施巍巍 谷俊江 趙波
1.中國聯(lián)通江蘇省分公司;2.南京郵電大學
當前全國高鐵網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作已基本實現(xiàn)了問題點的集中管理和管控,高鐵網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量逐步提升。但是高鐵網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升也逐漸呈現(xiàn)出了一定的技術(shù)瓶頸,主要體現(xiàn)在:(1)無法實現(xiàn)快速精細化分析,對高鐵網(wǎng)絡(luò)的分析仍停留在傳統(tǒng)大網(wǎng)的分析方式上;(2)無法直觀快速評價網(wǎng)絡(luò)性能,對網(wǎng)絡(luò)問題點、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量管控手段方面目前還以表格、數(shù)據(jù)等存儲為主;(3)用戶問題分析過程復雜度高,對VIP用戶跟蹤目前還主要停留在用戶投訴后才去分析的被動階段,無法事先主動發(fā)現(xiàn)和反饋用戶投訴;(4)無法評價車廂內(nèi)用戶的真實感知,對高鐵車廂內(nèi)高鐵用戶的網(wǎng)絡(luò)感知評價分析,還主要依據(jù)對覆蓋高鐵小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)性能分析,以網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量代表用戶感知;(5)高鐵網(wǎng)絡(luò)分析還停留“碎片化”階段,每個省只能分析本省路段網(wǎng)絡(luò)情況,不能實現(xiàn)跨省全線路分析能力,高鐵整條線路網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析“碎片化”。
本文根據(jù)高鐵網(wǎng)絡(luò)特征,從用戶感知最敏感的高鐵車站(點)和高鐵線路(線)兩個方面開展分析和研究,總結(jié)出一套高適合高鐵網(wǎng)絡(luò)全方位網(wǎng)絡(luò)智能分析與優(yōu)化方法:1.實現(xiàn)車站站臺地理信息繪制和柵格化呈現(xiàn);2.實現(xiàn)高鐵跨省(上海段)分析與呈現(xiàn)能力;3.實現(xiàn)“車站和站臺”網(wǎng)絡(luò)性能地理化呈現(xiàn);4.引入“影響集中度”模型探索站臺擴容標準;5.實現(xiàn)“高鐵線路”形態(tài)的場景化分析與呈現(xiàn);6.實現(xiàn)用戶隨高鐵運動情況的場景化分析與呈現(xiàn);7.探索開展高鐵用戶上網(wǎng)問題智能分析;8.實現(xiàn)針對高鐵用戶感知場景化分析與評價。
根據(jù)高鐵網(wǎng)絡(luò)特征和傳統(tǒng)優(yōu)化高鐵網(wǎng)絡(luò)方法存在的問題,從用戶感知最敏感的高鐵車站(點)和高鐵線路(路)兩個方面開展研究,探索高鐵全方位智能分析的新模式。圖1為高鐵網(wǎng)絡(luò)全方位智能分析思路流程圖,分別以車站為點、以線路為線,從“點、線”兩個維度進行分析。
(1)利用Python開源工具結(jié)合訪問網(wǎng)站運行特征,獲取高鐵車站整體的地理邊框信息、站臺中心經(jīng)緯度信息和所有列車運行信息?,F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)地圖平臺不提供站臺的地理邊框數(shù)據(jù),要根據(jù)站臺的中心經(jīng)緯度,運用地球球面的區(qū)域經(jīng)緯度算法獲取站臺的邊框經(jīng)緯度信息。采用JavaScript實現(xiàn)高鐵車站和所有站臺場景繪制工作。
