TWI302793B - Partitioning method for mobile communication network - Google Patents

Description

1302793 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於行動通訊網路之網路規劃(network planning)方法’尤^曰一種可產生優化(refme(j)之劃分圖以 降低網路負載之網路劃分方法。 【先前技術】 一般而言，行動通訊網路會劃分為複數個劃分區 (partition area)，便於進行行動管理（m〇bmty management)。這些劃分區會形成單層劃分圖(singie-iayer partition plan)。在某些行動網路中，係採用多層(multi-layer) 之劃分結構。在多層劃分結構中，多個劃分層形成一層級 體系，每一劃分層皆由一或多個對應劃分區所組成。 例如’全球行動通訊系統(Global System for Mobile communication，GSM)網路可採用如圖一 a至圖一 e所顯 示之多層劃分結構。在圖一 A中，顯示最低之劃分層係 由基地收發站(base transceiver station，BTS)所組成。圖一 B、圖一 C及圖一 D則由下至上，分別顯示由基地站控制 器(base station controller, BSC)、位置區(l〇cati〇n are勻及行 動交換中心(mobile switching center，MSC)所組成之書丨j分 層。從圖中可看出，每一 BTS區係内含於一 BSC區中， 母一 BSC區係内含於一位置區中，而每一位置區則内含 於一 MSC區中。將圖一 A至一 D結合，即形成多層書，】分 圖(multi-layer partition plan) ’如圖一 E所示。需注意的是， 5 1302793 在其他種多層劃分結構中，較低劃分層之劃分區亦可橫跨 較高劃分層之二或更多個劃分區。 採用經過優化或最佳化之劃分圖，不論單層或多層， 皆可降低行動通訊網路之負載，而網路效能也會隨之提 昇。然而，習用技術並未提供系統化與客觀化之解決方 案’以使網路管理者可找出優化或最佳化之劃分圖，所以 管理者僅能仰賴其主觀經驗或嘗試錯誤的方式來處理此 問題。通常，此種做法缺乏效率，且很容易造成判斷錯誤。 【發明内容】 口此，本叙明之一目的，在於提供一種行動通訊網路 之劃分方法，以系統化地產生優化的網路劃分圖，降低網 路負載。

