УПРАВЛЕНИЕ РАБОЧЕЙ НАГРУЗКОЙ В СЕТИ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ Российский патент 2000 года по МПК H04Q7/20 H04B7/26 

Изобретение относится к системе управления рабочей нагрузкой для сотовой сети подвижной связи, в которой центр коммутации подвижной связи формирует запись счета за вызов (СВ) после каждого вызова. Эта запись содержит, по меньшей мере, информацию о том, состоялся или не состоялся вызов, а также идентификатор ячейки, указывающий с какой ячейкой связан данный вызов. Записи СВ, сформированные за определенный интервал времени, объединяются в СВ файл для дальнейшей обработки.

В дальнейшем, со ссылкой на фиг. 1 будет описана структура сети подвижной связи на примере сети подвижной связи, работающей в стандарте GSM, известной из отчета ETSI N 099 от 10.93. Связь между подвижной станцией (ПС), находящейся в ячейке, и сетью осуществляется по тракту радиосвязи через базовую приемопередающую станцию (БППС). Базовые приемопередающие станции подсоединены к контроллеру базовых станций (КБС), который обычно управляет несколькими базовыми станциями. Местонахождение ПС известно с точностью до так называемой зоны местонахождения (ЗМ), образованной несколькими ячейками. Подвижная станция может перемещаться в зоне местонахождения без обновления данных ее местонахождения. Несколько контроллеров базовых станций подсоединено к центру коммутации подвижной связи (ЦКПС), который выполняет основные функции коммутации в сети подвижной связи. Все ячейки, находящиеся под управлением данного ЦКПС, называются зоной ЦПКС, все вызовы, исходящие из этой зоны и входящие в нее, передаются через этот ЦКПС. Кроме того, центр коммутации соединяет сеть подвижной связи с внешними сетями и через так называемый шлюз ЦКПС с сетями подвижной связи других операторов.

Сеть подвижной связи также содержит различные виды баз данных. В регистре базового местонахождения (РБМ) абонентские данные хранятся постоянно, независимо от текущего местонахождения абонента. При временном заходе абонента в какую-либо зону абонентские данные, полученные из РБМ, сохраняются в регистре временного местонахождения (РВМ).

Часть сети, выполняющая функции управления, имеет механизм, с помощью которого сохраняется достаточное количество данных по каждому вызову и оказанной услуге, чтобы оператор мог взимать за них плату. Основу платежей, связанных с рабочей нагрузкой, составляют вызовы. Сразу после окончания каждого вызова ЦКПС формирует так называемую запись СВ, в которой содержится вся необходимая информация для расчета платы за данный вызов. Содержание этой записи зависит от технологии, используемой центром коммутации, и от требований оператора. Шлюз ЦКПС обменивается сообщениями с РБМ в соответствии с протоколом МАР/С, и этот известный способ обмена сообщениями позволяет включить по меньшей мере следующие данные в полях записи СВ:
(а) прежде всего, идентификаторы, т.е. идентификационный номер подвижной станции (ИПС) данного абонента и идентификатор ЦКПС, сформировавшего данную запись,
(б) затем вид вызова, т.е. является данный вызов исходящим из подвижной станции или вызовом, входящим в подвижную станцию и переданным ЦКПС (это значит, что СВ запись также содержит данные маршрутизации от центра коммутации к подвижной станции),
(в) если центр коммутации является шлюзовым ЦКПС, запись содержит данные маршрутизации ШЦКПС-ПС,
(г) данные об ремаршрутизации ШЦКПС-ПС вызова, входящего в подвижную станцию, если ЦКПС находится в другой сети,
(д) статус вызова, т.е. информацию, состоялся или не состоялся вызов. Данные несостоявшихся вызовов используются только для статистики и поэтому изготовитель центра коммутации не всегда включает их в СВ информацию,
(е) дату и время начала вызова, его продолжительность и характер. Под последним подразумевается, был данный вызов разговором, передачей данных или коротким сообщением,
(ж) номер вызывающего абонента (для вызовов, входящих в подвижную станцию) или номер вызываемого абонента (для вызовов, исходящих из подвижной станции),
(з) тариф, взимаемый целевым оператором с оператора абонента в случаях роуминга,
(и) информацию об ячейке (идентификатор ячейки), указывающий ячейку входящего/исходящего вызова.