(2)利用python的自動FTP功能自動對接網(wǎng)管,獲取高鐵車站網(wǎng)絡(luò)承載能力、網(wǎng)絡(luò)性能、覆蓋能力數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性能數(shù)據(jù),于在線地圖上精準呈現(xiàn)高鐵車站和所有站臺的網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)。
(3)根據(jù)獲取的高鐵車站列車信息,運用python的大數(shù)據(jù)分析能力分析全天分鐘級“列車聚合度”,根據(jù)對列車聚合度分析,并在列車主要運行時段(6:00-22:00),對網(wǎng)絡(luò)分鐘級指標跟蹤分析,實現(xiàn)“列車集中度”和“用戶感知集中度”聯(lián)合分析,探索制定高鐵車站擴容模型標準。
高鐵線路網(wǎng)絡(luò)形態(tài)主要從網(wǎng)絡(luò)運行穩(wěn)定性,網(wǎng)絡(luò)運行資源可視化,網(wǎng)絡(luò)運行性能可視化和全線路覆蓋情況四個方面進行分析與呈現(xiàn)。利用python爬蟲手段采集高鐵小區(qū)的告警、覆蓋數(shù)據(jù)、基站可用資源和用戶感知數(shù)據(jù),運用大數(shù)據(jù)分析呈現(xiàn)方式,實現(xiàn)高鐵線路所有網(wǎng)絡(luò)故障點及各類KPI、KQI及路測指標場景化呈現(xiàn),可以更直觀、快速綜合評價高鐵整條線路的用戶感知和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。
通過python爬蟲手段采集多個數(shù)據(jù)平臺單用戶的駐留小區(qū)的信息,運用開源軟件工具實時跟蹤分析用戶業(yè)務(wù)(語音、Volte、數(shù)據(jù))在鐵路沿線小區(qū)的占用變化過程,對突發(fā)的網(wǎng)絡(luò)問題快速形成有效的分析結(jié)果。
根據(jù)高鐵用戶駐留基站小區(qū)信息和時間制定出高低速用戶分離算法,基于算法分離出高鐵車廂內(nèi)用戶,以這些用戶的實際感知分析網(wǎng)絡(luò)中存在的問題,并根據(jù)這部分用戶分析評估全線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。
當前高鐵用戶反映的問題80%以上發(fā)生在車站候車室和站臺,本次以南京南站站臺問題為例,建立問題分析流程和模型,可實現(xiàn)自動化分析該類問題點。
分析流程:
(1)獲取到用戶使用號碼及問題發(fā)生時間,并從相關(guān)系統(tǒng)上通過互聯(lián)網(wǎng)化的方式獲取用戶占用小區(qū)和網(wǎng)絡(luò)資源;
(2)通過開源工具自動獲取相應網(wǎng)絡(luò)KPI和KQI信息,并建立數(shù)據(jù)庫;
(3)用戶占用網(wǎng)絡(luò)資源的主要KPI和覆蓋數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析;
(4)通過車站投訴智能分析工具,評價和分析影響用戶感知的關(guān)鍵因素和原因。
2.1.1 高鐵車站物理形態(tài)地理化呈現(xiàn)
(1)采用互聯(lián)手段獲取高鐵車站地理信息
編寫python代碼模擬瀏覽器爬取高鐵車站邊框的經(jīng)緯度信息,然后對響應的數(shù)據(jù)提煉,最終獲取車站的電子邊框信息并寫入Excel文件中。
(2)南京南站整體和各個站臺地圖生成
