宋燕輝

（湖南郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410015）

一種基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃算法研究

宋燕輝

（湖南郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410015）

PCU是控制EGPRS無(wú)線(xiàn)資源分配、數(shù)據(jù)塊分割和合并的單元?；谠谄胶飧鱌CU之間的容量負(fù)荷的同時(shí)，盡可能的把相鄰的小區(qū)都劃歸在同一個(gè)PCU下面的原則，通過(guò)對(duì)EGPRS網(wǎng)絡(luò)中的PCU規(guī)劃手段的分析，提出了基于地理位置的PCU規(guī)劃手段和基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃手段，并設(shè)計(jì)了基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃算法的數(shù)學(xué)模型，分析了基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃算法現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試效果，論證了基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃算法的實(shí)用性。

EGPRS；移動(dòng)量；PCU；算法

PCU（Paket Control Unit分組控制單元）是控制EGPRS無(wú)線(xiàn)資源分配、數(shù)據(jù)塊分割和合并的單元。它的負(fù)荷情況和所控制的小區(qū)分布將直接影響到終端用戶(hù)的時(shí)隙資源占用、EGPRS編碼方式、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的移動(dòng)性性能。

當(dāng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶(hù)在進(jìn)行業(yè)務(wù)的時(shí)候，SGSN將把數(shù)據(jù)先下發(fā)至PCU下，PCU保存著用戶(hù)的緩存數(shù)據(jù)，然后PCU再把數(shù)據(jù)分段后通過(guò)空口下發(fā)至用戶(hù)的手機(jī)里。此時(shí)如果用戶(hù)在進(jìn)行業(yè)務(wù)的過(guò)程中從一個(gè)小區(qū)重選至另一個(gè)小區(qū)時(shí)，而這兩個(gè)涉及的小區(qū)分別歸屬于不同PCU的話(huà)，則SGSN必須把之前已經(jīng)下發(fā)過(guò)給舊PCU的緩存數(shù)據(jù)再重新的下發(fā)去新的PCU里，然后才開(kāi)始接著傳輸數(shù)據(jù)給用戶(hù)，如果頻繁的發(fā)生這種跨PCU的小區(qū)重選，用戶(hù)對(duì)速率的感知將大受影響。而如果兩個(gè)涉及小區(qū)重選的小區(qū)都是屬于同一個(gè)PCU的話(huà)，則SGSN無(wú)須重新下發(fā)原有的緩存數(shù)據(jù)，小區(qū)重選完畢后數(shù)據(jù)傳輸能夠立刻接著進(jìn)行。這種重選將最大程度的減少對(duì)用戶(hù)速率的影響。

目前中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)除了個(gè)別BSC之外，基本上已經(jīng)全部是大PCU（PCU2_E），這類(lèi)PCU的特點(diǎn)就是容量大，也就是單個(gè)PCU可以容納更多的小區(qū)，因此，有必要通過(guò)系統(tǒng)的算法高效的進(jìn)行合理的規(guī)劃和優(yōu)化調(diào)整。

1　EGPRS網(wǎng)絡(luò)中的PCU規(guī)劃手段

規(guī)劃PCU的時(shí)候，我們需要遵循以下這個(gè)最根本的原則：在平衡各PCU之間的容量負(fù)荷的同時(shí)，盡可能的把相鄰的小區(qū)都劃歸在同一個(gè)PCU下面，這樣就能最大限度的減少用戶(hù)的跨PCU小區(qū)重選的次數(shù)，減少對(duì)用戶(hù)感知速率的影響。

1.1基于地理位置的PCU規(guī)劃手段

基于地理位置的PCU規(guī)劃手段是傳統(tǒng)PCU規(guī)劃方法。PCU單元都有容量上的限制，其中最主要的受限部分是PCU底下所帶小區(qū)的總空口時(shí)隙與EDAP時(shí)隙大小，我們稱(chēng)為配置負(fù)荷。通常情況下，我們需要把PCU底下所帶小區(qū)的總空口與EDAP時(shí)隙控制在最大配置負(fù)荷的70%以下，以保留剩余的30%用于空口上的PS域升級(jí)。如果PCU上的配置負(fù)荷過(guò)高將導(dǎo)致小區(qū)在空口容量足夠的情況下也無(wú)法進(jìn)行PS域升級(jí)，并且PCU內(nèi)部的dsp負(fù)荷也會(huì)過(guò)高導(dǎo)致編碼比例的下降。