Перечисленные выше поля приведены только в качестве примера, и поставщик центра коммутации может добавить другие поля в зависимости от требований оператора. Записи СВ сохраняются в устройстве ввода-вывода данных ЦКПС в виде файла, который через определенные интервалы времени передается в систему расчета оплаты для дальнейшей обработки. Обычно файл передается через интервалы времени продолжительностью от 5 до 15 мин, которые, таким образом, составляют задержку данных относительно реального времени.

График на фиг. 2 иллюстрирует использование перечисленных выше параметров в записи СВ. Поля записи включают в себя номера абонентов А и В, дату, время начала и конца вызова, маршрут, идентификатор ячейки, тарифные единицы и поле KB. KB (конец выбора) - это код сброса, определяющий причину, по которой не прошел вызов. Может использоваться до 1000 разных кодов. Код 0 означает, что вызов состоялся, а коды, отличные от 0, означают не только несостоявшиеся вызовы, но и причину отказа.

Сеть подвижной связи должна постоянно модифицироваться по мере ее расширения и изменения напряженности трафика. Повысить пропускную способность можно за счет добавления новых приемопередающих блоков в ячейке и добавления новых узлов (ЦКПС и КБС) и новых ячеек, что также приводит к изменению маршрутов передач. Для реализации этих изменений, а также для выполнения функций эксплуатации, содержания и управления сеть собирает из нескольких участков различные виды информации; КБС, например, собирает информацию из ячеек, которые он контролирует, при этом информация о напряженности трафика поступает как функция времени. Информация, полученная из разных источников, должна собираться и обрабатываться централизованно. В этом аспекте сеть подвижной связи не отличается от других телекоммуникационных сетей.

Недостатком управления рабочей нагрузкой в современных сетях подвижной связи является недостаточная репрезентативность в реальном масштабе времени. Информация о пиках поступает по истечении продолжительного времени после них, и несмотря на то, что имеется информация об изменениях напряженности трафика, она приходит после продолжительной задержки и в иллюстративно-цифровом виде. Поэтому пропускная способность некоторых ячеек может быть исчерпана из-за невозможности ее динамического распределения пропускной способности в реальном масштабе времени.

В основу изобретения положена задача создания системы, которая бы облегчила управление рабочей нагрузкой за счет визуально-иллюстративного представления напряженности трафика и происходящих в нем изменений практически в режиме реального времени. Система должна иметь возможность связи с ЦКПС любого производителя без необходимости изменения его внутренних функций.

Эту задачу решает система, заявленная в пункте 1 формулы изобретения.

В предложенной системе управления файл СВ, поступающий из центров ЦКПС сети подвижной связи и содержащий записи СВ, считывается и передается для ввода в базу данных системы управления рабочей нагрузкой. Программные средства управления нагрузкой обрабатывают информацию, полученную из этих записей, подсчитывают количество вызовов в ячейках и выдают иерархическое графическое представление этой информации на изображении карты. Термин "иерархический" в данном контексте означает, что высшим уровнем является вся географическая зона, которая может содержать несколько ЦКПС и находится под управлением одного оператора. Следующим уровнем может быть зона одной ЦКПС, за которым следует зона местонахождения. Низший уровень представлен одной ячейкой.

Каждый уровень показывает напряженность трафика степенью насыщенности цвета, т.е. чем напряженнее трафик, тем насыщеннее цвет. Изображение автоматически обновляется по мере поступления данных СВ от ЦКПС.

Система управления также содержит логику для контролирования рабочей нагрузки. Эта логика контролирует рабочую нагрузку в сети на разных уровнях и в разных ячейках. Если нагрузка в какой-то зоне, ячейке или ячейках превосходит заданный уровень, программа автоматически передает команду контроллеру базовых станций распределить рабочую нагрузку между перегруженной ячейкой и соседними ячейками. Это может быть реализовано за счет изменения критериев переноса связи путем ускорения переносов связи на границах ячеек из перегруженной ячейки в ячейку с меньшей рабочей нагрузкой, и соответственно задержки переносов связи в перегруженную ячейку. Описанную выше методику можно рассматривать как логическое уменьшение размера перегруженной ячейки. Если на базовой станции имеется дополнительный, так называемый "плавающий" приемопередающий блок, он может быть подключен для использования в перегруженной ячейке и, соответственно, увеличения ее пропускной способности.

Результаты вычислений могут сохраняться для статистических целей. Статистические данные могут представлять, например, статистику перегрузок, средней продолжительности вызовов в каждом канале, степень использования канала, и т.п.