采用百度地圖開放平臺上添加線和面的JavaScript源代碼編輯接口方式。用獲取的南京南站邊框經(jīng)緯度,使用百度地圖提供的JavaScript代碼接口,在網(wǎng)頁地圖上添加整體車站邊框圖層。另外地圖平臺不提供站臺邊框的經(jīng)緯度數(shù)據(jù),只能獲取到單個站臺的一個中心經(jīng)緯度,課題組通過中心經(jīng)緯度數(shù)據(jù),采用對地球北半球球面維度區(qū)域經(jīng)緯度算法,計算出站臺四角的經(jīng)緯度數(shù)據(jù),從而成功實現(xiàn)南京南站所有站臺邊框生成和呈現(xiàn)。
2.1.2 高鐵車站網(wǎng)絡(luò)“多維度性能”分析與呈現(xiàn)
(1)網(wǎng)絡(luò)性能指標的自動提取
為了更加快速高效分析和呈現(xiàn)南京南站網(wǎng)絡(luò)性能,可通過Python代碼編程實現(xiàn)自動化從OMC網(wǎng)管采集和FTP下載網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)。下面以南京南站為例進行說明。
(2)南京南站網(wǎng)絡(luò)地理化呈現(xiàn)
提取南京南站邊框數(shù)據(jù)和指標數(shù)據(jù)后,在地圖上南京南站的每個站臺區(qū)域被分為以下4個維度進行指標呈現(xiàn),根據(jù)指標范圍來顯示不同的顏色,可以更加形象地了解當前南京南站的總體網(wǎng)絡(luò)情況。
①影響用戶感知的網(wǎng)絡(luò)故障實時呈現(xiàn):
可快速實時發(fā)現(xiàn)和跟蹤所有車站網(wǎng)絡(luò)故障告警情況,及時預警和推動分公司快速解決。圖2為南京南站告警信息的地理化呈現(xiàn)圖,可以區(qū)分覆蓋不同站臺的RRU告警。
②用戶實時感知分析與呈現(xiàn)(平均單用戶速率Mbps,平均上網(wǎng)RTT時延):
實現(xiàn)用戶感知最敏感的平均上網(wǎng)速率、平均上網(wǎng)時延等關(guān)鍵性能快速實時呈現(xiàn),動態(tài)掌握車站網(wǎng)絡(luò)性能變化情況。圖3為南京南站下載速率和RTT時延區(qū)間圖,可以區(qū)分不同站臺的指標。
圖3 南京南站下載速率和RTT時延區(qū)間圖
③網(wǎng)絡(luò)負荷分析與呈現(xiàn)(PRB利用率,用戶數(shù)):
常州的竹爐山房位居41處被寫仿的江南景觀榜首,西苑北海北岸、香山靜宜園、玉泉山靜明園、盤山靜寄山莊、清漪園、避暑山莊和紫禁城建福宮等7座皇家園林對其進行了仿建。清漪園的清可軒、玉泉山靜明園的竹爐山房、香山靜宜園的竹爐精舍和避暑山莊千尺雪的茶舍均建于乾隆十六年,盤山靜寄山莊千尺雪的茶舍建于乾隆十七年春,或于室內(nèi)置有竹茶爐,或名稱源自竹爐山房。乾隆二十二年,乾隆帝在《汲惠泉烹竹爐歌疊舊作韻》詩中還寫道,“玉泉山房頗仿效,以彼近恒此遠灌。”?
通過典型的網(wǎng)絡(luò)負荷指標“小區(qū)下行PRB利用率”、“單小區(qū)用戶數(shù)”,及時掌握車站網(wǎng)絡(luò)負荷情況。圖4為南京南站PRB利用率和用戶數(shù)區(qū)間圖,可以區(qū)分不同站臺指標。
圖4 南京南站PRB利用率和用戶數(shù)區(qū)間圖
④網(wǎng)絡(luò)覆蓋的呈現(xiàn)(10米x 10米柵格化RSRP和SINR):
根據(jù)高鐵車站局部范圍內(nèi)用戶密度大、用戶話務(wù)集中度高的特性,首次引入10米x 10米MR覆蓋柵格分析,通過RSRP精細化分析站臺覆蓋問題,通過SINR精細化分析站臺網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。圖5為南京南站RSRP和SINR區(qū)間圖,可以區(qū)分不同柵格指標。
圖5 南京南站RSRP和SINR區(qū)間圖
2.1.3 引入“影響集中度”模型,探索站臺擴容標準
(1)車站、車次信息的獲取
(2)??苛熊囓嚧渭卸群途W(wǎng)絡(luò)指標關(guān)聯(lián)分析
