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通信运营商早期的政企接入业务以少量的集团接入为主,客户对安全性要求较高,但业务接入数量较少,资源管理简单;随着这几年全业务接入的迅速推进,主要接入用户类型发生改变,家宽、中小政企客户接入数量急剧增加,给全业务基础资源的建设、维护、管理提出了更高的要求,因此需及时开启传输全业务基础网络微格化规划与优化,满足基础资源建设维护和管理需求。
【关键词】网络 传输 微格化
1 微格化规划内容
1.1 一般地区网络架构分析
1.1.1 全业务传输基础网络架构
全业务传输基础网络的三层结构:骨干层、汇聚层与接入层。光纤传输网和城域数据网在汇聚层以下的物理分离,汇聚层以上的波道区分。
1.1.2 全业务基础网络主要问题
(1)部分机房利用原有基站建设,存在着面积小、楼层高、租期短等诸多问题,给全业务基础网络安全与稳定带来隐患。
(2)机房选址条件限制,未完全达到非常理想覆盖和接入效果,造成部分机房覆盖范围过大,接入距离过远等问题,影响接入质量。
(3)因基础网络阶段性建设和业务发展不均衡性,存在较多的跨区接入业务,影响资源的合理利用率。
(4)部分主配光交采用双节点归属两个汇聚机房,近端满远端不能用。
(5)部分主配光交下挂多个辅配光交,主配光交成端满或辅配层落地纤芯少。
(6)因没有更进一步的底层收敛,所有业务都成端到主辅配光交,导致成端利用率高。
(7)因阶段性建设和业务发展不均衡性影响,跨区接入较多,导致早期的主干纤芯利用率高。
1.2 微格规划架构
1.2.1 传统传输基础网络架构向微格化传输基础网络架构转型
全业务基础网络规划的最小区块单元,也是用户业务需求的来源,是网络基础资源需求测算的依据。微格在规划区域内无缝覆盖,承载有多元信息,包含多种业务形态。
1.2.2 微格划分
根据业务形态不同,微格划分为7种:住宅小区、农居点、商务楼宇、政企楼宇、学校、聚类市场、开发区、待建空地。一般每一个业态类型区域划分为一个微格。
1.2.3 微格业务测算
(1)微格纤芯测算:考虑微格内用户数为σ,补偿系数为C;终期渗透率为S;分光比;分光器利用率为F;上行纤芯收敛比r;得出所需的主干光缆独享纤芯数量A。
(2)引入层光交:在各个微格内设置引入层光分配点进行接入光缆收敛:政企商务楼、沿街商铺考虑采用光纤分配箱,驻地网小区及农居点考虑采用小区光交。
(3) 主辅配光交:根据接入半径、纤芯容量、光交成端等条件因素限定设定主辅配光交覆盖范围x,y。综合考虑管道、业务需求等因素设定主配光交G的位置和容量。
(4)汇聚机房:根据用户密度、接入覆盖面积、运营维护成本、机房安全、管道资源等条件限定因素设定汇聚机房覆盖范围及汇聚机房位置。
(5)微格场景类型纤芯计算方式:住宅小区、农居点、综合市场A=S*σ*C/(64*F);政企类重要用户A=12*r;一般企事业网店A=6*r;学校大于1万人A=24*r;学校小于1万人A=12*r;大型商务楼宇A=24*r;中型商务楼宇A=12*r;小型商务楼宇A=6*r。
1.2.4 规划基本步骤
对全网的汇聚接入机房、主辅配层光交、光缆和管道等传输基础网络资源进行排查和梳理,以及区域内所有业态数据的排摸。构建微格平台,以微格信息数据为基础,从底层向上层推导。以微格用户数据、密集程度等为基础,划分微格类型。确定主辅配层光交覆盖范围、接入容量、数量,以及所需的上联主配层光缆芯纤数量。确定全业务汇聚区覆盖范围和全业务汇聚接入机房位置、数量,从而达到全面无缝隙覆盖。
1.2.5 平衡优化
平衡优化对全业务跨区域接入的情况,应通过割接、优化调整主辅配光交以及用户上联光缆到各自归属全业务接入区和规划主辅配光交节点内,提高业务接入反应能力。
制定基础资源预警原则,包含光交成端、主干纤芯、管道资源。
(1)光交成端:对光交成端占用率超过70%的光交,采用新设、扩容光交,释放主干纤芯的方式优化。
(2)主干纤芯:针对主干纤芯占用率超过70%的光交,采用新设、扩容光交,新放主干纤芯的方式优化。
(3)管道资源:对管孔占用率超80%的管道进行梳理,对同一路由的小芯数光缆,可以由光交放出大芯数光缆,在合适位置做接头,将小芯数光缆割至此接头,将剩余光缆拆除,由此对这些光缆进行收敛,从而腾出部分管孔资源。
2 总结
2.1 对全地区进行微格化划分
首次以用户数据、密集程度等为基础,划分7种微格类型:住宅小区、商务楼宇、开发区、专业商业街、聚类市场、学校、待建区域。
2.2 明确业务归属区域
合理布局全业务汇聚区、主辅配层光交区、引入层光配区,划分业务归属。汇聚层规划主要以覆盖距离及人口密度为主要制约因素,主辅配层规划主要以接入半径及纤芯容量为主要制约因素。引入层光配主要以收敛多个微格区业务为主,缩短接入距离降低主干管道利用率。
2.3 传输基础网络平衡优化,提升网络接入质量。
调整主辅配光交以及用户上联光缆到各自归属全业务接入区和规划主辅配光交节点内,从而减少用户接入距离。对于部分光交容量不足,在资源梳理后光交端子占有率在70%以上的光交节点,采用端子板扩容或光交扩容等优化手段来提高光交节点的接入能力。对于部分管孔占有率在80%以上的管道,采用光缆梳理来释放管孔资源达到提高管孔利用率的效果。
【关键词】移动通信;网络;优化;规划
0.引言
移动通信网络优化是指通过数据采集与测试手段,大体了解网络的运行状况,监测其存在的网络的问题,并采用相关手段进行调试和调整,使网络处在最佳的运行状态,并提高网络服务质量。而移动通信网络的规划主要是指无线基站的规划,通过数据和资料的收集,并借助以往的工程经验,并参照专家的专业指导性建议,最终形成移动通信网路规划的总方案和总实施路径。随着目前人们生活水平的提高以及信息技术的高速发展,人们对移动通信网络的服务质量提出了较高的要求,在此环境下,网络规划与网络要紧密结合,互相支撑互相补充,共同来解决移动通信网络出现的问题,更好的服务于大众。
1.移动通信网络规划中的优化
1.1网络覆盖优化
网络覆盖一般包括通信信号覆盖的广度和深度。广度一般是指水平方向上的覆盖面积,不管是市区、县城、发达地区、不发达地区、风景点等的全覆盖。网络覆盖广度的实现主要通过增加基站的数量来实现,在单个基站辐射面积一定的情况下,只有通过增加站点数量才能增加广度,另外可以辅助增加直放站的方法。而覆盖的深度主要是指室内以及地下空间的覆盖,例如多层墙体隔绝的室内,以及地下室、地下停车场等。由于现在的墙体基本上都是砖混结构,信号穿透墙体后会信号能量损失严重,容易出现信号覆盖盲区。要想解决这一问题可以在室外设置宏蜂窝,增强信号强度,另一方面在个别建筑内分布系统的直放站或微蜂窝式的基站来进行室内覆盖。
1.2网络容量优化
在移动通信网络故障中,比较常见的就是出现接入失败或者切换失败,其中频率资源紧缺以及硬件信道资源限制是其中最主要的原因之一。因此在网络规划初期,应该对网络的服务范围以及该范围内的用户数量作出较为理想的估算,这是为了防止出现阻塞现象最好方法。因此在移动通信网络规划的优化过程中,确定扇区的服务面积,借助先进的模拟预测软件进行相关路测工作,做出话务密度分布图,对服务区域内的话务容量进行解析与量化。在有些情况下,基站服务区划分并不是很合理,相同区域容易出现重叠覆盖,例如有的服务扇区过忙,而有的服务扇区过闲。针对这样的问题,可以改变基站信号的水平辐射角和方位角,或者改变发送功率以及调整时延参数和导频搜索窗参数等。在调整结束后,要及时进行路测工作,来检测服务区内的信号强度及覆盖情况,若调整结果不理想,根据实测数据再进行针对调整,直至网络服务容量满足要求。
1.3网络质量优化
GSM网络一般都是采用频率复用方式,该种方式的弊端是会出现同邻干扰,特别是网络结构不合理的时候,较为严重的后果是出现接入失败、切入失败以及掉话和高误码率。其实不光是GSM网络,CDMA网络也会存在同种问题。出现这些故障很大一部分原因是外界干扰了信号质量,特别是网络覆盖程度低的地区较易受干扰。另外还要注重内部设备的放置于安装,以免出现内部干扰。网络质量问题主要反映在通话质量,通话声音小,断断续续,突然掉话等现象都是网络质量差的现象,为了优化网络,提高网络质量可以同时协调上下行链路的信令控制通道和业务通道,另外可以加强MSC、BSC、BTS和移动台之间的相互配合作用。出现网络质量差的原因很多,对网络进行优化之前,应该充分对现有网络的覆盖情况,干扰情况,当地环境进行综合分析,最终确定主要限制因子。
2.移动通信网络优化中的规划
移动通信网络优化一般分为四个阶段,分别为:(1)调研与目标制定;(2)设计复核;(3)预优化;(4)开通后再优化。一般在网络优化的结果都会受到规划的限制,因此要想对移动通信网络进行较好的规划,就必须提前确定网络优化目标,便于后续工作的开展以及评定工作的进行。
移动通信网络的规划对最终网络的实际运行将来起到决定性的作用,在调研与目标确定后,要对现有的规划方案进行重新复核,对规划中不合理的情况要即使进行检测,再进行二次规划。在规划设计的后期还应该结合规划设计图纸,对设计的执行情况进行预测,并讨论施工阶段容易出现的设计变更,对网络优化结果产生的影响。如果发现工程施工将会严重影响移动通信网络的额性能时,要及时予以改正,对设备型号不匹配以及安装错误的地方,应该及时予以检查和排除。对于设计图纸出现的问题,应该向设计部门及时反映,进行重新设计与路测分析。在预优化以及开通后优化过程中,主要依靠测试仪器来发现存在的问题,出现问题时主要依靠调整设备运行参数、改变基站方位角与仰俯角或者搬迁基站等手段来解决。
3.小结
网络优化一般体现是在网络建成后进行局部的调整与优化,在整体网络设计方面网络规划还是起到关键性的作用。因此在项目初期,着重移动通信网络的规划,从大的方面把握好网络将来的服务功能、覆盖范围、网络质量以及容量等。在项目后期要着重进行网络后期的优化,针对具体的网络故障与问题提出解决方案。 [科]
【参考文献】
【关键词】 移动通信 网络优化与规划
导言:
如今各个运营商都将网络优化视为重点工作,提高自身网络质量使得自己竞争力也显著提高。在网络建设成本以及运行稳定性上,网络规划是一项重要工作,它决定了网络运行质量和移动通信网络建设。在世界各地,几乎所有移动运营商都十分重视网络优化与规划,并在其中投入大量财力、人力以及物力,将其作为自己的核心竞争力。我国的中国移动以及中国联通这两大行业巨头也同样将网络优化与规划作为通信设备招标过程中的重要测试项目。由此可见,移动通信网络优化与规划对于网络建设和运营有着重大价值。