В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием примеров его воплощения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
фиг. 1 изображает структуру известной сети подвижной связи стандарта GSM,
фиг. 2 - поля записи СВ,
фиг. 3 - связь между системой управления рабочей нагрузкой и сетью подвижной связи,
фиг. 4 - примерный алгоритм автоматических команд,
и фиг. 5 - рабочую нагрузку в сети на изображении карты.

На фиг. 3 слева от пунктирной линии А показана вся сеть подвижной связи. Сеть подвижной связи может содержать несколько ЦКПС, хотя на фигуре изображен только один. Через точные интервалы времени все современные ЦКПС формируют для оператора СВ-файл, который, из числа полей, изображенных на фиг. 2, содержит, по меньшей мере, все поля, кроме KB-поля, касающегося отказов на запрос канала. Если центр коммутации формирует такое поле, но по какой-либо причине не включает его в СВ-запись, то это поле будет также отдельно направляться в систему управления рабочей нагрузкой. Если центр коммутации не формирует данное поле, необходимо принять надлежащие меры, чтобы центр его формировал.

Справа от линии А показана предложенная система управления рабочей нагрузкой. В нее поступает файл СВ, полученный из ЦКПС и содержащий по меньшей мере следующие поля СВ: номер А, номер В, данные маршрута, данные оплаты, т. е. начало и конец вызова и тарифные единицы, идентификатор ячейки, и также используются данные потерянных вызовов КВ. ЦКПС генерирует новый СВ-файл через заданные интервалы времени, обычно через 5-15 мин.

Файл, принятый системой управления рабочей нагрузкой, передается для обработки системой. Система различает и обрабатывает записи. После использования для определения напряженности трафика поля идентификаторов ячеек суммируются в их собственных базах данных. Поскольку СВ-запись также содержит для каждого вызова идентификатор ячейки, из которой поступил этот вызов или куда он адресован, сумма записей, имеющих одинаковый идентификатор ячейки, полученная из принятого СВ-файла, представляет количество вызовов в данной ячейке. Если ЦКПС формирует новую запись СВ, например, через каждые 10 мин, то указанная выше сумма отражает количество вызовов в ячейке за последние 10 мин. Таким образом, можно быстро определить количество вызовов для каждой ячейки сети. Напряженность трафика в зоне местонахождения можно легко вычислить посредством суммирования количества вызовов в ячейках (управляемых тем же КБС) данной зоны местонахождения. Соответственно, напряженность трафика для зоны ЦКПС будет получена путем суммирования количества вызовов в зонах местонахождения. Следовательно, напряженность трафика можно вычислить с точностью до ячейки, зоны местонахождения, зоны ЦКПС и зоны обслуживания всей сети подвижной связи.

В блоке отображения напряженность трафика представляется в графической форме, так что изображение карты показывает всю рабочую зону оператора, например, территорию Финляндии. Поскольку положение на карте зоны ЦКПС, зона местонахождения и ячейки, имеющей конкретный идентификатор, известно, можно легко получить иерархическое представление напряженности трафика. На высшем уровне напряженность трафика может быть отображена во всей рабочей зоне сети или зоне ЦКПС. В результате щелчка мышью на требуемой зоне ЦКПС разрешение карты увеличивается и отображается напряженность трафика для зоны местонахождения. После следующего щелчка мышью карта показывает напряженность трафика в зоне местонахождения по ячейкам и, наконец, на низшем уровне отображается напряженность трафика в ячейке. На каждом уровне можно отобразить буквенно-цифровую информацию, касающуюся данного уровня.

Напряженность трафика можно отображать степенью насыщенности цвета: на уровне ячейки вызов отображается одним пикселем, например, красного цвета. В результате, чем больше количество вызовов в ячейке, тем насыщеннее красный цвет ячейки. Соответственно, на других уровнях степень насыщенности красного цвета на географической зоне характеризует напряженность трафика в этой зоне. Поскольку программа управления рабочей нагрузкой всегда обновляет изображение после приема нового СВ-файла от ЦКПС, получается ясная картина изменений напряженности трафика.