傳統(tǒng)的PCU規(guī)劃方法是通過(guò)Mapinfo地圖信息手動(dòng)的進(jìn)行分配，通過(guò)人工把相鄰的小區(qū)盡量的劃在一起，然后再進(jìn)行負(fù)荷容量計(jì)算。另外如果有路測(cè)數(shù)據(jù)的話(huà)也可以通過(guò)路測(cè)工具對(duì)小區(qū)重選鏈進(jìn)行導(dǎo)出后，再結(jié)合Mapinfo地圖信息對(duì)小區(qū)進(jìn)行PCU的劃分。

1.2基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃手段

另外一種新型的PCU規(guī)劃方法是基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃手段。目前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是無(wú)法直接統(tǒng)計(jì)得出數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶(hù)是往哪個(gè)小區(qū)進(jìn)行重選的，但是語(yǔ)音的切換統(tǒng)計(jì)卻能讓我們獲知用戶(hù)都是怎么移動(dòng)的。語(yǔ)音用戶(hù)有很大部分同時(shí)也會(huì)是數(shù)據(jù)用戶(hù)，那么兩個(gè)小區(qū)間如果出現(xiàn)高次數(shù)的語(yǔ)音切換，就可以判斷這兩個(gè)小區(qū)間也會(huì)有大量的數(shù)據(jù)用戶(hù)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行了小區(qū)重選。通過(guò)語(yǔ)音的切換統(tǒng)計(jì)，把BSC內(nèi)彼此有著高切換關(guān)系的小區(qū)都劃歸在一起，就能最大程度的減少跨PCU的小區(qū)重選。

在這個(gè)算法里面，實(shí)際上我們無(wú)需關(guān)心各小區(qū)間的具體地理位置，我們只需關(guān)心小區(qū)間的相鄰移動(dòng)量系數(shù)，也就是小區(qū)間的語(yǔ)音切換請(qǐng)求次數(shù)，只要這個(gè)系數(shù)越高，就表示這些小區(qū)之間的重選將會(huì)越頻繁。由于需要把BSC劃為一個(gè)個(gè)集中的小區(qū)域，我們可以通過(guò)設(shè)立矩陣來(lái)計(jì)算移動(dòng)量，以保證在一個(gè)矩陣?yán)锏拿恳粋€(gè)小區(qū)都相互有著最大的關(guān)聯(lián)。通過(guò)計(jì)算移動(dòng)量，也能對(duì)方案的好壞進(jìn)行量化。

1.3基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃算法的數(shù)學(xué)模型

如果一個(gè)BSC底下共有z個(gè)PCU以及k個(gè)小區(qū)，這k個(gè)小區(qū)的忙時(shí)PS域大小總數(shù)為A，EDAP總時(shí)隙數(shù)（64kbit/s）為B；單個(gè)小區(qū)的PS域大小為a，EDAP時(shí)隙（64kbit/s）為b。因此，

各PCU的目標(biāo)負(fù)荷值S=（A+（B*4））/z。

假設(shè)一個(gè)PCU下被劃分了n個(gè)小區(qū)，在這n個(gè)小區(qū)之間，我們可以得出一個(gè)n xn的移動(dòng)量系數(shù)矩陣，這n個(gè)小區(qū)需滿(mǎn)足這個(gè)約束條件：PCU下所有小區(qū)的總負(fù)荷不能超過(guò)上面計(jì)算出的S目標(biāo)負(fù)荷。