通過對南京南站每分鐘的列車??繑?shù)量進行聚合計算,將其一天每分鐘列車聚合度與網(wǎng)絡(luò)主要指標小區(qū)用戶數(shù)和PRB利用率進行關(guān)聯(lián)分析,分析發(fā)現(xiàn)車數(shù)與小區(qū)PRB利用率呈正向分布。
(3)高鐵車站網(wǎng)絡(luò)擴容模型分析
引入用戶“感知影響集中度”分析思維,以全天影響用戶使用感知程度作為擴容的重要判決因素。進行1min粒度流量抑制分析,對比15min粒度,站臺流量抑制發(fā)生的更早,更能模擬站臺用戶突增情況。通過分析得出,隨著小區(qū)吞吐率的增加,下行單用戶速率明顯下降,即用戶需求受到抑制。
通過列車聚合度分析發(fā)現(xiàn)列車運行時間主要集中在6:00-22:00,以分鐘級指標跟蹤得出如下擴容標準,以全天影響集中度30%為判斷依據(jù),即一天用戶感知受影響能容忍的程度不能超過30%(“影響集中度”表示站臺高負荷可容忍程度,可根據(jù)實際情況調(diào)整)。表1為根據(jù)“感知影響集中度”分析得到的高鐵小區(qū)擴容標準模型。
表1 高鐵小區(qū)擴容標準
2.2.1 線路網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性形態(tài)呈現(xiàn)
通過Python自動化實現(xiàn)手段,實時從網(wǎng)管獲取高鐵車站點活動告警信息并進行告警信息解析,經(jīng)過與工參信息匹配后得出告警網(wǎng)元歸屬地市、高鐵線路以及經(jīng)緯度等信息,利用JavaScript接口實現(xiàn)告警地圖展示。
2.2.2 線路網(wǎng)絡(luò)多維KPI質(zhì)量呈現(xiàn)
通過將高鐵線路小區(qū)的KPI指標(PRB利用率、小區(qū)單用戶平均速率、小區(qū)最大用戶數(shù)等數(shù)據(jù))進行地理化呈現(xiàn),能快速評價全線路各路段網(wǎng)絡(luò)負荷情況、用戶速率情況等。
2.2.3 線路網(wǎng)絡(luò)多維KQI指標可視化呈現(xiàn)
通過將高鐵線路小區(qū)的KQI指標(用戶大頁面感知速率、RTT時延等)進行地理化呈現(xiàn),能快速評價全線路各路段用戶實際體驗情況。
高鐵網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)場景歸屬清晰、用戶對場景判斷明確的特征,全線路網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量有保障才能整體提升用戶感知。本研究打破傳統(tǒng)省份只分析本省路段高鐵網(wǎng)絡(luò)、整條高鐵分段分析零散破碎的現(xiàn)狀,實現(xiàn)具備整條線路網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析能力,為實現(xiàn)京滬以及其他高鐵線路全線跨省分析工作進行探索。
跨省數(shù)據(jù)采集與分析:
(1)獲取某省段數(shù)據(jù),在江蘇進行關(guān)聯(lián)分析
通過分析某省提供的滬寧高鐵用戶+位置+應用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),與江蘇現(xiàn)網(wǎng)高鐵用戶業(yè)務(wù)預統(tǒng)表關(guān)聯(lián),通過用戶號碼聚類關(guān)聯(lián)合成滬寧高鐵用戶全線的業(yè)務(wù)軌跡數(shù)據(jù)。
(2)后續(xù)計劃采用自動化采集某省數(shù)據(jù)方式
后續(xù)相關(guān)省可以通過FTP向中間接口機分發(fā)數(shù)據(jù)文件,江蘇本地集群通過數(shù)據(jù)解析程序?qū)崟r讀取文件,并入到集群數(shù)據(jù)庫,再通過用戶號碼關(guān)聯(lián)實現(xiàn)滬寧全線路分析。