Результаты обработки, выполненной после приема предыдущих файлов, сохраняются в памяти, т.е. путем отображения желаемого числа результатов последовательных вычислений можно получить ясную картину изменения напряженности трафика. Например, на изображении карты можно увидеть, как некая красная зона перемещается вдоль дорог в зависимости от интенсивности движения транспорта. Алгоритм графического представления, описанный выше, состоит из последовательности разных функций: считываются данные, вычисляются необходимые значения и отображаются на карте. Несмотря на большое количество разных записей, этот процесс вычисления происходит очень быстро. Специалистам будет понятно, что кроме вычисления напряженности трафика информацию, полученную из СВ-файла, можно также использовать для разных статистических целей. К ним можно отнести статистику потерь вызовов, среднюю продолжительность вызовов в каждом канале в ячейке, степень использования канала, долю внутренних вызовов в сети подвижной связи относительно всех вызовов, долю входящих и исходящих вызовов в сети подвижной связи относительно всех вызовов и т.д.

Графическое изображение напряженности трафика на карте является одним из существенных признаков предложенной системы. Другим существенным признаком является возможность контролирования с помощью встроенной в систему логики рабочую нагрузку в сети радиосвязи и автоматически оптимизировать пропускную способность сети с помощью команд, вырабатываемых системой. Если ячейка перегружена или приближается к верхнему пределу пропускной способности, система автоматически передает команду в ЦКПС, например, снизить критерии переноса связи, изменив логический размер данной ячейки, и/или использовать в ячейке дополнительный приемопередающий блок, если таковой имеется.

На фиг. 4 показано, как можно просто и быстро реализовать изобретение. Сначала считываются требуемые данные СВ (блок 1). На основании полей КБ, указывающих состоявшиеся и несостоявшиеся вызовы, и полей идентификаторов ячеек определяются потери вызовов и передаются автоматические команды. В блоке 2 вычисляется процент потерь вызовов E по формуле
E = (отказы на запрос канала в определенной ячейке/все запросы канала в ячейке) • 100%.

Каждый раз, когда система принимает новый СВ-файл от ЦКПС, она вычисляет процент потерянных вызовов для каждой ячейки. Если процент потерянных вызовов E в какой-то ячейке превосходит некоторое заданное значение (блок 3), система автоматически передает команду в ЦКПС скорректировать логический размер ячейки, т.е. изменить критерии переноса связи для данной ячейки (блок 6) и увеличить соседние ячейки, т.е. изменить их критерии переноса связи (блок 7), или же ввести дополнительный приемопередающий блок в данной ячейке (блок 5). ЦКПС дает команду КБС, управляющему данной ячейкой, выполнить требуемые процедуры.

Система, обрабатывающая большие объемы данных, может быть реализована с помощью эффективного программного кода в аппаратуре на основе ПЭВМ, поэтому не требуется использовать, например, станцию UNIX, как в известных системах управления рабочей нагрузкой в стационарных сетях. Эта система может быть подключена к ЦКПС любого изготовителя.

И наконец, на фиг. 5 показано графическое изображение карты. Показан высший уровень сети подвижной связи оператора, вся территория Финляндии. Темные участки обозначают высокую напряженность трафика.

Понятно, что представленное выше описание и связанные с ним чертежи имеют своей целью только иллюстрацию изобретения. Специалисты смогут предложить изменения и модификации, не выходя за рамки объема и идеи изобретения. Несмотря на то, что изобретение было описано на примере одной сети подвижной связи, ясно, что в системе подвижной связи, содержащей несколько ЦКПС, предложенное устройство может быть установлено в одном из них, и информация из других центров коммутации и команды в центры коммутации могут передаваться с помощью соответствующего соединения, например сети X. 25.