設(shè)單個(gè)PCU的移動(dòng)量系數(shù)矩陣如下（PCU下帶了n個(gè)小區(qū)），矩陣?yán)餀M小區(qū)排列與豎小區(qū)排列是一致的，把矩陣?yán)锏乃袛?shù)值求和后除以（n2-n）可以求得矩陣的均值，此值設(shè)為P，這個(gè)的值越大，表示該P(yáng)CU下的小區(qū)間之相鄰關(guān)系越緊密。H為小區(qū)間的切換統(tǒng)計(jì)次數(shù)（移動(dòng)量），例：H12為Cell 1至Cell 2的切換請(qǐng)求次數(shù)。如圖1所示。

圖1　單個(gè)PCU移動(dòng)量系數(shù)P矩陣圖

尋找單個(gè)PCU下的P最大值只是局部最優(yōu)解，因?yàn)橐粋€(gè)BSC下的小區(qū)在各個(gè)PCU里面的排列將會(huì)有相互的影響，因此，如果我們的目標(biāo)是要求得全局最優(yōu)解，那就需求得一個(gè)BSC底下每一個(gè)PCU的這個(gè)值之和的最大，即：

最大移動(dòng)量算法如下：

1）根據(jù)整個(gè)BSC的整體小區(qū)空口與EDAP配置計(jì)算各PCU的目標(biāo)負(fù)荷值（后續(xù)演進(jìn)算法可以把空口的配置算法以PS域大小統(tǒng)計(jì)來(lái)替代）。

2）BSC里隨機(jī)選擇一個(gè)初始A小區(qū)放入矩陣。

3）從A小區(qū)尋找最大移動(dòng)量的鄰小區(qū)B，此時(shí)矩陣變?yōu)?x2。

4）搜尋C小區(qū)，此時(shí)矩陣變?yōu)?x3，A-B，B-A，A-C，C-A，B-C，C-B之間的移動(dòng)量求和后平均需要是最大的（我們可以從當(dāng)前小區(qū)B小區(qū)的鄰區(qū)來(lái)搜尋C小區(qū)，以減少計(jì)算的時(shí)間，C小區(qū)也可以不為B小區(qū)的鄰區(qū)，而是BSC里所有的小區(qū)，這樣的搜尋將會(huì)產(chǎn)生更好的結(jié)果，尤其是在矩陣越來(lái)越大時(shí)就會(huì)更明顯，但計(jì)算時(shí)間卻會(huì)長(zhǎng)很多）。

5）以此類(lèi)推搜尋，矩陣將不斷的變大，直到矩陣?yán)镄^(qū)所消耗的總PCU配置負(fù)荷達(dá)到目標(biāo)PCU負(fù)荷為止。

6）清空矩陣并對(duì)下一個(gè)PCU下的小區(qū)開(kāi)始搜尋，重新回到步驟2。

7）直到所有的PCU都分配完畢，對(duì)整個(gè)方案里每個(gè)PCU對(duì)應(yīng)的P均值求和。

8）當(dāng)前方案與前一個(gè)方案的P均值進(jìn)行對(duì)比，取P均值最大的為當(dāng)前最優(yōu)方案，開(kāi)始新一輪的循環(huán)。

9）當(dāng)循環(huán)的次數(shù)達(dá)到事先定義好的最大迭代次數(shù)N時(shí)或者P均值已多次循環(huán)后不再有變化，整個(gè)程序終止。

這個(gè)算法最主要的部分就是設(shè)立了矩陣來(lái)計(jì)算移動(dòng)量，如果只對(duì)小區(qū)的鄰區(qū)進(jìn)行排序，比如從A小區(qū)選最大移動(dòng)量的B小區(qū)，從B小區(qū)選最大移動(dòng)量的C小區(qū)，這樣的話(huà)就就會(huì)導(dǎo)致算出的方案變成長(zhǎng)蛇陣，最開(kāi)頭的小區(qū)與最后面的小區(qū)將毫無(wú)關(guān)系，因此我們需要以矩陣的形式進(jìn)行計(jì)算，以保證在每個(gè)矩陣?yán)?，所有的小區(qū)都是相互有著最大的關(guān)聯(lián)。

