基于最短路径切换通道的分析与设计

张卫星，杨翠

（中国移动通信集团辽宁有限公司，沈阳 110179）

1 背景

1.1 稳定的切换链是无线网络接入性与保持性的重要保障

近年来，随着网络规模的不断扩大以及运营商打造高质量高性能网络的目标，使得运营商需要付出更大的精力关注网络性能现状，维护及优化网络性能。网络规模不断扩大，也逐渐暴露某些网络问题的更加严重性，比如小区重叠覆盖高，覆盖阻挡、覆盖异常、覆盖过远等现象。这需要我们在日常测试中更加注重稳定的切换链优化。

稳定的切换链优化主要包括尽可能减少频繁冗余的切换以及合理的切换优化两大方面。在切换过程中会产生偷帧(Stolen Frame)问题，即将TCH作为FACCH用于切换时信令的传送，这将会导致话音帧的丢失从而对话音质量产生影响。如果存在乒乓切换或频繁切换，SQI及MOS值会迅速下降，这就需要我们尽可能的减少频繁的冗余切换。另外，不合理切换会导致手机切换到一个非最优小区上，从而影响话音质量，甚至出现掉话，这需要我们对合理切换链的优化。稳定的切换链是网络接入性与保持性的重要保障。

目前网络优化中, 针对基于ATU的分析软件较少，且功能不完善，增加了日常网格优化的强度与难度。

我们通过应用图论上著名的Dijkstra算法进行延伸，设计能辅助网格优化人员快速梳理出一套合理、稳定的切换链，提升网络质量，改善用户感知度。

1.2 目前ATU切换链通道设计存在弊端

目前切换通道设计一方面需要网优人员的丰富经验，另一方面需要时间对网络进行熟悉，而且辅助工具极少，效率比较低，主要体现在以下几个方面。

（1）人工设计工作量大，核查完至少需要数周的时间，需要耗费大量的人力、物力。

（2）人工情况下切换链优选更多在于网优工程师的经验，工作量大的情况下，容易出现偏差。

为了在日常工作中，提升工作效率，避免以上述情形的发生，开发一种基于Dijkstra算法的切换通道设计系统，通过查找最短路径，减少切换次数，提升MOS，同时能选择合理小区，达到理想切换和提升网络性能的目的。

2 ATU切换通道设计与分析系统的算法及解决方案

2.1 Dijkstra算法原理

在图的点或者边上表明某种信息的数，称为权，含有权的图称为赋权图。图1就是一个公路网络交通图。

图1 公路网络交通图

如果从a点出发，那么如何寻找一条从点a到其它各点的通路，使得通路上各边的权和最小。接下来介绍著名的迪克斯特拉算法。这个算法很著名，应用很广泛，比如路由器搜寻节点采用的就是由该算法改进而来，我们在ATU测试中，可以进行抽象化，假定从ATU起呼小区开始设定为起始小区，手机挂断小区为结束小区，起呼小区设为单源，所谓单源是在一个有向图中，从一个顶点出发，求该顶点至所有可到达顶点的最短路径问题。要顺利实现算法，同时还要理解图的一些基本概念，图由节点和边构成，将节点和边看成对象，每个对象有自己的特有属性，如在GIS中，一个节点必须都有ID，横坐标，纵坐标等基本属性，边有起点节点，终点节点，长度等属性，而最短路径分析，就是根据边的长度（小区加权值）进行分析的，通过尝试通过Dijkstra算法来完成切换链选取的工作，Dijkstra是典型的最短路径路由算法，用于计算一个节点到其它所有节点的最短路径。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止，在实际测试中，我们选取占用小区作为一个节点，那么长度根据满足理想切换链小区进行取值。

理想切换序列需满足以下两个条件。

（1）在路面的覆盖电平要足够强：ATU测试中，路面电平高于-80 dBm时，才能保证切换准确度和通话质量，所以理想切换序列小区在路面做主服小区的平均电平需高于-80 dBm。

（2）在路面要实现无缝覆盖：在GSM通信事件中，小区重选的时长为5s，切换的最大时长为7 s。为满足双向重选和双向切换要求，以20 km/h的车速计算，切换序列邻区对之间的重叠覆盖距离在60 m时，才能实现理想切换序列在路面无缝覆盖。

2.2 ATU切换通道核心算法

软件算法基于赋予ATU测试小区不同的δ值，经过Dijkstra算法得出理想的切换链。

我们主要对（切换电平低、占用时间短、室分小区、占用质量差）小区（冗余小区标准）设置不同的权值（δ），从而找出最优切换链。

图2 最短路径示意图

图2为从cell_A点到cell_F点的最短路径示意图。

在ATU实际测试的切换序列中，满足以下一个或多个条件的小区，将被判定为非主候选小区（由ATU切换序列分析工具完成运算）：占用时长小于7 s；切换目标电平小于-75 dBm；切换目标质量大于5；室分小区。