一、2G网络的基本概述
1.1 2G网络的规划
在规划区域前期勘测工作中,需要针对地形、地貌与周边建筑物分布、交通发展、商业发展、周遭居民的消费等级等等方面进行详细分析考察,这样一来便可以计算出当前及未来这块区域潜在用户群数量。在考虑到该区域高层建筑以及高塔或其他高大建筑物分布情况下,再根据运营商提供服务等级来确定整个区域里主要话务分布以及布站策略,以及站点分布数目、站型配置、投资规模等都要纳入考虑范围。并且还要考虑到话务需求、传播整体环境、信号平衡等对于站点覆盖半径各种限制条件以及站点建设的成本等因素。
由于各个方面以及各种因素限制,网络规划依然是一个相对复杂的工程,在网络规划人员培训以及责任意识强化上要引起重视。网络规划不仅仅是一项技术上的问题,其中人员素质以及资金等都是问题。工作人员只有拥有高度责任意识以及丰富知识结构,才能充分认识网络规划重要性以及高回报能力。电波传播能力在网络规划中有着重要影响力,电波传播性能被用于校正电波传播模型以此预测运营商的通信站点覆盖半径,而预测覆盖半径准确率对于网络建设成本以及质量都是极其重要数据。
1.2 2GW络的优化
在2G网络建成初期,必将会出现一系列在前期规划与实际使用发展方面出现偏差和各类问题,例如:资源紧张忙区和资源过剩闲区出现、用户在同行过程中无线掉话、话音断断续续以及拥塞等等现象也将一同出现,若要解决这些不利的现象,保证业务的良性发展,那么就必须将网络优化问题视为一项长期工作重视起来。
二、3G网络的基本概述
在当今社会,3G网络技术已经在全球各地飞速的发展,在中国信息产业部也已经成功组织开展了3G网络实验。3G运营商对网络建设都有着相当重视,网络投资和网络质量都需要依靠前期网络规划作为基础,需要从用户利益角度出发,打造出高速、有效以及便捷的3G精品网络。首先3G网络又有良好的业务多样性,针对高负荷以及干扰方面也有着极强感知能力。所以,在对3G网络进行规划时运营商应将市场、容量、投资、覆盖以及网络规模等等各种因素考虑在内,要制定发展性计划来进行网络建设。为了做好3G网络规划设计,拥有更加丰富经验设备商这类合作伙伴可让运营商在涉足3G网络业务开始,便可以节省更多投资以及时间,可以更快更好地在运营中投入新3G网络业务,在市场中抢占先机。提高3G网络覆盖率、减少通信盲区、提升移动通话质量、提高数据服务的速率、以及减少掉话都是3G网络优化需要达到的目标。移动运营商也可以使用3G网络运营服务外包的模式,与拥有丰富经验的3G网络商以及设备商合作,设备商针对网络优化专业性保障了未来网络的安全性能、网络质量的高等级这些要求,运营商便可以将工作重心集中于业务的发展、提高自身的核心竞争力以及在市场上的经营能力方面,可以让效益在更短的时间内得到显著的提升。
但是,在竞争十分激烈的3G市场,新兴的运营商则缺乏相关经验,并且自身投资力度也不敌市场上的老牌运营商,若想要在3G市场占领到相当的地位,那么主要人力、物力都将投入与业务增长与用户增长等部分,而网络的运行、维护、优化和规划方面则更复杂且专业性强,恐怕将没有精力来维持。
结语:综上所述,移动通信运营商若要保证移动通信网络的质量以及自身业务效益,移动通信网络优化与规划是重中之重。2G网络与3G网络有着不同特点,需要针对其特点来进行一系列规划与优化策略,保证运营商不断提高自身核心竞争力,才能使得通信运营商拥有广大客户,并在市场有着不可替代的地位。
参 考 文 献
[1]张同须.当前移动通信网络的规划与优化探讨[J].电信工程技术与标准化,2011,06:1-5.
3G网络综合解决方案
TD-SCDMA、WCDMA等3G网络综合解决方案,包含了传播模型校正、网络预规划、站址勘查与选址、无线网络规划、网络预优化,以及后期网络优化等完整系列的过程;从点、线、面来规划与优化网络,使得网络建设与优化工期大大缩短。
传播模型校正获得了合适特定地理区域传播模型,为无线网络规划与优化提供了基础。
网络预规划,从覆盖、容量、质量三方面,初步估算出网络规模和投资成本。
站址勘查和选址,选出合适站址(包括根据现有2G站址获得3G站址),以及推荐出可用站址。
网络规划,从覆盖分析和容量仿真两个方面模拟出网络性能,输出公共信道和业务信道的覆盖预测结果、终端用户接入成功率、数据业务的吞吐量等。其中,将2G业务转换到3G网络中,是百林通信方案中的一大亮点。
网络预优化,快速自动优化天馈参数,获得小区个性化参数(如:P-CCPCH发射功率、机械下倾角、方位角、天线挂高)。
网络优化,基于路测、OMC-R等采集到出的现网数据,分析网络问题,针对频率、邻区、扰码等问题提出解决方案。对于城市主干道、高速公路、高速铁路等线性网络,百林通信开发出了特有的LO(LineOpting,线目标优化)工具软件,可加速线性网络优化。
针对不同通信标准,解决方案中使用不同的规划工具、优化工具。其中,NeST是百林通信的规划系列产品,Optimizer是百林通信的优化系列产品。比如对于TD-SCDMA网络,NeST支持“BBU+RRU”方案。
GSM网络优化方案
百林通信GSM网络优化方案,主要实现频率优化、邻区优化、切换优化等。基于现网路测、OMCR、Scanner数据、CQT、MS测量报告等数据,分析网络,发现网络问题,给出解决建议方案,在优化工具相关软件中模拟出建议方案效果,从而给出网络优化方案。
对于频率优化,百林通信提供局部优化和全网翻频优化,支持MRP多组复用模式、跳频优化、BSIC检测与优化等。频率优化时,使用业界领先的DFFN分频算法和步步推分频算法。DFFN算法考虑了网络空间结构、频点间隔、频率复用度以及邻区关系等多方面因素;步步推分频算法则是,结合了现有网络工程师频点优化经验,将工程经验转化成优化工具软件,快速提升优化速度。
关键词:高速铁路;移动通信;现网优化;虚拟专网
中图分类号:TN929 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2013)11-0111-03
1 概述
近年来,我国高速铁路建设飞速发展,已经开通了沪宁城际高铁、京津城际高铁、京宁高铁、武广高铁等多条高铁线路,高速铁路的运营时速普遍高于200km/h,部分高铁列车时速已经接近300km/h,未来建设的高速铁路时速有望超过350km/h。
高铁列车的开通和不断提速,方便了人民的出行,但是却对高速铁路移动通信的网络覆盖带来了挑战。由于高速铁路列车为全密封铝合金车体,穿透损耗大,降低了车厢内的覆盖效果,高铁列车运营时速快,接近或超过300km/h,多普勒频移和小区间频繁切换现象严重,影响了列车内的移动通信网络质量。
随着高铁不断建设和开通,国内三大运营商的移动通信网络都受到了严重挑战,都在积极规划和解决高速铁路网络覆盖问题,由于国内三大运营商各自运营的网络制式不同、频段不同,受到的影响程度也不相同,因此其各自制定的高铁移动通信覆盖解决方案也不相同。本文首先分析了高铁的开通对移动通信的影响,并在此基础上,结合各运营商的网络特点,提出了针对性的解决方案。
2 高速铁路对移动通信系统影响分析
高铁列车对于移动通信的影响,主要有两方面的
原因:
第一,车厢结构的变化:由于高铁列车车厢为铝合金结构,整体密封性能好,无线信号的穿透损耗增大,降低了车厢内无线信号的强度,从而使高铁列车的车厢内信号场强比普通列车低,网络覆盖质量变差。
第二,运行速度的提升:高铁列车的高速运行,带来的一个最直接的影响就是多普勒频移问题。多普勒频移是一个运动物体普遍存在的现象,由于普通列车一般运行时速为120km/h,速度相对较低,多普勒频移现象不严重。而在高铁环境下,列车运营时速接近300km/h,远高于普通列车,因此多普勒频移对高速铁路移动通信的影响更加严重。另外,移动通信单小区的覆盖范围相对固定,由于高铁列车运行速度的增加,必然会缩短列车在单小区内的停留时间,小区间切换次数增加。而切换时造成网络质量下降,尤其是掉话的重要原因。
2.1 多普勒频移
多普勒效应的产生主要是由于无线电波的波源或观察者相对于传播介质的运动而使观察者接收到波的频率发生变化的现象。由于移动台或者终端相对于基站的移动方向不同,多普勒频移的影响也不相同。
2.1.1 移动台(终端)向着基站的方向运动。假设移动台的移动速度为V,而基站的下行无线信号的发射频率为f1。由于多普勒效应的影响,移动台接收到的无线信号的频率为f2,移动台以f3向基站发射上行无线信号,基站收到的来自移动台的上行无线信号的频率为f4,则可以
得到:
2.1.2 移动台(终端)向远离基站的方向移动。参考上面的分析,同理可以得到如下公式:
国内规划、建设和运营中的高速铁路最高设计时速为350km,而现网运行的移动通信系统的系统芯片在设计的时候,一般都考虑了频偏的影响,采用了频率补偿算法,因此现有移动通信系统都具有一定频率偏移的容错能力。虽然在高速铁路环境下的多普勒频移现象对移动通信系统的影响较普通或者慢速移动环境下的影响严重,但整体影响并不严重,移动通信系统仍可以正常工作。
2.2 快衰落
国内运营开通的高速铁路列车,一般运营时速接近300km/h,最高的时速接近350km/h。对于主要工作在800M~2GHz之间的移动通信系统,其快衰落的衰落深度严重时可能达到20~40dB,这将严重影响网络覆盖。但是我们知道,在高速铁路覆盖的环境下,基站一般沿着铁路线覆盖,周边高大建筑物较少,因此移动台与基站间一般都存在着直射路径,故移动台收到的无线信号的电频主要受路径损耗影响较大,而受到由多径效应产生的快衰落影响较小。
2.3 车体穿透损耗
国内正在运营的高铁列车目前主要有四种类型,表2为不同型号的高铁列车的基本概况:
根据相关测试统计,CRH1型号的高铁列车穿透损耗为20~30dB,其他型号的高铁列车的车厢穿透损耗一般为10~15dB,由上述分析来看,CRH1型的高铁列车的车体穿透损耗最大,因此在制定覆盖方案需要充分考虑CRH1列车的覆盖要求,满足了CRH1列车的覆盖要求,也就满足了其他型号高铁列车的覆盖要求。
2.4 切换与重选
对于国内三大运营商现有的GSM、TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000四张移动通信网络,完成一次切换的时间(工程经验值)一次为3~5秒、1.5~3秒、0.8~3秒、0.3~5秒。故对于上述移动通信系统,移动成一次切换,要求两个基站间的覆盖重叠区域的长度不应该小于2×V×T/3600(km),其中V(km/h)为移动台的移动速度,T为系统完成一次切换所需时间。