設(shè)立矩陣并計(jì)算矩陣P均值的目的是對(duì)各方案的好壞進(jìn)行量化，因?yàn)槊看坞S機(jī)的選擇初始小區(qū)都將會(huì)獲得不同的方案（取決于切換數(shù)據(jù)與各小區(qū)的配置大小），通過(guò)比較不同方案間的矩陣P均值，我們能夠從中選取最優(yōu)的方案。

每一輪計(jì)算得出的方案都只是局部的最優(yōu)方案，但是，隨著循環(huán)計(jì)算的次數(shù)越多，方案將變得越來(lái)越好，最終達(dá)到一個(gè)全局最優(yōu)的方案。

1.4兩種PCU規(guī)劃方法對(duì)比分析

兩種PCU規(guī)劃方法對(duì)比分析如表1所示?；诖朔治?，因此適合采用基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃手段。

表1　兩種PCU規(guī)劃方法對(duì)比分析表

2　基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃算法現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試效果

利用基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃算法，在現(xiàn)網(wǎng)BSC中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，分別進(jìn)行了CQT和DT的測(cè)試。

2.1CQT測(cè)試

CQT測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　CQT測(cè)試結(jié)果

在現(xiàn)網(wǎng)兩個(gè)跨PCU的小區(qū)進(jìn)行了重選時(shí)的FTP下載測(cè)試，然后通過(guò)PCU規(guī)劃新算法將其劃入同一個(gè)PCU，再次進(jìn)行小區(qū)間重選時(shí)的FTP下載測(cè)試，F(xiàn)TP下載速率由16.32KBps提升至17.59KBps，提升了8%。

2.2DT測(cè)試

在現(xiàn)網(wǎng)選擇了一個(gè)BSC R0921的范圍進(jìn)行了PCU重新規(guī)劃，規(guī)劃方案見(jiàn)下圖，其中相同灰度的小區(qū)歸屬同一PCU。規(guī)劃前后PCU歸屬測(cè)試結(jié)果如圖2所示，規(guī)劃前后DT速率測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖2　規(guī)劃前后PCU歸屬圖

圖3　規(guī)劃前后DT速率圖

在BSC R0921的范圍進(jìn)行了DT對(duì)比測(cè)試，在PCU規(guī)劃前測(cè)試DT速率為10.68KBps，應(yīng)用新算法重新規(guī)劃PCU后，DT速率為11.12KBps，提升了4%。

3　結(jié)論

基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃算法比較成熟，已在某省移動(dòng)公司現(xiàn)網(wǎng)投入實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，通過(guò)重新規(guī)劃小區(qū)的PCU歸屬，CQT測(cè)試速率提升8%，DT測(cè)試數(shù)據(jù)提升了4%，提升了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶(hù)感知，下一步將進(jìn)一步優(yōu)化算法并逐步在全網(wǎng)BSC推廣應(yīng)用，基于移動(dòng)量的PCU規(guī)劃算法適用于所有廠家設(shè)備系統(tǒng)。

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Research on a PCU programming algorithm based on mobile amount

SONGYan-hui
（Hunan Post and Telecommunication College，Changsha，Hunan，China 410015）

PCU is a unit ofcontrollingthe allocation ofEGPRS wireless resources and dividing and merging ofdata blocks.With the balance of the capacity load of the PCUs，the adjacent areas are classified under the same PCU as possible as it can.By analyzing the PCU planning measures in EGPRS network，the location-based and mobile-amount-based PCU planning measures are put forward. And the mathematical model of PCU planning algorithm based on mobile amount is designed.The paper also analyzes the test effectiveness ofthe existingnetwork and proves its practicality.

EGPRS；mobile amount；PCU；algorithm

10.3969/j.issn.2095-7661.2015.02.001】

TN929.5

A

2095-7661（2015）02-0001-04

2015-05-20

宋燕輝（1978-），女，湖南瀏陽(yáng)人，湖南郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研與信息化處長(zhǎng)，副教授，碩士，研究方向：移動(dòng)通信與高職教育。