無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)研究

2019-11-03 09:49:43

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無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)研究（李方偉、李樂民、李忻）摘要：本文主要介紹數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)是解決無線網(wǎng)絡(luò)中的使用報(bào)告的性能及靈活性問題的一種新方法，這種技術(shù)從無線網(wǎng)絡(luò)收集話務(wù)數(shù)據(jù)，并提供使用報(bào)告和使用預(yù)測(cè)。關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)倉庫技術(shù) 使用報(bào)告使用預(yù)測(cè)1引言蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的快速增長(zhǎng)和新業(yè)務(wù)的不斷增加，給運(yùn)營(yíng)者帶來了更多獲取經(jīng)濟(jì)效益的機(jī)遇。為了贏得更多的市場(chǎng)份額，運(yùn)營(yíng)者有必要全面了解無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和用戶使用情況，以及自己對(duì)市場(chǎng)和系統(tǒng)規(guī)劃的期望。對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能分析和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃而言，需要得到用戶的使用模式以及對(duì)提供服務(wù)質(zhì)量作出正確決策的準(zhǔn)確報(bào)告，這些報(bào)告必須及時(shí)反映蜂窩網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的變化。為建立一個(gè)能夠完成上述要求的系統(tǒng)，可采用數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)。數(shù)據(jù)倉庫能有向地、穩(wěn)定地收集數(shù)據(jù)，以支持管理決策。數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)可以多種方式進(jìn)行有效地分割與組合，以便查詢、分析和顯示信息。本文介紹的數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)能從網(wǎng)絡(luò)上收集業(yè)務(wù)，并通過一個(gè)用戶友好的網(wǎng)絡(luò)界面，以可操作的方式智能地呈現(xiàn)給終端用戶。為一個(gè)子網(wǎng)或整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的單個(gè)用戶或一組用戶生成不同的使用報(bào)告，可實(shí)現(xiàn)三個(gè)指示將來使用趨勢(shì)的不同預(yù)測(cè)模型。這些報(bào)告和預(yù)測(cè)可作為網(wǎng)絡(luò)容量規(guī)劃、資源分配、用戶使用檢測(cè)以及用戶呼叫方案選擇。該系統(tǒng)是解決大量的快速變化的數(shù)據(jù)生成使用報(bào)告的靈活性和性能問題的一個(gè)新解決方法。該系統(tǒng)在作為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的決策支持平臺(tái)方面具有重要的潛力。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和用戶市場(chǎng)組建中的優(yōu)越性是在蜂窩業(yè)務(wù)中贏得市場(chǎng)份額的關(guān)鍵因素。無線網(wǎng)絡(luò)必須適應(yīng)用戶使用模式的變動(dòng)，這樣的網(wǎng)絡(luò)能為用戶提供更多的靈活性和更高的服務(wù)質(zhì)量，這就是吸引新用戶的最好方法。達(dá)到這些目標(biāo)的首要條件是詳細(xì)地分析系統(tǒng)和用戶使用情況，這也是蜂窩系統(tǒng)分析或市場(chǎng)規(guī)劃所要做的，需要得到使用報(bào)告，以對(duì)蜂窩系統(tǒng)規(guī)劃、市場(chǎng)及銷售預(yù)測(cè)采取必要的措施。然而，由于呼叫數(shù)據(jù)十分龐大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷演變以及用戶組的變動(dòng)，使用分析報(bào)告往往不易生成。蜂窩網(wǎng)絡(luò)是由許多無線站組成的，每個(gè)站覆蓋的服務(wù)區(qū)叫做小區(qū)。蜂窩電話通過一個(gè)無線信道與基站通信，每個(gè)小區(qū)只分配有限的信道數(shù)。當(dāng)蜂窩電話從一個(gè)基站移動(dòng)到另一個(gè)基站時(shí)，就要切換。如果小區(qū)沒有了可用的信道，新呼叫或切換呼叫就被阻塞了。移動(dòng)交換中心（MSC）每天要處理大約上百萬個(gè)呼叫。因此，當(dāng)報(bào)告需要收索上百萬條記錄時(shí)，生成報(bào)告的處理速度就相當(dāng)成問題了。這就促使我們使用數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)而不是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。2數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的組成及其實(shí)現(xiàn)方案數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理器、數(shù)據(jù)倉庫和網(wǎng)絡(luò)報(bào)表服務(wù)器三個(gè)主要部分組成。數(shù)據(jù)處理器從MSC接收自動(dòng)信息統(tǒng)計(jì)（AMA）記錄并完成解壓、傳輸和裝載。AMA數(shù)據(jù)包括：電話號(hào)碼、日期、小區(qū)、切換等。