依據本發明之-實施例，_分方法包含下列步驟： 依據-目標函數，產生行動通訊網路之初始劃分圖之初始 函數值；選取複數個網路劃分演算法(net蘭k partiti〇ning algorithm)其中之―；執行所選取之演算法，以產生後續 劃分圖，依據該目標函數’產生該後_分圖之後續函數 值；以及依據該初始與後續函數值，決定該初 分圖中之較優者。 ' & S -j 依據本發明之另分方法係對於且有初 始劃分圖之行動通訊網路勃耔 到八丨^ 列步驟··執行複數侧路 劃分紅少射之―，衫生 標函數，分職生_始與·射政對Hi·以 6 ⑧ 1302793 及依據该初始與後續劃分圖之對應函數值，選取該初始與 後續劃分圖中之較優者。 ^ 為使貴審查委員對於本發明能有更進一步的了解 與認同’兹配合®式詳述本發日_實施方式如后。 【實施方式】 在以下所叙實施例巾，_可能以GSM網路為 例’但熟習此技術領i或者能輕易地將本發明的技術特徵應 用於其他行動軌網路巾。目此，本發明之翻並不限於 GSM網路。 圖一係依據本發明之一較佳實施例，繪示行動通訊網 路之劃分方法的流程g。在此較佳實施例巾，行動通訊網 路採用-多層劃分結構(即複數蝴分層），且具有一初始 多層劃分圖。如圖二所示，此流程包含下列步驟： 步驟21 •依據-目標函婁文，產生該初始多層劃分圖之 初始函數值； 步驟22 ·選取複數個網路劃分演算法其中之一； 步驟23 :選取該些劃分層其中之一； 步驟24 ·於遥取之劃分層執行所選取之網路劃分演算 法’以產生一後續多層劃分圖； 步驟25 ••依據該目標函數，產生該後續多層劃分圖之 後續函數值；以及 步驟26 ··依據該初始與後續函數值，決定該初始與後 續多層劃分圖中之較優者。 1302793 在此較佳實施例中，目標函數係用來估測一多層劃八 圖所造成之網路負載。具有較低網路負載之劃分圖係優於 具較高負載之劃分圖。因此，在步驟26中，後續劃^圖 是否優於初始劃分圖，可藉由比較初始與後續函數值= 定。若後續劃分圖較優，則其可應用於網路中，以降/ 路負載。否則，後續劃分圖將被捨棄不用。 _ 行動通訊網路包含雜數侧路元件，而目標函數係 依據每一網路元件之對應成本函數(贈function)而產 生L，網路元件係指網路尹會造成網路負载之元件， ㈣應成本函數則用於估測各別網路元件之負载。在一實 施例中，目標函數係這些網路元件之對應成本函數之線2 組合。亦即， /(〜切2·Λ⑺+ 人⑺ 式⑴ 網路在ί0)中’^表一劃分圖、為^之加權係數，义為 權係Π 成本函數’而7為整個網路之目標函數。加 重要彳可凋正，以反映對應網路元件對於整體網路負載之 值彳于’主思的是，式(1)等號右邊的每一項可因應 二的來界定。例如，在GSM網路中，目標函數可定 f(P) ^ σ , / ^ · BTsAP) + aBTS^2 */m,2+ + ^ (P) 其φ 量戶人7S (P)代表BTSz之位置更新(i〇cati〇n update) 斤乂，上述目標函數即反映了當劃分圖為p時 ，網路 1302793 中所有η個BTS之總位置更新量。因此，目標函數可設 計成反映網路情考慮之某特定部分的㈣。另一個例 子，所考慮的是GSM、網路中Msc與默之cpu負載。 所以，目標函數可定義為 f(P) = · /msc,i (^) + ... + aMSCn . fmcn {P) + 〜幻·’脱，1(尸) + ··· + ^，，/批c，。(P) 其中U)為MSC，·之CPU負載u)為BSCy· 之CPU負載。大部分的CPU負載係由主要的運算所貢 ► 獻，例如位置更新、MSC或BSC間之交遞(handover)、 BSC 内之交遞、受話(mobile terminating call，MTC)、發話 (mobile originating call，MOC)、尋呼(paging)、短訊息服務 (short message service，SMS)等。這些主要運算係熟習此技 術領域者所熟知，此處不再贅述。因此，MSC/與BSCy之 CPU負載可分別進一步表示為 /:，，(尸）- J mtc，i\#(MTC)+ j m〇c，ix#(MOC)+ α SMs，ix#(SMS)+ a H〇x#(inter MSC handover)+ a ) LUx#(location update)+ a PGx#(paging) /服v(尸）二 MTc，jx#(MTC)+ /5 MOC，jX#(MOC)+ /5 SMSjX#(SMS)+/5 hox [#(inter BSC handover) + #(intra BSC handover)]+ β LUx#(location update)+ β PGx#(paging) 其中，α與/3代表加權係數，#(特定運算)代表該特 定運算在一段時間内之發生次數。這些a與/5可利用任何 可行之統計方法來估測，如回歸模型(regressionmode1)。 9 ⑧ 1302793

若將網路中所有主要元件的負载都考慮進來，目標函 數即可定義為網路之，，整體，，成本函數。例如，在GSM網 路中，主要元件包括行動交換中心(MSC)、基地站控制器 (BSC)、基地收發站(BTS)、a 介面(A_interface，即 MSC 與 BSC 間之連結)及 A_bis 介面(A-bis interface，即 BSC BTS間之連結）。因此’目標函數可定義如下，以反映 網路之整體負載·· 八)aMSC，l . /紙〇 (户)+ ··· + Omsc’m · /mSC，/7 (户) + + ... +〜，々UP) + aBsc，\ · fBsc，i(P) +，" + aBSC p . fesc,p(p) 式(2) + aAbis,\ * fAbis,\ (^) + ... + ^AbisiP*q * fAbis,p*cj (^) + ccBTS l fBTS X (P) + ... + C^BTS q * fBTS q (P) 其中，/，仍為MSC/之負載，/勾(/>)為A介面;·之 負載U)為BSC々之負載，/·，/(Ρ)為八她介面，之負 載而户；)為BTSw之負載。在GSM網路之一實施例 中’式(2)係作為目標函數，其中MSC/與BSC&之負載分 別定義為MSC/與BSG之CI>U負載，BTSw之負載定義 為BTSw之位置更新量，A介面y·之負載定義為A介面^.之 目前交通量(current traffic quantity)與交通容量(traffic capacity)的比值，而A-bis介面/之負載定義為A_bis介面/ 之目前交通量與交通容量的比值。 步驟22中，可供選取之網路劃分演算法包含任何能 基於初始劃分圖產生後續劃分圖之演算法。值得注意的 是’初始劃分圖可能係網路最一開始的劃分狀態，即最低 劃分層之每個劃分區同時是其他較高劃分層之劃分區，以 10 φ 1302793 符合某些演算法之運作要求。可供選取之網路劃分演算法 包含K-L(Kerniglian-Lin) >貝鼻法、貪娶演算法(gree(jy algorithm)、F-M(Fiduccia-Mattheyses)演算法、基因演算法 (genetic algorithm)、模擬退火演算法(simulated annealing algorithm)、動態劃分單元(dynamic partition unit，DPU)演 算法等，但不限於此。關於K-L演算法，請參照”An Efficient Heuristic Procedure for Partitioning Graphsn (The