网格负责人再根据ATU测试路线、测试所占用小区以及实际无线环境确定理想切换序列，理想序列表以外的小区即为冗余小区。

图3 切换序列分析流程图

我们根据市区日常测试经验总结所得的冗余小区δ权值，具体如表1所示。

表1 市区日常测试经验总结所得的冗余小区δ权值

不同权值的设置是经过大量的ATU测试的基础上总结出来的，对优化切换链非常重要，权值软件算法筛选出加权值最低的路径为最佳切换链小区。

2.3 ATU切换通道设计与分析系统应用

为了尽快梳理切换链，项目小组开发了一套基于C/S模型的优化工具，具体软件结构图如图4所示。

图4 软件结构图

只要导入相应的数据，经过此软件分析和处理，能够导出一张合理的切换链表，能够指导网优人员现网的切换链优化，目前该软件只支持适用于爱立信设备，后期希望能够扩展到其他厂家设备。该软件操作方便，经过了全省的测试验证，效果较好，测试分析的工作效率也得到了明显提高。

2.3.1 统计数据采集

系统主要输入基本数据如下。

包括基础数据（SITE，CDD）。

SITE文件至少包括小区名，经纬度，所属BSC，小区类型。

CDD指令至少包括RLDEP; RLLHP; RLLOP;RLSSP; RLSBP; RXTCP：Moty=rxoCF，Faulty;RXTCP：Moty=RxoTX，Faulty; RXTCP：Moty=RxoTRX，Faulty等。

测量文件MRR；爱立信的MRR文件。

ATU的原始Log。

利用ATU网格测试导出每一次测试占用的小区形成切换序列，计算这些小区的占用时间、占用时长、覆盖必要性判断其是否为冗余小区。在进行切换序列优化时，具体步骤如下。

（1）下载ATU测试原始Log，或者利用本系统将各个网格的测试记录导出为xls文件。

（2）利用后处理工具根据所有导出的信令整理出每个网格测试中（主被叫）测试路线通过的切换顺序。

（3）计算这些小区的占用时间和覆盖距离，将占用时间少于10 s、切换前RxQuality大于5的小区列为候选分析小区。

（4）结合周边覆盖情况对这些候选分析小区进行覆盖必要性分析，进一步筛选出对道路测试造成影响的冗余覆盖小区。

通过天馈或参数调整避免这些冗余覆盖小区出现在切换序列中，提高切换序列的精确性和稳定性。

结合以上思路和流程，定期对网格测试切换序列进行评估和优化，保证序列稳定、占用小区合理，提升通话性能。

2.3.2 系统输出信息

冗余小区列表和合理切换小区序列，指导网络优化人员梳理切换链，大大提高工作效率。

输入文件为ATU的原始Log，即从ATU设备里面直接取出来的文本Log。使用本工具可以把测试Log文件中的切换/重选序列整理出来，可以统计每次切换（重选）占用时长和占用距离，计算小区改变前后的信号强度和质量。

实现功能如下。

（1）支持多个ATU File Player原始Log处理。

（2）对ATU导出文件进行MOS测试指标分析，对输出的内容，可以通过界面中的选项进行个性化设置。

（3）支持切换/重选序列的地图化呈现，方便在Mapinfo中直观的显示各切换点及占用距离。

输出报表涉及的字段如下。

SCName:服务小区。

NCName:切换目标小区。

InState:切入服务小区前MS的状态。

OutState:从服务小区切出时MS的状态。

Duration:服务小区的占用时长，对于占用时长较短的小区如果有必要可以处理掉,以减少不必要的切换。

HORxLevSub:从服务小区向切换目标小区切换前5个测量报告中的服务小区的平均信号强度，可以用来判断层门限,以及Eric3算法中高低转换门限的设置是否合理。

HORxQualSub:从服务小区向切换目标小区切换前5个测量报告中的服务小区的平均信号质量。

AverageDis:服务小区下所有采样点距离服务小区的平均距离。

MinDis:服务小区下所有采样点距离服务小区的最小距离。

MaxDis服务小区下所有采样点距离服务小区的最大距离，可用来判断小区的覆盖范围是否合理。

TotalRxQualSub:该服务小区下所有质量采样点的数目。

0To5RxQualRate:该服务小区下0～5质差点的比例，处理质差可以重点关注该值较低的小区。

HoLon:切换时的经度。

HoLat:切换时的纬度。

HandInTime:切入服务小区的时间。

HandOutTime:从服务小区切出的时间。

Log:对应的Log。

某区域的冗余小区信息以及合理的主覆盖小区。

软件能给出某段道路的最佳的、合理的主覆盖小区。

基于重叠覆盖系数和DT测试数据的市区道路小区最优切换序列生成算法，输出冗余切换小区列表；基于输出的切换/重选序列，输出冗余重选列表。

2.3.3 规划算法可靠性的验证

为了验证切换链的算法的可靠性，针对大连所有网格进行了分析,共获取了市区16个网格的信息做对比，按照软件输出的切换链进行了优化，经过优化后，每个网格的每通话切换次数均得到下降。其中网格10每通话切换次数从6.59下降至4.14，下降很明显。说明软件的切换链算法具有可靠性。