通過從核心網(wǎng)接口獲取用戶占用小區(qū)信息(LAI/ECI),利用綜合分析方式匹配高鐵工參數(shù)據(jù),實時分析跟蹤用戶業(yè)務(wù)產(chǎn)生的相關(guān)小區(qū),從而實現(xiàn)對高鐵單用戶(或VIP用戶)的跟蹤分析,在第一步實現(xiàn)高鐵網(wǎng)絡(luò)形態(tài)場景化呈現(xiàn)的基礎(chǔ)上,關(guān)注業(yè)務(wù)(語音、Volte、數(shù)據(jù))用戶在鐵路沿線小區(qū)上的占用變化過程,主要關(guān)注用戶隨基站小區(qū)的移動而不是用戶本身的經(jīng)緯度變化,根據(jù)高鐵內(nèi)手機依次占用不同高鐵小區(qū),在高鐵線路圖上快速跟蹤分析用戶使用情況。
2.5.1 高低速分離算法研究
首先通過四個數(shù)據(jù)源獲取用戶占用小區(qū)基本信息(基于MR+信令+話單數(shù)據(jù)的高鐵用戶用戶識別,基于S1-U接口XDR數(shù)據(jù)的高鐵用戶識別,基于S1-MME、IU-PS接口信令面數(shù)據(jù)的高鐵用戶識別,基于O側(cè)的位置更新、切換信令及用戶特征的高鐵用戶識別);其次記錄用戶駐留的第一個高鐵小區(qū)時間為T1,用戶駐留到第二個高鐵小區(qū)時間為T2,通過兩個小區(qū)間駐留的時長記錄為T,計算對應到高鐵小區(qū)的路測經(jīng)緯度采樣點間距離為S,計算用戶在這兩個小區(qū)間移動的速度V,通過時速來區(qū)分高鐵用戶與普通用戶,再通過計算一小時內(nèi)小區(qū)駐留時長T的集合,來篩選出高鐵用戶。(其中V>300KM/H,定義為“復興號”用戶,200<V<300KM/H,定義為“和諧號”用戶,T的集合>1H,定位為高鐵用戶。)
2.5.2 高鐵用戶感知場景化分析
主要通過對分離出的高鐵車廂內(nèi)的用戶開展高鐵主要感知指標評價,以這些用戶的實際感知可以實現(xiàn)兩個方面的目的:一是通過高鐵用戶的感知指標、KPI指標,分析網(wǎng)絡(luò)存在問題,二是基于這些車廂內(nèi)用戶的感知評價高鐵全線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量情況。(因此,基于網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析與評價的目的,與之前分離算法評價系統(tǒng)不同,在這里不追求高鐵用戶分離100%完整性,而是追求對分離出來的那部分高鐵用戶網(wǎng)絡(luò)感知評價的準確性。)
重點開展高鐵車廂內(nèi)用戶業(yè)務(wù)感知分析(主要包括上行RTT時延、下行RTT時延、大頁面下載速率、視頻下載速率、頁面響應平均時長、頁面響應成功率、0卡頓率、每GB卡頓次數(shù))和網(wǎng)絡(luò)性能指標分析(語音接通率、掉話率),按以上10個關(guān)鍵性指標作為高鐵網(wǎng)絡(luò)評分標準,每項指標計10分,共計100分。通過對高鐵各線路及地市進行評分,挖掘網(wǎng)絡(luò)短板指標,為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重心提供決策依據(jù)。表2為高鐵車廂內(nèi)用戶評價分析模型。
表2 高鐵車廂內(nèi)用戶評價模型
2.6.1 高鐵用戶使用問題分析的痛點
當前高鐵網(wǎng)絡(luò)用戶投訴分析主要存在以下3個痛點:
(1)要通過登錄多平臺獲取數(shù)據(jù)(信令平臺、感知平臺、網(wǎng)管平臺)。
(2)只能采用表格化的關(guān)聯(lián)分析方式,分析效率低、響應時間長。