Bell system technical journal，49(1):291-307, 1970)。關於貪 婆演异法’請參照"Introduction to Algorithms: A Creative Approach, chapter T (pp.210.aboutpp.211, Addison-Wesley Publishing Company，1989)。關於 F_M 演算法，請參照，，A Linear-Time Heuristic for Improving Network Partitions，， (Proc· of DAC，1982)。關於基因演算法，請參照”a Genetic Algorithm For Optimizing Multiple Part Placement To Reduce Build Timeff (Proceedings of the Fifth International Conference on Rapid Prototyping，Dayton，Ohio，June 1994)。關於模擬退火演算法，請參照”L〇cati〇n Area Planning in Cellular Networks Using Simulated Annealing" (Proceedings of IEEE Infocom, The Conference on Computer Communications 2001，Anchorage，Ak” Apr· 22-26, 2001)。關於動態劃分單元演算法，請參照案號為 10/760,300之美國專利申請案，其申請曰為2〇〇4年1月 21曰’與本案具有相同發明人及申請人。對於上述文獻， 此處予以參考併入本說明書中。 ⑧ 1302793 t驟22趣與23中’網路劃分演算法與劃分層可依據網 路之需求及貫際狀況來進行選取。 …步驟24係對選取之劃分層執行所選取的演算法 進行規劃，㈣產生之多層#j分圖需滿足—組則分限 (partitioning co输aint)。該組劃分限制會約束演算法的運

作，其包含-組劃分區限制與一組劃分層限制。劃分區限 制與每個齡區本身有關’賴分層關顺整綱分芦 有關。例如，在GSM網路中，每個劃分區之其中_劃二 區限制為尋呼率(pagingrate)不可超過一上限，而職= 之劃分層^中-劃分層限制為，歡㈣數量為^ 值。在-實施例中，該_分_還包含—組多層限制 (multi-layer constraint)，其與整個多層劃分圖有關。多層 限制之-例為較低齡層之每侧分區需内含於較高劃 分層之單一劃分區。例如，在GSM網路中，每一 BTS 區係内含於-BSC區中’每-BSC區仙含於—位置區 中’而每一位置區則内含於一 MSC區中。 在圖二之另一版本實施例中，步驟22至25係重複執 行，以產生-劃分圖序列，在此序列中，一後續劃分圖係 優於一先前劃分圖。若步驟22至25重複執行到後續產生 之劃分圖無法優於先前產生之劃分圖，則圖二之流程即停 止，而最後產生之劃分圖即為最佳化之劃分圖。在此實施 例中，步驟23係依據一選取順序來選取劃分層，以使得 所選取之網路劃分演算法可平衡地執行於每一劃分層。如 此，可避免過度規劃特定劃分層，因其可能會限制其他劃

12 (D 1302793 分層之規劃彈性。 本發明之劃分方法亦可應用於具有單層劃分結構之行 動通訊網路。圖三係依據本發明之一較佳實施例，繪示具 有單層s彳分結構之行動通訊網路之劃分方法的流程圖。該 、、罔路亦具有一初始單層劃分圖。如圖三所示，此流程包含 下列步驟： 步驟31 ··依據一目標函數，產生該初始單層劃分圖之 初始函數值； 步驟32 :選取複數個網路劃分演算法其中之一； 步驟33 :將選取之網路劃分演算法應用至該網路，以 產生一後續單層劃分圖； 步驟34 :依據該目標函數，產生該後續單層劃分圖之 後續函數值；以及 步驟35 :依據該初始與後續函數值，選取該初始與後 續單層劃分圖中之較優者。 目標函數之產生與網路劃分演算法之選取係類似於 ，二之實施例，此處不贅述。再者，步驟33所產生之後 只單層劃分®應滿足—組劃分限制，其包括—組劃分區限 組劃分層限制，亦與圖二實施例所述類似，不再贅 _在圖三之另一版本實施例中，步驟32至34係重複執 2以產生一劃分圖序列，在此序列中，一後續劃分圖係 優於-先前劃分圖。若步驟32至34重複執行到後續產生 1302793 之劃分圖無法優於先前產生之劃分圖，則圖三之流程即停 止，而最後產生之劃分圖即為最佳化之劃分圖。 以上所述係利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限 制本發明之範圍。大凡熟知此類技藝人士皆能明瞭，適當 而作些微的改變及調整，仍將不失本發明之要義所在，亦 不脫離本發明之精神和範圍。綜上所述，本發明實施之具 體性，誠已符合專利法中所規定之發明專利要件，謹請 貴審查委員惠予審視，並賜准專利為禱。 ► 【圖式簡單說明】 圖A至一 E係顯示GSM網路之多層劃分結構的 意圖。 八士圖二係依據本發明之一較佳實施例，繪示具有多層劃 刀結構之行動通訊網路之劃分方法的流程圖。 八姓圖三係依據本發明之一較佳實施例，繪示具有單層劃 分結構之行動軌鱗之齡方法喊賴。曰s 【主要元件符號說明】 21〜26 ·具多層劃分結構之行動通訊網路之 之一較佳實施例流程 刀/ 31 35 .具單層劃分結構之行動通訊網路之劃分方法 之一較佳實施例流程 / 14