這些集中起來的數(shù)據(jù)被裝載到已填充的主真值表的數(shù)據(jù)庫里。網(wǎng)絡(luò)報(bào)表服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)倉庫，然后把使用報(bào)告發(fā)給瀏覽器。為了防止數(shù)據(jù)倉庫過載，應(yīng)把數(shù)據(jù)倉庫從網(wǎng)絡(luò)報(bào)表服務(wù)器中分隔出來。另外，由于這使得不同應(yīng)用可用不同方法查詢相同數(shù)據(jù)庫，故這種結(jié)構(gòu)很容易升級(jí)，以適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)報(bào)表服務(wù)器。數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)可以采用標(biāo)準(zhǔn)的星型結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。它包括一個(gè)主真值表（“使用方法”表）和幾個(gè)元素表。“使用方法”表能容納不同時(shí)刻收集的使用情況。數(shù)據(jù)處理器主要處理數(shù)據(jù)解壓、傳輸和裝載。解壓的過程首先是把原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)解為可讀的文本數(shù)據(jù)。這個(gè)過程的輸出只是一些個(gè)人呼叫記錄，諸如，電話號(hào)碼、起始呼叫時(shí)間、終止呼叫時(shí)間翩始小區(qū)和信道、終結(jié)小區(qū)和信道前無切換、呼入和呼出、被叫號(hào)碼、呼叫持續(xù)時(shí)間以及其它信息。每個(gè)MSC每天輸出數(shù)據(jù)大小在50－150MB之間。裝載過程首先檢查可能在先前處理過程中已出現(xiàn)的潛在錯(cuò)誤。結(jié)合當(dāng)前關(guān)鍵字的檢查，就可確保關(guān)鍵字的每個(gè)值是唯一的。如發(fā)現(xiàn)新的小區(qū)，那么就更新該小區(qū)的元素表，然后把已排列的數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)倉庫。同時(shí)，裝載過程從“使用方法”表或直接從呼叫記錄計(jì)算特定應(yīng)用收集表，并把它們裝入數(shù)據(jù)倉庫。數(shù)據(jù)倉庫的清除和保存是通過使用“使用方法”表來完成的。每天都進(jìn)行數(shù)據(jù)裝入，而按周清除數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)。最早期的數(shù)據(jù)在每周末保存，由于需清除數(shù)據(jù)的量很大，按區(qū)域把“使用方法”表分割開，使得每個(gè)分割保持一周的數(shù)據(jù)。3使用報(bào)告與分析數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)用戶界面的的基本原理是：要求必須具有友好的用戶界面，一致的外觀，在整個(gè)系統(tǒng)中以同樣的方式操作，以減少終端用戶的學(xué)習(xí)時(shí)間。界面設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)之一是為終端用戶提供一個(gè)靈活的方法，使其能訪問所有期望訪問的數(shù)據(jù)，但又必須使界面盡可能簡(jiǎn)單。使用報(bào)告可分為以下三類：（1）個(gè)人使用：計(jì)算單用戶的使用模式。（2）群和區(qū)域使用：計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)的子集上動(dòng)態(tài)定義的用戶群的使用模式。（3）系統(tǒng)使用：計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模式。3.1個(gè)人使用報(bào)告數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)根據(jù)結(jié)出的用戶號(hào)和時(shí)間段，生成顯示呼叫的平均持續(xù)時(shí)間，收集時(shí)段內(nèi)使用時(shí)間以及以小時(shí)計(jì)算和以天計(jì)算的呼叫號(hào)碼的報(bào)告，并且這些報(bào)告都是用圖表表示的。數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)可用這種呼叫功能來表示一個(gè)減少用戶每月費(fèi)用的呼叫方案。數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)也能生成按特定時(shí)間收集的呼叫小區(qū)用戶的使用報(bào)告，這些報(bào)告可顯示用戶的蹤跡或位置。更重要的是，它為確定該用戶在不同的時(shí)間段是否忙閑提供了一個(gè)線索。數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)可用這些信息來引進(jìn)一個(gè)有效利用增進(jìn)資源的呼叫方案。另外，數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)也能找到呼叫的平均持續(xù)時(shí)間、時(shí)段內(nèi)的使用時(shí)間或者在時(shí)段內(nèi)的失敗呼叫的號(hào)碼。這些呼叫可分為長(zhǎng)途呼叫和局域呼叫，這類報(bào)告提供了可用于市場(chǎng)規(guī)劃的“家區(qū)”信息。3.2群與區(qū)域使用報(bào)告為了生成群和區(qū)域使用報(bào)告，用戶必須選擇使用預(yù)定義的群和區(qū)域。對(duì)群使用報(bào)告，數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)可以：（1）以使用分鐘數(shù)形式顯示由選定組生成的每個(gè)小區(qū)／微區(qū)的最忙時(shí)業(yè)務(wù)量，也顯示最忙小時(shí)和摘要信息；（2）顯示每個(gè)群的呼叫號(hào)碼，使用分鐘數(shù)，呼出分鐘數(shù)，呼入分鐘數(shù)，計(jì)時(shí)分鐘數(shù)以及非計(jì)時(shí)分鐘數(shù)。