2.3.4 ATU切换通道设计与分析系统应用案例

针对某些冗余切换较多，明显影响路面话音质量的区域，按照上述思路的梳理的具体工作流程如下。

首先根据ATU测试梳理理想切换序列表，输出了正常的切换序列为“DLH0862_鑫丰宾馆1800→DLH0863_鑫丰宾馆1800→DAV1132市委南→DLH0863_鑫丰宾馆1800”，冗余切换小区有 “DAVD382_三八电话局1800”、“DLH0433_二七广场”。

然后根据理想切换序列进行相邻小区切换关系的优化，对覆盖异常的小区进行优化调整。工作内容如下。

（1）天线调整：调整DAVD382_三八电话局1800下倾角10→12,DLH0433_二七广场下倾角6→8，DLH0863_鑫丰宾馆1800方位角120→150。

（2）频点优化：更换DLH0863_鑫丰宾馆1800的BCCH(534 → 557),TCH(607、633 → 576、680)。

（3）切换参数：调整DLHD863 LAYERTHR 70→ 75、LAYERTHRHYST 3→ 5、SSLENSD/QLENSD(10/8→ 6/4），DLHD862 LAYERTHR 70→73，DLHD863-DAVD382 HIHYST 6→4。

经过优化后，切换次数从优化前的6次降到优化后的2次，MOS低于2.8的采样点个数有所下降，达到了预期的效果。

在应用切换链设计软件后，工作效率得到极大的提高,切换次数以及MOS话音质量得到了改善，提升了用户对网络的感知度。

3 ATU切换通道设计与分析系统应用主要成效

3.1 工作效率得到有效提高

在没有切换链设计通道的软件时，切换链梳理只有靠测试人员经验梳理，测试分析工作量大的情况下，该工具不仅能提高切换链设计的准确性，而且能大大提高工作效率， 并且算法都集成到软件中，只要输入统计数据，便可以自动输出规划结果。

3.2 全网的网格切换次数减少

按照上述方法和流程对市区网格进行分析优化调整后进行了分析，调整后切换总次数从调整前的413次降到398次，其中同层切换次数从271次降到269次，双频切换次数从142次降到129次，双频切换占比从34.38%降到32.41%。统计双频切换占用时长少于10 s的切换共计62次，其中可以通过参数调整避免的为9次，覆盖距离少于50 m，同时占用时长少于20 s的小区为7个（不包含通话时长少于10 s的小区），可以通过优化避免切换的次数为2次。发现质差小区为2个，一个为室分泄露，另外一个为频点干扰，通过优化均可以规避和改善，优化后指标提升明显。

优化后效果小结如下。

（1）减少了路面占用服务小区数。

（2）减少了路面切换次数。

（3）提升了ATU测试指标。

（4）减少质差切换。

（5）减少越区覆盖。

3.3 全网的Rxquality得到提升

图5 经过优化后Rxquality对比

在利用ATU切换链通道设计工具， 对大连网格内的切换链进行梳理，结合实际对网格内的基站覆盖范围进行调整，包括参数和天馈线调整，通过调整这些网格的占用小区Rxquality有不同程度的上升，如图5所示。

3.4 话音业务质量MOS提升

对于运营商来说，话音业务质量好坏直接体现在用户对网络的感知度，直接影响到移动的品牌形象，通过应用软件优化切换链后，话音质量MOS也呈上升趋势，如图6所示。

图6 经过优化后话音MOS质量（%）对比

4 ATU切换通道设计软件的效益分析

4.1 提高了用户对网络感知度

通过软件梳理和建立稳定的切换链，一方面减少切换次数，通过减少话音帧的丢失，提升用户感知度，另一方面能减少掉话事件和未接通事件的发生， 提升话音用户对网络的感知度，有关话音类的投诉有所下降，为辽宁移动打造出良好的品牌形象。

4.2 提升移动品牌的认可度

目前通信运营商的市场竞争是十分激烈，所以打造一个精品网络对运营商争取手机用户尤为重要，只有通过长期的网络建设，网络功能不断完善才能满足手机用户的日益增长的需求，并且在这个过程中逐步建立更好的移动品牌信誉。如何能让客户获得更好的话音体验，对于一个健康的网络来说，无线侧方面需要保持网络良好的接入性和保持性。稳定的切换链是对网络良好的接入性与保持性的一个重要保障，通过切换通道设计与分析系统软件能够协助网优人员梳理出理想切换链，起到提升网络话音质量的目的，从而提升移动品牌形象。

[1]宫雁巡，杨翠，佟智威. EGPRS网络中PCU资源的规划工具[J].电信工程技术与标准化，2009(8).