根据上面的表格,不同的系统,由于切换所需的时间不同,因此切换带设置的距离也不相同,整体来说,GSM网络需要的切换时间最长,需要的切换带距离也最长,因此在实际高铁网络覆盖方案中GSM网络切换带的设置也是需要重点关注。
3 高速铁路覆盖解决方案
高铁列车高速运行对现有移动通信网络的无线覆盖在技术上提出了一定挑战,根据前面的分析,高速铁路列车的移动通信网络覆盖面临的各种问题主要是由于移动台高速移动,造成在多小区间的频繁切换;车体结构变化,车厢穿透损耗增大;列车快速移动,多普勒效应现象严重。针对上述问题,相关运营商主要采用了两种高铁覆盖解决方案:现网优化和虚拟专网。表4从覆盖指标、切换指标、容量指标、建设难度及优化难度等方面对以上两种建设方案进行了对比。
4 国内主要的高铁覆盖方案对比
4.1 虚拟专网方案
对于中国移动,经过多年的网络建设,其基站较密集,尤其在市区,存在同一覆盖区内多小区重复覆盖的现象,尤其在市区的铁路沿线附近,信号复杂,采用现网优化方案,网络优化难度大,同时对铁路沿线的基站进行大量优化调整,必将影响原有的大网覆盖,带来大网的网络质量下降。因此中国移动在高铁覆盖方案选择时,多选择建设专网方式。对于采用专网建设方式,主要考虑以下四项关键技术。
4.1.1 网络带状覆盖。由于高铁列车在行使过程中频繁跨越不同小区,切换频繁,有可能会造成掉话等网络问题,影响网络质量。一方面,为减少移动台在高铁列车行驶过程中的切换次数,需要在高速铁路沿线建设以专门覆盖铁路为目的的带状虚拟带状网络,通过对带状网络的各个小区的位置、天线方向角等参数的调整,可以使高速铁路上的移动台首选在这个虚拟专网内部小区之间切换,而不在附近的大网内小区间切换,这样可以降低切换的次数,降低了掉话率;另一方面,由于专网内的各个小区的位置和间距是通过链路预算获得,这样可以在保证覆盖和小区间的切换重叠区域要求的前提下,使切换次数达到最小,从而提高网络质量。
另外随着技术和移动通信设备的发展,基站的形态也发生了根本的变化,现在主流的基站形态为BBU+RRU方式。在这种基站形态下,可以采用多RRU共小区技术,从而使几个RRU的覆盖区变成一个小区,移动台在这几个RRU之间移动,不发生切换,这样可以使移动台在十几公里的范围内,不发生切换,从而大大降低了切换次数,带来了网络质量的提升。
4.1.2 多普勒频移的抑制方法。多普勒频移主要与移动速度有关,因此我们可以减小列车相对与基站的移动速度,来降低多普勒频移的影响。降低移动台的相对移动速度,可以通过拉大基站与铁路之间的间距来减小移动台相对于基站的移动速度,但是由于基站和移动台的发射功率有限,其网络覆盖半径也有限,基站与铁路之间的距离越远,网络覆盖效果越差,因此不能简单地通过拉大基站与铁路之间的距离以降低移动台的相对移动速度,以免影响基站对铁路的覆盖效果。基于上述分析,在站点资源允许的情况下,建议高铁覆盖基站与铁路之间的垂直距离在100~300m之间。
4.1.3 高增益天线的采用,增加基站的有效覆盖范围。一方面,在基站的发射功率一定的前提下,采用高增益天线,天线的水平波瓣角变小,使无线信号的能量在某一方向上集中,从而使这一方向的基站有效覆盖范围增加;另一方面,较小的水平波瓣角小,也可以很好地控制专网小区信号外泄,降低对周边大网的影响。
4.1.4 采用功分器,避免基站内部小区间切换。根据上述的分析,影响高铁环境下移动通信网络质量的主要原因是频繁切换问题。在现网,一般一个基站有多个小区,而在同一基站的多个小区间,重叠覆盖区小,无法保证高铁列车快速运行,对切换区域距离的要求。因此在工程建设中,可以引入功分器这一器件,把一个小区的信号利用功分器平均分成两部分,用两幅天线辐射出去,这样一个小区变成两个扇区,而这两个扇区的信号来自一个小区,在它们之间不存在切换问题,从而解决了同一基站不同小区间的切换距离不够可能造成掉话的问题。
4.2 现网优化方案
对于中国电信和中国联通,由于自身的网络特点和投资特点,其在高铁网络覆盖方案选择上,多采用现网优化方案。
现网优化建设方案,考虑重点考虑以下五个关键技术:天线调整、波束宽度调整、功率调整、主覆盖小区梳理、切换/重选参数优化。
4.2.1 天线调整。天线调整是覆盖优化最优先考虑的方法,同时也是最有效的方法。在高铁沿线基站进行天线调整时,主要进行天线的方向角和下倾角调整,调整方向角的目的是为了使高铁覆盖基站小区的主瓣方向沿着铁路覆盖,提高铁路覆盖效果。在高铁沿线的基站覆盖中,应尽量减小下倾角的设置度数,以提高单站的覆盖范围。
4.2.2 波束宽度调整。结合基站的位置,小区天线覆盖方向,针对个别路段信号覆盖仍较弱,但又无法通过天线调整来解决的,可以通过调整天线波束宽度来加强信号覆盖。天线的波束宽度一般有四种取值:30、65、90、120。从取值我们可以看出来,波束宽度取值越小,能量可以更集中在铁路覆盖沿线,可以有效提高铁路沿线的覆盖效果。
4.2.3 功率调整。覆盖的优化除了调整天线和波束宽度调整之外,还可以调整小区的发射功率。功率设置过高,虽然可以提高小区的覆盖范围,但是可能会造成邻近的小区的干扰;设置过小,虽然可以降低干扰,但是影响覆盖,会造成部分区域存在弱覆盖的问题,所以在进行功率调整时,需结合现场详细的测试,进行综合考虑。
4.2.4 主覆盖小区梳理。切换是造成网络质量下降的一个重要因素,所以在满足覆盖的前提下,可以通过手天线调整、降功率、切换参数设置,甚至是删除邻区关系等手段,尽量将高铁沿线的某些非必要的小区剔除出高铁覆盖区,从而达到高铁沿线有明确的主覆盖小区,减少乒乓效应的发生次数。
4.2.5 切换/重选参数优化。切换、重选慢导致小区边界信号强度偏弱问题,可进行小区合并、调整切换迟滞、切换时延、加大小区偏置、迟滞、重选延迟等参数来解决。
乒乓切换问题,在车速很快的情况下,信号强度变化也快,乒乓切换往往会造成切换不及时而导致弱信号掉话。优化的手段有FR优化和切换参数优化两种,FR优化是优先考虑的方法,但天线调整往往比较费时,所以有时也可考虑通过参数优化来达到抑制乒乓切换的效果。
5 结语
随着中国高速铁路的不断提速,为移动通信的高铁覆盖带来了新的挑战,造成了网络质量的下降,严重影响了用户的感知,因此为了应对高铁的开通运营对移动通信网络质量的影响,需要研究和制动高速环境下的通信网络建设方案,改善高速列车上的通信质量,满足人们通信的需求,树立移动运营商的良好形象。
参考文献
关键词:移动通信;3G技术;WCDMA网络;规划;优化
移动通信技术作为一种开启信息交流新时代的重要现代科技,在社会发展以及市场需求的不断推动下得到了多次的更新换代。目前第三代移动通信技术已经被研发应用,并且应用技术已经相对较为成熟,应用领域也较为广泛,成为世界各国移动通信的主流发展方向,我国自然也不例外。相比较而言,我国在第三代移动通信网络技术的研发应用方面与西方先进国家还是有一定差距的,为了缩短这一差距,我国的移动通信运营商也在不断提高自身科研水平,来推动自身进入3G时代,并尽可能的优化网络技术,以提高3G技术水平,促进4G技术发展。
1 当前我国的移动通信技术发展现状
当前我国的计算机网络技术已经发展到了一个新的阶段,同时我国移动通信技术在这一过程中也得到了非常好的发展,这一发展模式也在很大程度上促进了相关信息的交流和共享。在我国的移动通信领域,3G技术也正在改变着人们的生活和交流方式,中国联通的3G技术是借鉴了欧洲的技术进行开发的,而移动的3G技术是依靠自身的科研去研发的,所以二者比较起来,显然前者的稳定性更强,也更成熟。但是后者的成本更低,同时技术在应用的过程中也更加的灵活,辐射也更低,所以二者是各有优势的,二者共同促进了我国通信行业的健康发展。
2 WCDMA网络的前期规划
2.1 地址的科学选择与确定。通常情况下,当前所构件的移动通信网络都是按照现有的标准来执行的,但是随着其发展的水平不断的提高,在后期的发展中是按照运行的实际需求来建设相应的信号点的。因为当前地址选择的目标灵活性有了非常显著地提升,因此在选择网络建设地址的时候,俯仰角和天线的类型通常会按照网络覆盖的要求对其进行控制。
在工程建设的过程中,通常都是从网络覆盖的点线面层次对WCDMA网络基站选择的实际目的去分析的。所以在选择地址的时候,首先要确定建设的实际需要,之后就确定了地址的具置。在实际的工作中,我们应该根据新建基站的地质来选择与之相对应的标准,所设计的内容和周围应该具备的环境也应该予以十分详细的说明。无线参数的设置和俯仰角等都要充分的纳入到考虑当中,同时还要按照上文当中所描述的要求和原则去勘察基站的位置,对基站的施工进行有效的管理,这样才能更加切实的保证地质选择的科学性和合理性。
2.2 天线的科学选择与确定。由于不同天线的辐射场型、性能指标存在着较大的差异,在选择天线时应该依照实际的需求情况和信号辐射要求来合理选择和确定天线的类型;同时,外界因素对天线的性能也会产生不同程度的影响,降低其增益,缩小其覆盖范围。所以,天线的选择不仅需要考虑自己的性能指标和信号辐射范围,也需要考虑天线本身的抗外界影响的能力。另外,对于山区、公路、乡镇等不同地址应该选择不同的天线类型使其取得良好的覆盖效果。
2.3 联通WCDMA网络前期规划的其它重点
2.3.1 联通WCDMA网络属于覆盖受限系统,它的系统容量和覆盖范围具有非常紧密的联系。具体而言,联通WCDMA网络的用户规模以及全部小区使用的比特率直接决定了它的覆盖门限。用户规模、业务类型均直接影响着联通WCDMA网络的覆盖区域,在同一个小区里面,覆盖范围不同,则它们的网络服务质量也存在着差异。
2.3.2 干扰控制。因为联通WCDMA网络属于自干扰系统,所以干扰受限使得系统的干扰控制发挥着至关重要的作用。在规划阶段,建议采用“整体规划、分段实施”的策略,即进行科学合理地预测,而后根据预测结果来分阶段进行网络的建设。
2.3.3 认真分析联通WCDMA网络的上行和下行链路。联通WCDMA网络属于非对称上下行链路网络,其中,它的上行网络宽带要求要小于下行网络宽带要求,需要依照不同类型的业务要求来认真分析联通WCDMA网络的上行和下行链路。
2.3.4 合理控制联通WCDMA网络的软切换区域。对于联通WCDMA网络而言,软切换的优势和劣势均表现得十分明显,必须要根据实际需要来对软切换区域进行合理控制,力求能够在最大程度上发挥软切换的积极作用。
3 WCDMA网络的后期优化
