務量數(shù)據(jù)用上面提出的預測算法進行處理分析。一共有385天的實際每天忙時話務量數(shù)據(jù)，從2008年9月到2009年10月。對于小時話務量序列來說，每一個值代表在一小時內(nèi)話務量的積累值，每個數(shù)據(jù)的單位為愛爾蘭。我們用這385天的數(shù)據(jù)進行建模并得出2010年1月到12月的話務預測值，通過和真實值比較來評估分段匹配算法的性能。

圖3.1-1 某地區(qū)早晚忙時話務量曲線圖

圖3.2-1 某地區(qū)早晚忙時話務量、單機話務量、VLR用戶數(shù)疊加圖

表3.2-1 四個階段單機話務量取值表

表3.4-1 系統(tǒng)忙時話務量預測結果表

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

只有統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)完整、可靠，結果才比較準確。對每天的系統(tǒng)忙時話務量做統(tǒng)計，繪制一年的話務量波動性曲線，就可對基礎話務量目標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、晚忙時話務量曲線圖如圖3.1-1所示，可以看出：

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

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

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

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

（5）2009年3月到2009年7月，話務量總體上呈平穩(wěn)，到7月底增長達到頂峰。

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

從以上分析可以看出，以年話務量為周期，話務量的變化趨勢分為4個階段，如果以年為單位可表示為“平穩(wěn)增長—階段增高—整體回落—低位平穩(wěn)”。話務量波動較大的時間段為除夕、元宵節(jié)、國慶前夜、中秋節(jié)，所以在話務預測分析時注意對以上時間點的預測。

3.2 步驟二：分析本地區(qū)話務量波動情況

通過對單機話務量、VLR用戶數(shù)發(fā)展，以及對本地區(qū)話務量波動規(guī)律的分析，來確定一年4個階段的單機話務量的取值。對某地區(qū)早晚忙時話務量、單機話務量、VLR用戶數(shù)圖表進行疊加后可以看出單機話務量的曲線與系統(tǒng)忙時話務量曲線圖類似（圖3.2-1），系統(tǒng)話務量隨著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)達到了2009年8月的水平；VLR用戶數(shù)的增加是話務量增加的主要動力，單機話務量的變動是系統(tǒng)話務量波動的原因。

根據(jù)以上分析，從網(wǎng)絡安全和冗余度綜合考慮在現(xiàn)網(wǎng)統(tǒng)計的數(shù)值基礎上乘以一定的冗余系數(shù)，可以得出四個階段的單機話務量取值，見表3.2-1。如果兩個地區(qū)為同一MSC，由于經(jīng)濟發(fā)展的不平衡，還要依據(jù)各地區(qū)經(jīng)濟、通信資費情況分別進行單機話務量確定。由于春節(jié)、中秋等時間點為農(nóng)歷時間，所以根據(jù)實際情況可以對單機話務量取定階段可向前后作部分推移。

3.3 步驟三：通過對運營商市場部門了解2010年的用戶發(fā)展情況，預測用戶發(fā)展數(shù)

通過網(wǎng)絡部門了解本地區(qū)用戶服務率，確定預測的VLR用戶數(shù)，再結合每月的VLR用戶數(shù)平均增長率，根據(jù)曲線擬合法，測算出VLR用戶數(shù)的增長速度。并對預測數(shù)據(jù)進行修正后得出VLR用戶增長的預測數(shù)據(jù)。

3.4 步驟四：得出初步結論

根據(jù)以上分析建立相關模型得到話務量預測如表3.4-1。

移動通信話務量作為移動通信業(yè)務量的標志性指標，主要受到單機話務量、用戶發(fā)展的速度（包括用戶忠誠度）、移動運營商采取的各種話務營銷策略以及資費政策等各種因素綜合影響。因此在預測話務量時要全面分析歷史數(shù)據(jù)，多向運營商市場部門、網(wǎng)絡部門了解網(wǎng)絡、用戶的具體情況，做好預測，為網(wǎng)絡規(guī)劃和工程建設提供可信支持。

4.話務量預測后的結果與實際值的比較

將預測值和實際值進行比較，可以發(fā)現(xiàn)預測值和實際值還是比較接近的，預測值和實際值的相對誤差最大值小于9%，平均誤差率為4.4%，最終誤差為3%。

而采用傳統(tǒng)的對單機話務量單一取值方法做出的預測值與分段預測法和實際值進行比較，如圖4.1-1，可以看出分段預測法更能體現(xiàn)話務的波動規(guī)律，預測結果更接近于實際統(tǒng)計值，因此證明了這種預測方法的有效性。

圖4.1-1 2010年某地區(qū)移動運營商月話務量統(tǒng)計值與預測值比較圖

5.結論

分段預測依據(jù)地區(qū)話務量的波動規(guī)律進行分別建模，充分利用有效歷史數(shù)據(jù)，能準確反映不同時期話務波動情況，充分了解每個時期話務量的需求，有利于全面分析本地網(wǎng)的話務狀況，為網(wǎng)絡規(guī)劃提供比較準確的預測基礎數(shù)據(jù)。

綜上所述，對話務增長進行正確的預測并對網(wǎng)絡進行合理配置，不僅需要掌握覆蓋區(qū)域內(nèi)話務量的現(xiàn)狀，還需要準確把握各個層面上話務量的增長變化趨勢。由此才可得出較接近實際話務的預測值，以上話務量預測分析也表明分段預測的方法可以較好的抓住網(wǎng)絡業(yè)務的實際特性，對于網(wǎng)絡規(guī)劃、設計和管理等方面能起到一定的參考作用。