也就是說，群的使用報(bào)告顯示群在分配小區(qū)內(nèi)的使用或在時(shí)段內(nèi)使用分鐘數(shù)的使用類型。群的使用用戶有：預(yù)付費(fèi)用戶和高使用率用戶。區(qū)域使用報(bào)告可顯示在選定時(shí)段內(nèi)每個(gè)區(qū)域的使用分鐘數(shù)總和。區(qū)域使用報(bào)告允許分析任何指定區(qū)的業(yè)務(wù)量。數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)也提供群與區(qū)域的合成使用報(bào)告，以便研究由選定區(qū)域的指定群產(chǎn)生的系統(tǒng)業(yè)務(wù)量。例如，我們可以研究在指定區(qū)域的局域用戶與漫游用戶間的系統(tǒng)資源沖突。3.3系統(tǒng)使用報(bào)告系統(tǒng)使用報(bào)告可顯示整個(gè)系統(tǒng)的全部示意圖表，包括總計(jì)使用報(bào)告——顯示每小區(qū)／微區(qū)合計(jì)使用；長(zhǎng)話使用報(bào)告——顯示每個(gè)中繼群的呼出與呼入使用分鐘數(shù)；前綴使用報(bào)告——計(jì)算用戶定義的每個(gè)前綴的使用（例如，具有800號(hào)的話務(wù)量就可通過定義一個(gè)800前綴而輕易得到，在極端情況，前綴可以是電話號(hào)碼本身。）；系統(tǒng)峰值使用報(bào)告——顯示系統(tǒng)范圍的最忙時(shí)間和話務(wù)量，這提供了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的上界要求。4使用預(yù)測(cè)與方案選擇數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)除了提供不同級(jí)的使用報(bào)告外，它還可通過基于過去的使用情況來預(yù)測(cè)以后的使用，這有助于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。基于用戶呼叫模式和網(wǎng)絡(luò)資源，它弓隊(duì)最佳的呼叫方案，這也有助于網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。4.1使用預(yù)測(cè) 數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)提供了兩類使用預(yù)測(cè)報(bào)告，即“總話務(wù)量預(yù)測(cè)報(bào)告’與“群話務(wù)量預(yù)測(cè)報(bào)告”。二者的區(qū)別是，后者預(yù)測(cè)指定群的使用。若結(jié)定一個(gè)小區(qū)，預(yù)測(cè)報(bào)告就會(huì)生成當(dāng)前時(shí)間段已存在的話務(wù)量與下一時(shí)間段的預(yù)測(cè)話務(wù)量的圖表。用戶以天數(shù)定義一個(gè)時(shí)間段，可使用時(shí)間段內(nèi)的峰值話務(wù)量或者平均話務(wù)量模型。另外，終端用戶可選擇一種預(yù)測(cè)方法：線形回歸法（指數(shù)平均或者移動(dòng)平均）。當(dāng)預(yù)測(cè)到小區(qū)的話務(wù)量在增長(zhǎng)時(shí)，則需采取措施擴(kuò)大容量，如增加新的通信信道以滿足需要。4.2方案選擇利用個(gè)人使用報(bào)告提供的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)方案，可為蜂窩用戶設(shè)計(jì)一個(gè)呼叫方案選擇應(yīng)用算法。若結(jié)出用戶電話號(hào)碼和時(shí)間段，這種應(yīng)用算法基于用戶在時(shí)間段內(nèi)的預(yù)計(jì)速率和使用模式，可在不同成本方案中選擇最低成本的方案。另外，可用兩種方法進(jìn)一步擴(kuò)充該應(yīng)用算法。首先，用戶呼叫方案的選擇可基于過去使用模式或者預(yù)測(cè)的使用模式（用線形回歸方法），各方案的成本預(yù)測(cè)時(shí)段可為一周或一月，擴(kuò)充用戶使用特征來計(jì)算具有最低成本的呼叫方案，如果用戶的使用有某種趨勢(shì)（如上升或下降），那么這種擴(kuò)充可選擇一個(gè)不同于過去使用的方案。第二個(gè)擴(kuò)充是提高選擇的性能。最低成本方案選擇方法對(duì)用戶不一定總是最好的，每個(gè)小區(qū)的信道數(shù)是有限的，如果在同一時(shí)刻太多的用戶使用同一信道，那么很多呼叫就可能被阻塞，從而會(huì)引起用戶不滿。故一個(gè)好的推薦方案應(yīng)該是符合可用資源的最低成本呼叫方案，改進(jìn)的選擇性能考慮到了每個(gè)小區(qū)的使用特征和阻塞概率。使用該改進(jìn)的選擇性能，每種方案的總體成本是用作為金融成本與對(duì)給定方案在相關(guān)時(shí)間段的阻塞率的線形函數(shù)來計(jì)算的，這樣就可選出最低成本方案了。5結(jié)論本文描述了基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)，通過使用數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)，有效地滿足了網(wǎng)絡(luò)的性能和靈活性的要求。可提供不同類型的使用報(bào)告，它們可用于基本報(bào)告生成、動(dòng)態(tài)建模、用戶文檔生成和使用預(yù)測(cè)。作為數(shù)據(jù)庫的另一個(gè)應(yīng)用，通過一個(gè)二維的生滅過程可以確定蜂窩網(wǎng)絡(luò)的阻塞概率，基于方案成本和網(wǎng)絡(luò)資源的可用性，可設(shè)計(jì)用于用戶呼叫方案選擇的應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)可應(yīng)用于需要分析大量的報(bào)警數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)操作中。也可以把數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)性能管理中去。摘自《電信科學(xué)》

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