在第三代移动通信网络技术的发展中,要求网络工程不单单是要做好规划工作,更要结合网络的实际运营需求来进行后期网络优化,以更好的满足通信市场需求。若只重规划而忽视了优化,就会使得移动通信网络业务质量严重下降,给用户的正常通信造成极大影响。特别是在城市,一方面移动通信发展较快,各种无线网络设备密集,致使网络中同频干扰、邻道干扰以及其他无线设备带来的干扰上升,使通信质量下降;另一方面,用户数量的不断增多,又使城区某些区域信道严重不足,经常出现用户忙无法呼出的现象。而在城区建设新的基站选址困难,这些问题只有通过网络优化,挖掘现有网络潜力、合理配置资源、适当调整参数,才能使网络发挥最大效益。
网络优化工作是在系统正常运行状态下对系统的一个全范围的调整,因此在优化实施前应对系统现有状况作一个全面的了解。系统调查的主要内容有基站话务数据分析、话音质量测试、用户申告、小区无线参数等,并建立各种必要的数据资料库。数据资料库应包括原设计文件中的数据和调查所得到的当前运行时使用的数据。汇总用户申告、电测、小区数据、运行数据情况,进行综合分析。以话务统计分析为例,分析话统指标时,要先看RNC整体性能测量指标,掌握了网络运行的整体情况后,再有针对性地分析扇区载频性能统计。分析时一般采取过滤法,先找出指标明显异常的小区分析,此时很可能是版本、硬件、传输、天馈或者数据出了问题导致的异常,可以结合告警首先从这几个方面检查。如无明显异常,根据指标将各扇区载频进行统计分类,可整理出各重点指标较差小区列表,以便分类分析。
结束语
综上所述,在我国的移动通信技术发展进程中,若要在4G时代下实现较好的移动通信网络,不仅仅只需要做好网络的前期规划工作,还需要对网络工程进行后期优化。为了能够促进我国4G技术的进一步发展,还需要我们不断提高研发水平,只有专业的网络规划、优化知识技能以及自身的行业经验才可以帮助网络科学地规划其发展路径,打造高质量的通信网络。
参考文献
1概述
随着计算机网络的飞速发展,带动了信息产业的提升;在巨大的信息产业面前,网络建设的势头也是急剧增加;作为培育人才的摇篮,校园网络的建设和发展,逐渐被人们所重视;目前我国的校园网络建设尚存在应用层次比较差的特点;而基于校园网络的可靠性、安全性、适用性的矛盾也日益突出。如何利用现有资源,保障校园网络改造、扩充网络应用水平,以实现校园网络飞速发展,是摆在校园网络建设者面前重要问题和挑战。
2网络方案设计建设原则
2.1方案设计原则
校园网络系统由软件、硬件两个部分组成。软件部分包括应用软件和系统软件。Internet应用、规模化教学管理、办公管理系统是应用软件部分;系统软件主要是服务器操作系统、工作站操作系统、网络设备上的操作系统、网络管理系统以及安全系统。硬件部分主要由网络布线系统、网络设备、主机(服务器)系统以及各种外设组成。
2.2方案建设原则
2.2.1网络规模。规模决定应用的大小,校园网络要实现与相关横向的网站互联、实现Internet的互联、还要实现国际网络的通信流畅,能够快速搜索国内外最新学术信息,并在使用功能上能够辅助课堂和实践教学的作用。为学院各部门的信息交流和资源共享提供保证;并保证网络高性能、可扩展。
2.2.2网络业务。电子邮件功能及OA;电子图书馆;讨论和交流功能;视频点播;无线网络;宽带上网。
3网络方案技术选择
3.1方案技术选择前提
校区网络建设应该以应用为核心,在设计中充分考虑到教育管理、教学和专业性质的教学要求,并且网络技术上应该具有一定的先进性,同时还要为以后的扩展留有一定的空间。以太网技术是现在最富有弹性的网络技术之一,从校园网的要求来看,使用以太网技术是最佳选择。
3.2方案技术选择要求
一是网络的可靠性;二是网络的速度反应性;三是完整维护性;四是安全性;五是可控管理性;六是符合发展趋势性。
4网络设计实施
4.1.1网络拓扑总体设计
石家庄邮电学院园区的网络点主要分布在办公大楼(145个信息点)、教学楼六栋(160个信息点)、图书馆(90个信息点)、实验楼电脑室(共两间,分别62个和64个点)、教师宿舍(70个信息点),学生宿舍(六栋楼,共约384个信息点),饭堂(5个信息点),体育馆(10个信息点),实验楼的部分实验室(15个信息点)。
拓扑总体设计:
4.1.2IP及VLAN方案
4.1.3Internet接入方案
(1)Internet接入规划:校区网络出口为双路千兆光纤接入,在成本允许的情况下,采用双路固定公网IP的方式接入骨干网;设置权限同时采用有线加无线方式在校区布置内网。
(2)Internet接入方式:校园网与骨干网通过固定IP方式,采用光纤接入,在校园网入口处,添加安全防火墙;网络内部用户,在使用校园网的时候,可以通过多终端进行接入。
4.1.4网络管理及安全
(1)网络管理模式
校园网管理模式主要分为两个方面,用户管理和设备管理。用户管理的内容:校园网络的用户分为多种,多数是学生,剩下部分有教师;用户管理在大体上可以分为:流量统计、行为分析、访问控制三方面。设备管理内容:数据网络是光纤和双绞线通过综合布线的方式把各式各样的设备连接起来的,网络渗透到校园的各个角落。
(2)网络流量统计方案
网络流量统计方案,现在惯常做法是使用服务器和直接使用路由器两种操作手法;服务器有日志功能,读取即可;路由器则可通过采集数据和分析手段来实现。
(3)安全方案
安全问题最大的防范手段就是安全管理能够彻底被执行,所以安全方案的实施,必须在技术上保证安全管理的可实施性。一是网络分段技术;二是交换式集线器到桌面技术;三是虚拟局域网(VLAN)划分技术。
4.1.5设备选型及依据
校园网中主要的设备是路由器和交换机一是选择交换机时,应选择在国内市场上有相当的份额,具有高性能、高可靠性、高安全性、高可扩展性、高可维护性的产品,以及良好的售后服务。二是选择路由器时,采用成熟的、经实践证明其实用性技术的产品。
4.2网络安装与维护
校园网络规划设计实施完成以后,尔后最大的问题就是网络就是网络的安装和维护问题;安装维护有几个点必须要把握好,一是系统的集成方案问题,这要在安装之前彻底进行考证和分析;二是基础建设是否给予支持,基础建设内容包括布线、设备性能以及实施的平台环境等因素;三是对应用软件的测评工作;四是安装后的维护管理功能方面,主要是针对于校园网的特殊性,而采取的网络管理是否能到位问题的纠错工作。
结语
校园网络的建设是大势所趋,信息化的硬件设施是每一个高校必备的物质保证,只有将校园网络规划设计好,那么,校园网络才能发挥更好的作用,也才能完成为社会未来发展培育人才的伟大任务。
关键词: 农村有线电视网络 规划 设计 机房 干线 分配网
中图分类号: TN91文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 04-047-02
1 前言
随着农村经济的不断发展,广大农民朋友在物质生活水平不断提高的同时也对精神生活产生更高的需求,为适应这一需求,也为增加公司效益,各网络公司也都加大了农村网络的扩建和投资。在此,根据我个人的工作经验,从机房的建设、干线路由的建设和分配网络的建设三方面来具体谈谈农村有线电视网络的规划与设计。
2 机房的建设
2.1 机房的选址
机房的位置应位于所要覆盖自然村的中心位置,机房距离最远自然村最大距离不能超过10KM(图1),这样不仅方便网络的施工和维护,还有利于将来双向网络改造和增容。通常出于安全和用电等各方面的因素的考虑,机房都设立在乡(镇)政府内,这样的话不但安全,而且用电也比较正常。如果条件不允许的话也可以将机房设在学校或民房内。将机房设在乡(镇)政府所在地的还有一个好处是:这些地方一般情况下人口都比较集中,而且经济状况相对于其它地方来说也更为发达,入户率相应就比较高,这样的话不仅便于前期用户的发展和资金回收,同时也能起到很好的宣传作用。
图1机房位置选定示意图
2.2机房的建设
首先:机房的大小要根据实际需要来定,并不是说越大越好,太大的话,会增加很多没必要的投入;太小的话,影响将来其他业务的开展;因此,必须有个科学合理的规划才行。其次:机房在建设过程中,要根据实际需要敷设用电线路,要有独立的接地系统,对门窗该加固的一定要加固,必须做到防火、防盗、防雷同时还要防鼠。最后:要对周边的供电情况进行调查,如有必要可在机房增加UPS电源。
2.3 注意事项
机房是整个网络的核心,因此必须做好“防火、防盗和防雷”工作,因为无论哪一样对机房造成的破坏都是很严重的。我们必须定期对各无人值守的机房进行检查,在条件允许的情况下,可以在机房安置远程监控系统,从而将各种安全隐患消灭在萌芽状态,以确保各项工作都万无一失。
3 干线路由的建设
3.1 杆路的选择
干线路由一般都采用自建杆路,虽说这样前期投资较大,但是避免了借用其它杆路而带来各种纠纷与安全隐患。由于电信的杆路已经基本实现村村通,并且规划也比较科学;因此,在我们的杆路建设过程中可以以电信杆路为参考,这样可以节省大量的勘测费用和时间;当然,我们还要根据自身的实际情况而定,不能一概照搬。
3.2 干线光缆的确定
首先要对整个乡镇进行整体规划,这是一个比较重要的过程,因为它直接决定了将来网络的规模和投入资金的多少。因此,必须对各村的整体情况要有比较全面地了解,在规划的过程当中确定好各村的光节点位置与数量。通常每个光节点预留2芯光缆,将沿路各光节点集中起来统一起来从而确定的主缆芯数(详见图2)。
图2 干线光缆分布示意图
3.3 注意事项
新建杆路在规划的过程中尽量规划在视野开阔地带,这样不仅方便施工和维护,而且对盗窃光电缆的犯罪分子有一定的威慑作用;同时还要做好宣传工作,并且在光缆上悬挂明显的警示标志,这样可以在很大程度上保证光缆干线的安全。
4 分配网络的建设
4.1 杆路的选择
由于农村地广户稀,如果都采用自建杆路的话,往往投资成本都很高,与相对较低的入户率相比,这将会是一个很大的包袱,有时甚至会出现新建杆总数比接入用户数还多现象;因此,对于农村网络的敷设而言,杆路的选择至关重要。我个人的经验是:与村上和供电局协商,给对方一定的优惠条件,从而利用已有的电力杆路架设村内的分配网络。
4.2 分配网的设计