Изобретение относится к системе управления рабочей нагрузкой для сотовой сети подвижной связи. Достигаемый технический результат - облегчение управления рабочей нагрузкой за счет визуально-иллюстративного представления напряженности трафика и происходящих в нем изменений практически в режиме реального времени. Система управления рабочей нагрузкой считывает файлы счета за вызов (СВ), полученные из центров коммутации подвижной связи (ЦКПС), обрабатывает информацию и формирует иерархические графические представления на изображении карты, которое обновляется автоматически по мере поступления данных СВ от ЦКПС. Система управления контролирует рабочую нагрузку ячеек и содержит счетное средство для подсчета количества вызывов в каждой ячейке сети, графический пользовательский интерфейс. Способ управления рабочей нагрузкой в сети подвижной связи характеризуется тем, что формируют в ЦКПС для оператора через заданные интервалы времени файл СВ, передают заданные поля в систему управления рабочей нагрузкой для дальнейшей обработки, суммируют поля идентификаторов каждой ячейки в базе данных, отображают количество вызывов в иерархическом представлении. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система управления рабочей нагрузкой для сотовой сети подвижной связи, в которой центр коммутации подвижной связи (ЦКПС) после каждого вызова формирует запись счета за вызов (СВ), содержащую, по меньшей мере, информацию о том, состоялся или не состоялся данный вызов, и идентификатор ячейки, указывающий, с какой ячейкой связан вызов, и объединяет записи СВ, полученные за определенный интервал времени, в файл СВ, так что через указанные интервалы времени формируется новый файл СВ для дальнейшей обработки, отличающаяся тем, что указанная система управления подсоединена к ЦКПС для считывания файла СВ и передачи его в систему управления, как только этот файл будет сформирован, и для выдачи команд центру коммутации, содержит счетное средство для подсчета количества вызовов в каждой ячейке сети, графический пользовательский интерфейс, с помощью которого можно получить иерархическое представление количества вызовов, где высший уровень отображает всю сеть подвижной связи, обслуживаемую данным оператором, а нижний уровень - ячейку. 2. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что содержит средство для автоматической выдачи в ЦКПС команды, касающейся пропускной способности ячейки, если рабочая нагрузка в любой ячейке превосходит некоторое заданное значение. 3. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что счетное средство различает поле идентификатора ячейки в каждой записи файла СВ и вычисляет для каждой ячейки сумму идентификаторов ячейки, представляющую количество вызовов в данной ячейке. 4. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что иерархическое графическое представление содержит в качестве основы географическую карту в разных масштабах, количество вызовов в конкретной зоне показано степенью насыщенности цвета, так что насыщенность цвета возрастает с увеличением количества вызовов. 5. Система управления по п.1 или 3, отличающаяся тем, что пользователь может выбрать на изображении любой уровень из группы уровней, включающей всю сеть, зоны ЦКПС, зоны местонахождения и ячейки. 6. Система управления по п.2, отличающаяся тем, что средство для выдачи команд, касающихся пропускной способности ячейки, содержит средство для вычисления потерянных вызовов, вычисляющее для каждой ячейки коэффициент отказов на запрос канала относительно всех запросов канала, средство для сравнения, сравнивающее указанный коэффициент с некоторым заданным пороговым значением, средство для выдачи команды в случае превышения данным коэффициентом порогового значения. 7. Система управления по п.2 или 6, отличающаяся тем, что команда содержит требование увеличить пропускную способность ячейки посредством изменения критериев переноса связи. 8. Система управления по п.2 или 6, отличающаяся тем, что команда содержит требование ввести дополнительный приемопередающий блок для использования в данной ячейке. 9. Система управления по п.1 или 6, отличающаяся тем, что информация, полученная из файла СВ, используется для вычисления различных статистических данных. 10. Способ управления рабочей нагрузкой в сети подвижной связи, содержащей один или несколько центров коммутации подвижной связи (ЦКПС), базовые станции и их контроллеры, осуществляющие связь с ЦКПС, подвижных абонентов, осуществляющих связь с базовыми станциями для передачи и приема информации, заключающийся в том, что формируют в ЦКПС для оператора через заданные интервалы времени файл СВ, содержащий, по меньшей мере, поля с номером А, номером В, данными маршрута, данными оплаты, такими, как время начала и конца вызова и тарифные единицы, идентификатором ячейки, а также с данными потерянных вызовов, передают заданные поля в систему управления рабочей нагрузкой для дальнейшей обработки, суммируют поля идентификаторов каждой ячейки в базе данных для представления количества вызовов в определенной ячейке за конкретный интервал времени, отображают количество вызовов в иерархическом представлении, в которой высший уровень отображает всю сеть подвижной связи данного оператора, а низший уровень - ячейку. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что автоматически выдают ЦКПС команду, касающуюся пропускной способности ячейки, если рабочая нагрузка любой ячейки превосходит некоторое заданное значение. 12. Способ по п.10, отличающийся тем, что отображают напряженность трафика в графическом виде на дисплее, причем вся рабочая зона данного оператора представляется в виде изображения карты. 13. Способ по п.10, отличающийся тем, что напряженность трафика отображают в иерархическом представлении для ячейки, зоны местонахождения или зоны ЦКПС или нескольких зон ЦКПС.