(3)無法有效呈現(xiàn)分析結(jié)果,用戶對分析結(jié)果滿意度低。當前高鐵用戶投訴80%以上發(fā)生在高鐵車站,如何提高車站用戶投訴反應效率是提高用戶滿意度的關(guān)鍵。本次通過研究“高鐵車站用戶上網(wǎng)問題智能化分析”,建立用戶在車站發(fā)生投訴的快速反應機制,顯著提高了用戶滿意度。
2.6.2 探索高鐵問題分析的新方法
(1)建立問題分析流程
①獲取到用戶使用號碼及問題發(fā)生時間,并從相關(guān)系統(tǒng)上通過互聯(lián)網(wǎng)化的方式獲取用戶占用小區(qū)和網(wǎng)絡(luò)資源。
②通過開源工具自動獲取相應網(wǎng)絡(luò)KPI和KQI信息,并建立數(shù)據(jù)庫。
③用戶占用網(wǎng)絡(luò)資源的主要KPI和覆蓋數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析。
④通過投訴智能分析工具,評價和分析影響用戶感知的關(guān)鍵因素和原因。
(2)探索問題智能分析算法
圖6為高鐵問題智能分析算法圖,通過對RSRP、SINR、用戶數(shù)和PRB利用率等關(guān)鍵性KPI指標進行判決,可得出發(fā)生投訴的問題小區(qū)存在的主要問題,從而快速得出投訴反饋結(jié)果。
圖 6 高鐵問題智能分析算法圖
2.6.3 高鐵問題分析方法的實踐應用
端午節(jié)前一天,用戶反映南京南站上網(wǎng)速率低,通過輸入用戶投訴號碼和時間,智能分析系統(tǒng)自動獲取問題小區(qū)信息,并根據(jù)分析算法得出問題小區(qū)存在的問題,整個投訴反應時間從接到投訴到得出結(jié)論共用時5分鐘,而正常投訴需要登錄平臺、查詢信令平臺、感知平臺、網(wǎng)管平臺等多個平臺,最少需要60分鐘,效率提升12倍左右,投訴分析效率顯著提升,節(jié)省了大量人力成本。
運用互聯(lián)網(wǎng)開源工具與大數(shù)據(jù)分析手段,突破高鐵場景傳統(tǒng)分析和管控方法的瓶頸,利用Python、JavaScript以及Spss Modeler等互聯(lián)網(wǎng)工具和大數(shù)據(jù)分析軟件,以及利用高鐵用戶分離算法,首次提出“影響集中度”概念的高鐵車站擴容標準,總結(jié)出一套高鐵網(wǎng)絡(luò)全方位管控及優(yōu)化方法,該方法具備車站擴容指標評估功能、用戶投訴快速響應功能、網(wǎng)絡(luò)性能實時地理化顯示功能、跨省網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的場景化分析與呈現(xiàn)能力、單用戶運動軌跡實時顯示功能、車廂內(nèi)用戶感知分析評估功能,能有效實現(xiàn)高鐵網(wǎng)絡(luò)點線場景快速精準化分析與管控。
截止2019年5月累計實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)告警通報208次,處理1096條,極大提高網(wǎng)絡(luò)故障處理效率,提高了高鐵網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性;智能分析處理VIP用戶投訴46次,平均時間由40分鐘降低為7分鐘,用戶滿意度由30%提升為90%。每月對省內(nèi)高鐵分析4次,累計評估80余次,共發(fā)現(xiàn)問題點398處,真實反映了高鐵車廂內(nèi)用戶感知,為高鐵優(yōu)化提供新的思路,且減少了分析和測試成本支出;共完成30余次節(jié)假日和重要活動(春節(jié)、國慶、未來網(wǎng)絡(luò)峰會、金博會等)保障,實時分析高鐵用戶感知指標,提前進行預警和快速投訴分析,多次圓滿完成保障了任務(wù);本項目可以推廣實現(xiàn)其他重點場景,如校園、地鐵、機場等場景的快速迭代分析,提升重點場景整體分析管控效率和能力,提升網(wǎng)絡(luò)競爭力和減少維護成本。