由于现在城区已经开始实施双向网络建设,因此分配网采用860MHZ系统设计,先只满足单向的有线电视模拟信号,兼顾以后传输单向的有线电视数字信号和将来的双向传输。分配网通常采用星型拓扑结构,但是由于受到地理环境等各方面的影响,要想完全采用星型结构通常是很难实现的,所以大部分的农村网络都采用星树结合的拓扑结构,但要坚持以星型拓扑结构为主。考虑到农村用户比较分散的特点,根据用户的分散程度,通常采用300-500户为一光节点,有条件的话可以将每个光节点的覆盖范围控制在300户以内(见图3)。如此一来,干线距离就不会很长,一般情况下放大器的级联不会超过三级,干线部分我们就可以采用价格相对便宜的75-9电缆,同时干线部分只占用较少的性能指标,从而可以将节省下来的指标留给用户放大部分(这部分我们可以用价钱比较低廉的国产模块放大器件),下线部分采用75-7电缆,并且只在有用户的地方作下线,这样不仅能够节省材料而且可以有效的防止用户私拉乱接;如果整条街道都没有用户的话,可以暂时考虑不布网,这样不仅可以节省资源(材料和用电),而且可以避免因盗窃和损坏而造成的损失。
图3 分配网施工图
4.3 供电系统
供电方面我们采用60V集中供电形式,这样的好处有2点,首先:供电器的安装位置比较灵活,我们可以为供电器选择一个安全、可靠的接入点;其次:在设备的安装,调试过程中更加方便、安全,并且便于维护和管理;最后:末级放大器之后的电缆和分支器都不需要过电,因此,分支器建议采用普通室内型分支器,分支器与电缆连接建议采用普通F头,再加防水盒保护,这样很大程度上减少布网成本(见表1)。由于电流在主干电缆中传输,这就要求我们在施工过程中每一个接头都必须科学规范并做好防水处理,这样才能保证网络安全运行。
表1两种连接方式成本对比表
注:分支器型号为4分支,价格参照咸阳广电网络采购价。
3.4 注意事项
当村内网络敷设在电力杆路上时,一点要做好安全防范工作,在与电力线交叉或距离过近的位置增加防电护套,同时做好接地工作,并且在电力杆末端位置增加拉锚;当村子在公路两侧,尤其是在省干、市干线路两侧时,应尽量减少跨路线缆的次数,以减少可能存在的安全隐患;在分支分配器的空余口应增加75欧姆的终端负载,以免出现信号泄露和形成干扰。
5 总结
以上几点,是本人在实际工作中的经验之谈,限于本人能力有限,难免出现不足之处。规划设计工作有其自身的多样性及地域性特点,必须因地制宜、科学规划设计,才能建设出适合自身发展需要的有线电视网络。
参考文献:
【关键词】有线电视网络;FTTH;宽带光纤;接入系统;设计规划
引言
随着社会经济的发展,有线电视网络的重要性愈加显著,为了满足用户对带宽的需求,宽带光线接入技术得到了人们高度关注,其关键点便是下移光节点,使其靠近用户。FTTH作为有线电视网络的重要发展趋势,探讨其接入系统设计与规划是必要的。
一、FTTH的概况
FTTH主要是指光线到户,即:在用户住宅或企业中安装ONU光网络单元,它是光纤入网系列中较近用户的类型,但其未能满足广大用户的需求,随之出现了FTTH,其优势显著,一是,保证了带宽,二是,增强了网络对数据的透明度,三是,减少了对供电、环境等要求,四是,简化了接入维护与安装。在建设FTTH过程中,其基础为无源光网络PON,虽然EPON与GPON网络结构一致,但技术各异,经学者研究显示,与EPON相比,GPON拥有更为良好的网络性能,主要是因其采用了光层指标,同时其封装使用了GEN,进而满足了对TDM业务支持的QoS需求,使其拥有了较好的表现及良好的语言效果。经对比分析可知,二者有着相同的网络传输距离,均支持1:64的分光比;此外,GPON对物理器件有着严格的要求,而EPON相对宽松。总之,两个系统均存在优点与不足,本研究选用了EPON系统[1]。
二、有线电视网络FTTH宽带光纤接入系统的设计与规划
有线电视网络FTTH宽带光线接入过程中应对各影响因素给予全面与综合考虑,包括性价比、产业链等,在此基础上,本研究使用了“两纤三波”接入,具体为:有线电视广播信号、宽带双向信号均以1芯光线承载,同时借助了EPON技术。具体设计规划如下:有线电视网络FTTH宽带光纤接入系统基础为“两纤三波”与EPON技术,具体组成拥有ODN光分配网络、ONT光网络终端及OLT光线路终端,其中OLT主要是依照既有的格式汇聚不同业务信号,此后经ODN传输,使其到达ONT,再结合业务类型,汇聚源于ONT的信号,并对其进行转发,最终达到各业务网。ODN有效连接了OLT和ONT,保证了光传输的实现,而ONT的功能主要有为用户提供语言、数据等[2]。关于EPON的可用带宽,以单个EPON为例,其可用带宽应满足以下条件:标准EPON:1G的使用YD/t1475,10G的使用IEEE802.3av;下行线路速率,1G与10G分别采用1250Mbit/s与10312.5Mbit/s;下行可用带宽:1G与10G分别为950Mbit/s与8300Mbit/s。关于业务模型,系统中常见的业务有标清电视、标清点播,高清电视、高清点播及Internet接入等,其下行业务所需带宽分别为3M/每路、3M/每路、12M/每路、12M/每路、4M/每路,所占带宽分别为300M、0.5M×n、200M、2M×n、2M×n,其中标清点播、高清点播及Internet接入均存在一定的业务渗透率,分别为1/3、1/3与1/2。经计算可知,每个EPON接口的FTTH用户容纳量应在1718左右。在设计规划过程中应考虑以下因素,第一,工作波长,IG-EPON的上下行波长可选用1310nm与1490nm,而I0G-EPON存在两种情况,一种为非对称模式,则使用1310nm、1577nm,另一种为对称模式,则要采用12700nm、1577nm。第二,传输距离,设计时应对各影响因素给予关注,具体有OLT与ONT参考点见的最大通道插入损耗、二者光链路中各级光分路器的总插损、每个光连接器的插损、每条光链路上的连接器个数、最长光链路长度及光纤衰减系数等。以最大通道插入损耗为例,1G-EPON的1000BASE-PX20+光模块最大值应为28dB,I0G-EPON的PR30光模块应为29dB;通常,每个广连接器的插损值应为0.5dB;1270nm、1310nm波长的光纤衰减系数为0.38dB/km,1490nm、1577nm应分别为0.26dB/km与0.25dB/km[3]。
三、总结
综上所述,在有线电视网络发展过程中,其最为重要的趋势之一便是光线到户,在先进技术支持下,通过FTTH宽带光线接入,由原有的铜线网络媒介转变到了光纤网络媒介,为了促进有线电视网络发展,本文分析了宽带光线接入系统的设计规划,旨在为光线到户实践提供理论支持。
参考文献
[1]朱冬旭.有线电视网络FTTH宽带光纤接入系统的设计与规划探析[J].科技传播,2014,17:226+134.
[2]凌明伟,李远东.有线电视网FTTH宽带接入系统规划设计要点探讨[J].中国有线电视,2013,02:137-139.
作者简介:(1978-),男,安徽滁州人,讲师,硕士,主要研究方向:无线传感器网络、智能计算; 崔逊学(1969-),男,安徽桐城人,副教授,博士,主要研究方向:无线传感器网络、网络优化; 陈桂林(1965-),男,安徽天长人,教授,主要研究方向:虚拟化与普适计算、分布式计算。
文章编号:1001-9081(2011)07-1924-04doi:10.3724/SP.J.1087.2011.01924
(1.滁州学院 计算机科学与技术系,安徽 滁州 239012; 2.炮兵学院 二系,合肥 230031)
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摘 要:大规模传感器网络中常见路由算法耗能严重,不利于网络生命期最大化。在抽象出传感器网络移动路由模型的基础上,将移动路由归结为一个优化问题。为了优化移动路由,结合混沌搜索的全局空间能力和模拟退火算法的快速寻优能力,设计了一种具有记忆功能和多种邻域搜索方法的混沌模拟退火算法。理论分析和模拟实验表明,随着传感器网络规模增大,算法在优化结果、收敛速度及时间效率方面均优于遗传算法和粒子群算法,明显延长了网络的生命期。
关键词:无线传感器网络;路由优化算法;移动;模拟退火;混沌;数据融合
中图分类号:TP393.07文献标志码:A
Mobile Agent-based routing optimization algorithm in
large-scale wireless sensor networks
ZHOU Qiang1, CUI Xun-xue2, CHEN Gui-lin1
(1.Department of Computer Science and Technology, Chuzhou University, Chuzhou Anhui 239012, China;
2.The Second Department, Artillery Academy of PLA, Hefei Anhui 230031, China)
Abstract: The common routing algorithms tremendously dissipate energy in large-scale wireless sensor networks, which goes against the maximization of the network lifetime. A routing model about mobile Agent in sensor networks was drawn out, and then an optimization problem of mobile Agent static route was derived. A chaotic simulated annealing with memory ability and various neighborhood search methods were proposed to optimize the route of mobile Agent in large-scale sensor network. The theoretical analysis and experimental results show that the proposed algorithm is superior to other intelligent algorithms in terms of the solutions, the convergence speed, and the computation time. It proves that the proposed approach has obviously prolonged the network lifetime.