Claims (1)

1302793 十、申請專利範圍： i-種行動通訊網路之劃分方法，包含： 依據-目標函數’產生該行動通訊網路之一初始 g之―初始函數值； " 選取複數個網關分演算法其中之一； 執仃4粗之網關分演算法，减生蹄動通訊網路 之一後續劃分圖； 依據該目標函數，產生該後續劃分圖之一後續函數值； 以及 依據該初始與後續函數值，決定該初始與後_分圖中 之較優者。 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該初始與後續 山數值係分別對應於該初始與後續劃分圖之一各別網 路負载。 3·，申請專利範圍第！項所述之方法，其中該選取步驟、 该執行步驟及該產生後賴分圖之步驟健複執行，以 產生劃分圖序列，在該劃分圖序列中，一後續劃分圖 係優於一先前劃分圖。 4·如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該選取步驟、 该執行步驟及該產生後續劃分圖之步驟係重複執行，直 至後續產生之劃分圖無法優於先前產生之劃分圖為止。 5·如申請專利翻第1項所述之方法，其巾該初始與後續 劃分圖為多層劃分圖。 6·如申請專利範圍帛5項所述之方法，其中該執行步驟包 15 1302793 含： ^取複數個劃分層其中之一；以及 於忒選取之劃分層執行該選取之網路劃分演管、 生該後續劃分圖。 以產 7. ^請專利範圍第6項所述之方法，其中該選取步驟、 Μ仃步驟及該產生後續劃分圖之步驟係重複執行，以 劃ί’列’在該劃分圖序列中’―後續二 礞 係k於一先前劃分圖。 8. 如申請專利範圍7項所述之方法，其中該選取步驟、該 執^步驟及該產生後續劃分圖之步驟係重複執行，直= 後、貝產生之劃分圖無法優於先前產生之劃分圖為止。 .如申請專利咖第6項所述之方法，其_些劃分 依據一選取順序被選取。 10.如申請翻顧第6項所述之方法，其巾該些劃分層 係被重複選取’以使得該選取之網路劃分演算法可平 衡地執行於每_劃分層。 U.如申料__ i顯述之方法，其巾該行動通訊 網路包含複數個網路元件，該目標函數係依據每一網 路凡件之一對應成本函數而產生，該對應成本函數係 用於估測該網路元件之一負載。 12·如申明專利範圍第u項所述之方法，其中該目標函數 係該些網路元件之對應成本函數之一線性組合。 13·如申請專利顧第u項所述之方法，其中每一網路元 件係行動交換中心(MSC)、基地站控制器(BSC) 、基地 16 1302793 收發站(BTS)、A 介面(A-interface)及 A_bis 介面(A-bis interface)其中之一。 14·如申凊專利範圍第項所述之方法，其中該行動交換 中心與5亥基地站控制器之對應成本函數係分別估測該 行動交換中心與該基地站控制器之一 CPU負載。 15. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該網路劃分 演异法係貪婪演算法(greedy algorithm)、基因演算法 (genetic algorithm)、K-L(Kemighan_Lin)演算法、 F_M(Fiduccia-Mattheyses)演算法、模擬退火演算法 (simulated annealing algorithm)及動態劃分單元演算法 (DPU algorithm)其中之一。 16. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該後續劃分 圖滿足一組劃分限制(partitioning constraint)。 17·如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該組劃分限 制包含一組劃分區限制與一組劃分層限制。 18·如申請專利範圍第16項所述之方法，其中若該初始與 後續劃分圖為多層劃分圖，該組劃分限制包含_組多 層限制。 19· 一種行動通訊網路之劃分方法，該行動通訊網路具有 一初始劃分圖，該方法包含： 以產生該 執行複數個網路劃分演算法至少其中之一， 行動通訊網路之一後續劃分圖； 依據一目標函數，分別產生該初始與後續劃分圖之一 對應函數值；以及 1302793 依據該初始與後續劃分圖之對應函數值，選取該初始 與後續劃分圖中之較優者。 20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該初始與後 續劃分圖為多層劃分圖。 21. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該函數值係 代表對應劃分圖之一網路負載。