Key words: Wireless Sensor Network (WSN); routing optimization algorithm; mobile Agent; simulated annealing; chaos; data fusion
0 引言
无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是连接数字世界与物理世界的桥梁,实现对物理世界的信息获取和处理。数字物理系统又称物联网,是数字世界与物理世界交互的网络系统。传感器作为物联网采集信息的终端工具,体现物联网人和物之间相融互动的精髓[1]。
传感器网络是由大量随机分布在某一地理区域的传感器节点组成,节点通常使用电池供电。节点测量的数据可看做有一定结构的分布式数据源,这些数据源通过通信接口以无线多跳的方式传送到sink节点。目前硬件技术的局限使得传感器的通信带宽有限,电池能量不足,失效率较高。因此,通常需要部署上千个传感器来组建传感器网络,意图通过冗余来克服传感器硬件上的局限,然而,有限的能量和通信带宽难以传输大量的传感数据,如何有效地融合传感数据以减少网络通信量一直是传感器网络研究的重要课题[2]。
在实际应用环境中,使用数据融合技术能够合并多个数据源产生的数据,去除冗余信息,减少网络中的数据传输量,从而达到节省传感器节点能量、延长WSN生命期的目的。文献[3]提出的低功耗自适应分簇(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)分簇路由策略让簇内节点把数据发送至簇头,然后由簇头对汇总的数据进行数据融合,再通过多跳方式发送给sink节点以节省能量;文献[4-5]采用分布式的数据融合技术,将各个节点的传感数据按一定的路由协议直接发送到sink节点进行数据融合处理,得到较为可靠的综合信息。这些方法虽然节省了一定的系统能耗,但仍然存在网络延迟、能量消耗大、带来安全隐患和自适应能力较差等问题,特别是当WSN的规模非常大时,节点数量可能达到成千上万个,例如森林监测[6-7]、活火山活动情况的监控等。即使中间节点采用了数据融合技术,但末端的传感器节点仍会向网络中传递大量的监控数据,极度消耗无人职守区域宝贵的网络资源。
针对以上问题,本文提出一种基于移动的路由优化算法,使用一种具有记忆功能和多种邻域搜索方法的混沌模拟退火算法(Chaotic Simulated Annealing, CSA)优化大规模WSN移动的路由,和其他优化算法相比,该算法具有较好的优化结果和收敛速度,较少的运算时间,实现了减少网络耗能和延时,延长网络生命周期的目的。
关键词:无线传感器网络;分区;非均匀分簇;最小生成树;生命周期
中图分类号: TP393
文献标志码:A
0引言
近年来,物联网因其巨大的应用前景已成为各国政府、学术界和工业界极度重视的研究热点。无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是由部署在监测区域内大量传感器节点相互通信形成的多跳自组织网络,是物联网底层网络的重要技术形式。目前大规模无线感知网络在军事、智能交通、环境监测、地震冰灾和现代农业等领域的应用需求非常迫切[1],而如何有效解决能耗问题[2],提高网络生命周期一直是其核心研究问题[3]。
现有的物联网中无线感知网络的规模一般都较小,节点数目大多在几十到几百个。而在大规模的监测系统应用背景下,为获取精准的监测数据,通常需在监测范围内布置大量的传感器节点来采集数据,呈现出分布范围广、规模大、数量多且密度不均匀等特征。另外,若大量传感器节点将感知到的数据经过多跳传输到汇聚中心会加快汇聚点周围节点的能量消耗,即产生能量空洞问题[4],从而缩短了网络生命周期。
针对大规模传感器网络中节点数量多且分布不均匀的情况,提出一种基于区域分簇的大规模无线传感器网络生命周期优化策略(Regional Clusterbased lifetime optimization Strategy, RCS),该策略将大规模网络划分成区以均衡簇首分布,各区彼此独立,区内并行采用不均匀分簇以缓解能量空洞问题;簇间通信时构建基于网络能量代价的最小生成树,合理有效地进行多跳路由。实验结果表明,该算法能有效提高网络运行效率,均衡网络能量消耗,延长网络生存周期。
1相关工作
在无线传感器网络体系结构中,基于分簇的层次式路由具有拓扑管理方便、能量利用高效、数据融合简单等优点[5]。经典的低功耗自适应集簇分层协议(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy, LEACH)[6]随机选举簇首,并以单跳方式让簇首与汇聚点直接通信。基于簇首距汇聚点距离较远,又传感器节点通常由电池供电而受能量约束,研究表明,簇首与汇聚点通信时采用多跳路由更有利于节约能量[7]。Younis等[8]提出的混合式分簇(Hybrid EnergyEfficient Distributed clustering, HEED)协议先根据节点的剩余能量选取簇首,然后以簇内部通信代价的高低竞争选出最终簇首,由于需要在簇半径内进行多次消息迭代,其通信开销也比较显著。文献[9]首次提出利用非均匀分簇解决能量空洞,但其考虑的是一个异构网络,簇首为超级节点,且事先计算好节点部署位置,无动态构造簇的操作。文献[10]提出的聚类方案(EnergyEfficient Clustering Scheme, EECS)中,通过考虑候选簇首到汇聚点的距离远近构造不均匀的簇来均衡簇首负载,但其只是在局部比较节点剩余能量,没有从整体协调节点能耗,并且簇间通信同样采用单跳通信,限制了算法的扩展性,不适合在大规模网络中使用。
Li等在文献[11]中提出了一种将非均匀分簇与簇间多跳路由有机结合的路由协议(EnergyEfficient Uneven Clustering, EEUC),利用非均匀竞争半径使得靠近基站的簇的成员数目相对较小,从而簇首能节约能量以供簇间数据转发使用,均衡网络中所有节点的能量消耗。文献[12]中继承非均匀分簇结构,并在此基础上结合蚁群算法进行路由优化,引入链路可靠性和实时性参数进行多路径搜索,更新信息素并设计下一跳概率公式,但是这样的策略易陷入局部最优。文献[13]则针对网络中耗能不均问题提出一种基于马尔可夫博弈的能量均衡路由算法,定义了能量和信誉值的二元收益函数,给出节点转发的状态转移概率,并根据收益函数进行能量调节,求解出能量和收益之间的均衡系数,促进节点间的合作,实现节点能量的均衡消耗。另外,随着传感器网络应用的拓展,网络服务质量(Quality of Service, QoS)路由算法也成为研究的热点之一[14]。
上述优化无线传感器网络生命周期的方法主要可以归纳为:1)现有的算法在感知节点庞大的情况下,因网络内每个节点需参与簇首竞争进行比较,整个网络消息量会因此骤增,效率不高。2)节点竞选簇首时考虑其剩余能量虽有利于均衡网络能耗,但在节点分布密集程度不同时可能当选的簇首不理想,不能均衡节点能耗。
因此,本文提出的基于区域分簇的大规模无线传感器网络生命周期优化策略RCS是在传感器节点数量庞大、分布不均的情况下先划分网络进行局部并行分簇,不仅减少通信量,提高运行效率,也能均衡簇首分布。采用不均匀分簇,并设置时间阈值控制簇首竞争的比例,提高竞争效率。在簇间通信时综合考虑簇首节点之间的通信能耗、剩余能量和与Sink的距离来构建基于网络能量代价的最小生成树进行多跳路由,均衡簇首能耗,从而有效延长网络生命周期。
2大规模传感器网络的区域划分策略
2.1网络模型及假设
考虑在一个矩形监测区域内随机部署n个传感器,周期性监测周围环境进行数据采集,汇聚点Sink位于区域中心。假设此时网络能覆盖全部监测区域。si表示第i个传感器节点,则节点集合为S={si1≤i≤n}。有以下假设:
1)所有节点都是同构的,且都有唯一的ID;
2)节点部署后均不会发生位置移动,可通过某种定位算法获知自身的地理位置;
3)链路对称,若已知对方发射功率,可根据接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication, RSSI)计算其到发送者的近似距离;
4)根据接收者的距离远近,节点可以自由调整其发射功率以节约能量消耗。
2.2能耗模型
无线传感器网络中节点的能耗来源主要有数据的采集、融合与传输,其中数据传输所消耗的能量远远大于其他部分的能耗[16]。因此,本文主要考虑网络中数据传输能耗,采用典型的无线通信能量耗费模型,见式(1)。节点发送l比特的数据到距离为d的位置,其能耗为:
ETx(l,d)=
lEelec+lεfsd2,d
lEelec+lεmpd4,d≥d0 (1)
其中,Eelec表示发射电路损耗的能量。若传输距离小于阈值d0,功率放大损耗采用自由空间模型;若传输距离大于等于阈值d0时,采用多路径衰减模型。εfs、εmp分别为这两种模型中功率放大所需的能量。同样,节点接收l比特的数据消耗的能量为:
ERx(l)=lEelec(2
此外,用EDA表示融合单位比特数据消耗的能量,即簇首节点进行簇内数据融合的时候,每处理1b的数据需要的能量损耗为EDA。
2.3网络分区
在已有算法的初始阶段,网络中所有节点都要在全局内进行判断是否成为簇首节点,并在簇首选定后以自组织的方式形成簇,这就需要一系列的广播和设置工作。在节点数目庞大且分布不均匀的情况下,由于所有节点都要参与比较,从总体上看,整个系统发送的广播数量非常多。图1给出本文网络分区拓扑示意图,感知节点随机分布在监测区域内,有密集程度区分,Sink节点位于区域中心。
本文采用层次聚类算法先将大规模网络划分为若干子区,各区独立选举簇首和分簇以提高并行效率,减少所有节点的能耗。在网络分区阶段,节点首先将自己的位置信息发送给汇聚点,由汇聚点根据节点间的距离将整个网络划分为多个子区域,规定每个节点只隶属于一个区。划分结束后,由汇聚点向节点广播子区划分的相关信息,最后由各个节点根据这些信息及其位置确定所属的子区。划分好的子区在整个网络生命周期内固定不变,以减少频繁分簇的能量消耗。
由式(1)可知,节点之间数据传输的能耗与距离密切相关,所以分区时采用凝聚的层次聚类方法――AGNES(Agglomerative Nesting)[17],基于节点间距离对各节点进行聚类划分网络,划分后的各子区内节点分布相对均匀。需要注意的是,这里只考虑距离因素,而对其他可能对网络生命周期也有影响的因素如剩余能量不作考虑,因为节点的剩余能量是实时变化的,这样会导致分区也要动态变化。为防止过度拟合,减少离群点对聚类结果的影响,需设定阈值M(M∈(0,1)),即当被聚类的节点数占总数的比值为M时,聚类停止。这样,将分布相对均匀的节点划分到一个区域里,各区节点只需进行局部通信来竞选簇首,既改善簇首分布不均匀问题,又减少了通信代价。
如图2所示,经过聚类后,图1的整个网络会被划分成3个密集程度不同的子区。在数据传输过程中,子区内的感知节点将数据传给竞选出的簇首再传给汇聚点Sink;而对于子区之外的感知节点,称为离群点,在数据传输过程中,选择距其最近的簇并将数据传输给区内与其最近的节点或是直接传给汇聚节点Sink。
3分布式的区域内分簇策略
从图2中可以看出,监测区域内感知数据需以多跳的方式传送到汇聚点,易导致在汇聚点周围形成能量空洞,进而无法将感知数据送达到汇聚点,严重影响网络寿命[2]。实验结果[18]表明,一个传感器网络生命结束后,总的节点剩余能量超过90%。本文经过上述网络分区后将网络划分为若干个子区,各区彼此独立,而区内依据局部竞争,采用分布式的不均匀分簇策略以缓解能量空洞问题,有助于提高竞选效率,延长网络生命周期。
3.1分簇策略
本文分布式的区域内分簇策略按周期性进行数据采集,每轮包括设置和稳定两个阶段,在设置阶段完成簇首竞选和组簇的工作,数据的收集和融合处理、簇间通信则在稳定阶段进行。在设置阶段开始时,汇聚点Sink广播一条用于网络初始化的消息,节点根据接收到的消息强度计算与 Sink的距离。
3.1.1 竞选簇首
同EEUC[10]中,参与竞选的候选节点都维护一个邻居节点表,见表1,并按一定规则竞争出最终簇首。
表1中,id字段为节点的唯一标识;state字段表示节点状态,为“Candidate”;Eres是邻居节点的剩余能量;dtosk是邻居节点到汇聚点Sink的距离长度。
规则1在竞选过程中,若候选簇首si宣布其竞选获胜,则在si的竞争半径内的所有候选簇首均不能成为最终簇首,需要退出竞选过程。
而候选簇首si的邻居节点集合包括与si具有规则1所约束的竞争关系的所有候选簇首节点,其定义如下:
定义1在RCS簇首竞选算法中,候选簇首si的邻居节点集合si.Neb为:
si.Neb=
{sj|sj是候选簇首,d(si,sj)
每个候选簇首的竞争范围为Rcomp[9],见式(3):
[12]MIAO C, CHEN Q, CAO J, et al. Energy balanced uneven clustering algorithm based on ant colony for wireless sensor network[J]. Journal of Computer Applications, 2013, 33(12): 3410-3414. (缪聪聪 陈庆奎 曹剑炜,等. 基于蚁群的无线传感器网络能量均衡非均匀分簇路由算法[J]. 计算机应用, 2013, 33(12): 3410-3414.)
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关键词:有线电视网络;FTTH;宽带光纤接入系统;设计;规划
有线电视网络的基本作用就在于方便用户收视各种电视节目,在网络发展中不能缺少光纤接入作为支持。然而实际上,宽带光纤接入本身包含了较复杂的内容,这种类型的接入系统也具备复杂性的特征[1]。目前的状态下,与有线电视网络密切相关的光纤接入正在逐步获得改进,技术改进的基本趋势就在于双向化改造、大规模覆盖以及全覆盖。由此可见,具体在推行FTTH的全过程中,作为系统设计人员有必要因地制宜,从而选择适用于光纤接入的设计模式。在全面规划的前提下,才能保障系统本身的稳定性以及实效性。
一、 FTTH的基本技术原理
从基本原理的角度来讲,光纤到户简称为FTTH,这类技术指的是把光网络单元(ONU)安装于住宅内部,从而让用户能获得实时性的网络信息。相比于传统技术模式,FTTH本身具备独特的技术优势。这是由于,FTTH可以提供所需的带宽,对于网络整个的透明程度都进行了强化。与此同时,FTTH还能从根源上杜绝过高的耗电量以及环境污染,对于安装流程与维护流程都进行了简化。从目前的现状来看,FTTH已经受到了很多用户的接受,因此这种新型技术值得推广运用[2]。
FTTH应当建立于无源光网络的基础上,也就是PON。相比于EPON而言,GPON表现为更强的综合性能,这是由于GPON设置了光层指标并且建立在GEN封装的基础上。针对各种类型的TDN业务而言,GPON都能用来提供支持。由此可见,无源光网络具备实时性的语言效果。从物理构件的角度来讲,GPON设计了宽松度较高的物理指标。具体在进行选择时,应当密切结合接入系统本身的特征来加以选择。经过分析可知,FTTH有助于提供用户所需的带宽,与此同时也保障了网络本身的波长透明度,确保依照特定的格式与速率来传输数据。
二、系统设计以及系统规划的具体思路
从整个系统设计的角度来讲,FTTH通常涉及到多样的影响要素,其中应当包括产业链、性价比及其他要素。目前的状态下,针对FTTH具体在开展设计时,设计人员通常可以选择光纤承载、双向宽带信号以及有线电视信号的接入模式,在此基础上构成了“两纤三波”的基本系统构架。由此可知,宽带光纤接入通常涉及到较多的规划要点,因此在设计时应当密切结合如下的关键点:
(一)构建系统模型
FTTH的有线网络应当建立于“两纤三波”的前提下。在综合对比的基础上,就可以选择与之相应的系统设计模式[3]。具体进行整个的系统设计时,作为设计人员有必要密切结合宽带信号与有线电视信号,借助光纤来承载信号。具体来讲,EPON技术应当构成宽带光纤的前提与基础,对此应当设计1500nm的波长。从系统构成的角度来讲,系统模型应当包含光线路终端、光网络终端以及光分配网络的几部分。
在各种类型的系统结构中,OLT可以用来汇聚特定格式的业务信号,依照下行传输的模式来完成实时性的信息传输。在这之后,ODN就可以汇聚ONT发送过来的网络信号,然后转发给各种类型的网络。此外,光传输通道应当包括ONT以及OLT的两种类型,ONT可供发送语音并且传输信息。
(二)系统规划的要点
具体在设计与规划系统时,应当选择特定的下行波长与上行波长。依照非对称模式来设计各种波长,通常可以选择1310nm的下行波长以及1490nm的上行波长,上述两种类型的波长分别对应着特定的对称模式。在满足传输距离的前提下,对于通道插入的损耗应当予以精确的计算。一般来讲,光分路器在整个系统中占据了较大比例的损耗[4]。
例如:针对高档次的居民区来讲,通常可以选择一次分光架构的集中型布置模式,对此运用的是ODN的多级分光结构,并且设计为两级的分光级。针对单个的光纤链路而言,假设可以布置n个连接器,那么予以相应的维护裕量就应当与连接器的总数相符合。这种状况下,光纤接入系统有必要满足特定的传输距离。
(三)计算系统容量
计算系统容量应当区分业务模型与可用带宽的两部分。如果针对单个的系统接口,那么有必要考虑到可用带宽,具体在运算时当涉及到线路速率,通常为每秒钟1200Mbit。在各种类型的业务模型中,典型模型包括高清点播、视频通话、标清点播以及高清电视的几种模式。在下行业务中,几种典型模式分别需要占据每路12M、3M、4M、3M的带宽。如果考虑到业务渗透率,那么每个接口一般都能容纳1700左右的用户用量。
结束语:
从本质上讲,光纤到户应当构成有线电视网络的整体趋势。进入信息化的新时期,FTTH技术与有线电视网络产生了密切联系,这种现状有助于提升城乡居民的整体生活水准,确保运用新型的技术措施来提供优质清晰的电视信号[5]。在光纤网络的辅助下,与有线电视相关的系统设计将会不断健全。未来在技术实践中,作为技术人员还需要不断的摸索,依照因地制宜的基本思路来健全系统设计,进而服务于有线电视网络整体质量的提升。
参考文献:
[1]朱冬旭. 有线电视网络FTTH宽带光纤接入系统的设计与规划探析[J]. 科技传播,2014(17):226+134.
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[3]凌明伟,李远东. 有线电视网FTTH宽带接入系统规划设计要点探讨[J]. 中国有线电视,2013(02):137-139.
在以上背景下,李巍认为,“要建设经济型的网络,就必须源于需求,始于规划,重于过程,兴于优化。网络优化实际上就是新的优化,它可以提升网络的运营价值,同时带给客户优质的服务。”
他强调,中兴在网络规划、优化方面具有四个自身的独到优势。
第一是研发方面的优势。中兴有一个研究组,包括上海和深圳的研究所。这两个研究所的主要职责就是全面参与系统仿真、网规网优工具的开发、系统分析,以及规划实施的系统的工作。目前,中兴在全球架设了14个平台,与全球100多个国家进行网络优化的交换工作,从而把规划优化的触角放到了前端。
在网络的规划优化中,项目管理是必不可少的。实际上,利用资源、运用资源是项目管理的一种思想。中兴在项目管理上运用举证管理的模式,一共有三条线。第一条是技术线,第二条是管理线,第三条就是质量线。我们通过这三条线来实施在全球的网络规划优化项目。
此外,中兴在后方还有研发团队,以及传播模型库和业务模型库。网络的规划优化需要具体实施模型,而传播模型库的建立非常有助于我们在具体项目中提高效率。同时,中兴还有业务模型库,可以在3G规划优化中衡量模型的建网。
第二是解决方案的优势。中兴的网络规划优化解决方案包括多个种类,比如在室内覆盖的网络规划优化方面,我们对室内覆盖的模型和仿真进行了研究,通过射频拉远等得到资源共享。它最大的好处是使基站分布更加合理,而且可以降低损耗,提升运行质量。
还有立体覆盖,包括热量覆盖、盲点覆盖、拐角覆盖等等。精品网络从立体覆盖这个角度来说,就是宏覆盖加上微覆盖组成的网络。此外,中兴也有针对大型集会的网规网优解决方案。对于大型集会来说,网络的规划优化更重视过载控制的问题,我们通过不同的频点和本身优势的规划优化手段,可以保证集会顺利召开。
【关键词】 多维度评估 FDD-LTE 网络优化 无线网络
一、引言
随着FDD-LTE无线网络的大规模建设和应用,4G通信用户已经数以亿计,其可以为通信用户提供了强大的数据传输、语音通信功能。FDD-LTE网络是一个应用场景复杂,信号穿透力较弱,高频段覆盖能力弱,组网存在的问题日益突出[1]。为了提高FDD-LTE通信性能,运营商组建了专业的无线网络优化部门和团队,采取了多种优化手段对网络进行优化分析,或引入多样化组网模式,比如利用皮基站、微基站和飞基站构建一个层次化、多样化、异构型的TD-LTE网络,优化网络覆盖范围和性能,进一步解决网络干扰、覆盖不足的问题[2]。
尽管FDD-LTE无线网络优化手段较多,但是许多优化人员依然保持传统GSM、WCDMA、CDMA2000等2/3G网络的优化思维,不能够适应FDD-LTE网络具体应用需求,造成网络数据、语言传输信号覆盖不足,亟需引入多维度评估分析方法,从快速邻区规划、网络结构评估和单站性能评估等方面进行优化,进一步改进FDD-LTE无线网络通信性能[3]。
二、常规FDD-LTE无线网络优化手段存在问题
FDD-LTE无线网络优化中,由于SINR较差、重叠覆盖度较高、覆盖分布不足,因此容易导致FDD-LTE无线网络信号弱,不能够满足移动通信用户需求。通过对网络优化工具和方法进行分析,发现网络优化效果不好的原因如下:
(1)FDD-LTE无线网络建设过程较为粗放,基站建设选址仓促,规划时间不足,站址选择不科学,因此FDDLTE无线覆盖信号存在漏洞[4]。
(2)FDD-LTE是最新的4G移动通信网络,使用时间较短,网络优化人员尚未彻底转变思路,依然采用传统2G/3G网络优化思路,侧重于信号覆盖强度优化内容,忽略了提升SINR质量[5]。
目前,FDD-LTE 4G网络与2G/3G网络并存,各个网元之间存在海量的规划数据和测试数据,因此仅仅依赖网优分析人员的力量进行分析,效率非常低下,难以满足多张网络并存优化需求,因此亟需采用多维度评估分析方法,改善网络优化效果,以便提高FDD-LTE通信传输性能[6]。
三、多维度评估分析法
FDD-LTE移动通信利用基站发射信号为用户提供数据、语音传输网络,由于这些网络应用环境较为复杂,比如高楼大厦的阻隔、远距离分布的用户等,都给移动通信网络造成了严重阻碍,因此为了保证移动通信网络的覆盖性能,需要根据用户通信需求实施动态的网络优化[7]。网络优化是一个非常系统的工程,无线网络优化时,网友技术员需要充分的了解无线网络组网结构、通信性能和存在的问题,这也是网络优化的第一步。因此,不同的无线网络存在的问题可以从不同的维度进行评估和分析,进一步改进网络优化结果,精准的对网络实施优化,保证网络拥有一个最优化的通信传输状态,论文结合笔者多年多年的网络优化工作实践,从快速邻区规划与优化、网络结构评估、单站性能评估等三个维护进行优化,进一步改进FDD-LTE网络通信性能。
四、多维度评估与优化
4.1 快速邻区规划与优化
邻区规划与优化是无线网络优化的重要内容之一,优化技术员需要不定期的检查邻区,发现问题,删冗补缺。比如某一个基站新开通时,网络规划数据不能够及时的提供;基站拆除时,被拆除的站点与周边基站的邻区关系无法及时的更新;基站升级时,路由数据无法同步更新,这些都需要采取快速邻区规划与优化,保障邻区完整性。对于FDD-LTE网络来讲,邻区如果存在某些却吓你,则无线网络通信将会产生SINR信号质量差、通信路段存在若电平现象,因此不管是采用片区优化或簇优化,都需要保证基站邻区的完整性和准确性。快速邻区规划与优化措施包括很多,可以从基础邻区表的邻区检查和批量路测数据邻区查漏等维度进行优化。FDD-LTE网络全网邻区实施定期检查较好的办法时比对现网邻区和基础林区表,仔细查看存在缺漏的邻区,并且针对这个需求使用VBA创建一个无线网络通信传播模型,有效计算每一个基站周边的关联度,关联度高的可以作为一个候选邻区,不需要采用二维、三维地图,因此只需要输入相关的小区坐标、方向的工参表就可以快速生成规划区域的基础邻区表。邻区规划的方法包括人工规划、自动工具规划,这些工具方法均存在与FDD-LTE网络实际需求不相符的问题,因此需要根据路测数据补充邻区,以便能够更好的优化网络覆盖,批量路测数据邻区查漏可以针对Log日志文件进行批量分析,使用自动化分析工具进行处理,大大的提高邻区规划查漏效率。
4.2 网络结构评估
FDD-LTE无线网络组网结构是通信传输质量保证的即使,针对站间距进行有效的评估,可以提出采用多样化异构网络类型,进一步改进网络性能。站间距评估对于网络通信质量存在严重的营销,站间距增大导致信号覆盖较弱,站与站之间覆盖重叠度较小,保障小区准确切换,因此降低基站倾角,可以降低小区在切换点附近衰减降低。但是由于FDD-LTE网络基站在建设时受到地理分布区域的影响,比如山体、楼栋、公园、河流和湖泊等都会影响基站建设,直接影响站间距评估结果。为了能够有效的优化网络结构,可以使用规划最近站距平均值和测试点典型采样距离等评估方法。规划最近站平均值可以计算每一个基站与最近基站之间的距离,所有站距离可以使用平均值进行计算。测试点典型采样距离可以输出每一个采样点、基站间距离,取平均值计算网络评估值。针对网络结果进行评估之后,可以使用多样化异构网络优化通信性能。目前,FDD-LTE采用相同的基站类型、传输机制、相对规则等组网通信网络,因此不同的小区采用了相同的频率资源。同构网络虽然可以降低投资成本,实现网络快速组网,但是在某些局部区域连续覆盖能力不足,并且容易产生同频干扰、交叉覆盖等问题,并且同构网络的拓扑结构较为单一,造成相邻区信号无法控制,系统连续覆盖质量较差,为了解决FDD-LTE同构网络存在问题,需要在宏基站覆盖的边角部署一些轻型、微型基站,实现混合分层部署,以便实现多基站协同覆盖,形成一个异构网络,为移动通信提供中继能力。目前,FDD-LTE异构分层网络采用的基站主要包括皮基站、微基站、Relay站和飞基站。皮基站可以通过有线连接到核心网,通常部署于综合性体育场馆、购物广场、火车站等人群密集的地区,补充宏基站覆盖效果不佳、性能不足的问题。微基站利用八通道天线、双通道天线接受和发射信号,部署于城区密集大型住宅区域,可以强化室内深层覆盖。飞基站可以通过有线连接到核心网,部署于以家庭为单位的室内通信环境。Relay站可以通过无线介质回传到宿主基站,可以解码、转发数据信息,不需要光纤传输数据。
4.3 单站性能评估
FDD-LTE网络优化时优化人员需要充分的掌握每一个基站的覆盖情况,因此单站性能评估可以检测一个基站是否合格,评估维度包括远近比、场景采样。
(1)远近比评估。一般地,RSRP随着距离增大逐渐衰减,计算小区区间的RSRP平均值,可以获取基站近处[0m,120m]范围的RSRP平均值和远处(120m,300m]范围的RSRP平均值,进而评估远近比,根据远近比评估单站性能,优化网络。
(2)场景采样评估。单站验证可以测试某一个场景的速率,并且设置一定的门限值,如果测试单站速率达到这个值,就可以认为单站性能达到了标准,比如规定FDDLTE基站的上下行PDCP层的平均速率要求不能够低于45/85Mbit/s,但是如果基站的下载速率在一个SINR很高的环境下达到了85Mbit/s,这个基站依然不合格,需要进行优化。
五、结束语
FDD-LTE是目前最为先进的一种无线通信网络,其可以为移动用户提供数据通信、语音传输功能。随着FDDLTE网络基站的大规模建设,网络覆盖面积越来越大,很多城区、农村都已经开始使用FDD-LTE网络,但是也给网络优化带来了新的困扰。论文提出了一种基于多维度评估的网络优化方法,可以解决宏基站覆盖存在的死角、偏角问题,构建一个完整的、连续的、信号强的网络模型,合理规划站点布局,提高FDD-LTE网络传输性能。
参 考 文 献
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提出一个问题往往比解决一个问题更重要。新时代下网络优化需要考虑的因素相互交织,理清这些因素之间的关系也是一门重大的课题。为此,在近日召开的“2007通信网络优化大会”上各位专家学者都在发言中强调了网络优化工作的新形势、新任务。3G网络优化俨然剑已出鞘,投入了打造TD精品网络的战斗之中。在这次网络优化大会上,专家对TD网络优化面临的问题做了系统而深入的阐述,为未来TD网络进行多方位,系统化的优化提出了指导意见。
虽然我国的通信事业起步较晚,但是我国2G网络建设规模和接入用户数均在飞速发展。其中GSM网络的运行、维护、优化已历时接近十年,广大技术人员已积累了相当的经验,同时系统标准也相当成熟。不过3G时代的网络规划优化带来了许多新的特点,作为较后进入3G时代的国内运营商,新的挑战已经出现。
信息产业部综合规划司网络规划处副处长文剑从政府的角度分析了网络优化面临的三个方面的问题。文剑表示,我国的通信事业经过多年的发展,已经形成了多网并存的局面。网络的容量和用户已经位居世界首位。在我国未来的通信网络的发展建设中,网络优化不仅关系到了运营移动企业的服务质量、运营质量、业务提供的能力,也关系到行业对国民经济和社会发展的支撑能力,最终关系到每一个用户的利益保障问题。
中国移动通信集团设计院无线通信研究所研究总监周胜认为,新的环境对TD网络运营的服务水平、业务质量、业务支撑和计费都提出了挑战。
新网络的加入和业务种类丰富,使原来只能够通过预测来完成的网络优化工作需要考虑更多因素,比如当前的业务方式不能适应新的环境,“网络优化不能单一地考虑某种服务的质量要求,这是来自组织业务的新问题。”中国移动研究院无线通信技术研究所丁海煜表示。
在终端用户方面,数据业务和话音业务在分布、呼叫模型方面都存在差异。丁海煜认为:“以网络为中心的优化逐渐转向用户为中心的优化,用户的感知重于网络性能,此时也需要综合考虑系统的性能和价格。”
未来网络结构变化也是网络优化的新难点,在IP扁平化趋势日益明显的今天,网络规划优化需要考虑网络结构调整带来的变化,同时智能天线和HSDPA等新技术的引入会直接带来优化模型的变化。丁海煜进一步表示:“此外,经济发展带来的城市、道路和建筑物的急速变化加大了网络优化的难度。网络优化面临的环境因素相互交织,为网络优化带来了新的困难。”
新技术助力网优
北京邮电大学杨大成教授从专业的角度分析了GSM系统优化和TD系统优化之间的差异。他介绍,GSM技术的核心是TDMA,而3G的核心技术是CDMA,这个区别造成了网络规划的不同需求。GSM系统是频分与时分相结合的系统。GSM系统的特点决定了它在无线网络优化方面,非常重视频率的规划,尽量避免发生小区间的同频与邻频干扰,衡量标准为SNR。而对于3G系统所采用的CDMA扩频技术,不存在烦琐的频率规划问题,而干扰成为了最大攻克难点。
在基站割接优化方面,在GSM系统中,一般先进行硬件调试与检查,对基站的参数进行专用软件模拟后设定相邻小区及基站发射功率等基站数据库,在基站割接入网后,进行路面测试,不断对其参数进行调整,以达到网络最佳运行效果。杨大成表示:“这在3G系统中相对要复杂得多,在确认无硬件故障后,对基站的设计覆盖区域进行清频测试、单站测试和簇测试,在基站割接入网后,进行路面测试,不断对基站参数调整,以达到网络最佳运行效果。”
周胜认为,CDMA技术被引入后,网络优化中需要综合容量和覆盖质量因素,同时要在多个业务之间折中。未来的优化调整更强调精度的问题,对数据分析的压力会更大。在无线资源管理参数方面,优化起到的作用会进一步加强。
因此,运营商在3G规划中需要根据实际情况不断调整网络参数,同时积累数据调整经验,为以后新的网络提供参考数据。在前期网络规划的过程中也需要加大人力物力,力求不将规划的偏差遗留到网络优化中进行弥补,做到规划中有优化,优化中有规划,一切从实际通信环境出发。
优化成为系统工程
网络优化面临的新问题呈现出多元化因素交织作用的现象,因此网络优化不能以单一解决某一方面问题为结果导向,而是更多地以全面而系统的角度去发展网络优化。
文剑从宏观的层面分析了优化成为系统工程后面对的社会问题。他认为,网络优化需要处理好新技术新业务与原有网络业务的关系。“无线接入技术是多样性的,技术的进步,给业务的发展带来动力,也会给运营企业带来风险。企业必须做出技术的选择,处理好网络演进的关系,减少竞争带来的风险,确保协调发展。”
文剑同时指出,优化需要解决好资源共享的问题。在未来网络规划的建设中,3G网络的广泛铺开,可以提高资源共享,促进资源友好和资源节省型的实施。其中涉及到产权、管理、市场竞争、共享后的维护以及基站后续发展空间的一系列问题需要解决。在移动通信网络规划的过程中,要统筹规划、实事求是、做到能共享的一定共享,为企业尽可能节省投资,为行业的健康发展提升整体效益。