[发明专利]蜂窝网络中呼叫模式与资源利用的网络大数据分析方法

摘要

本发明提供一种蜂窝网络中呼叫模式与资源利用的网络大数据分析方法，涉及大数据分析技术领域。首先获取数据集合，构建呼叫塔流量数据矩阵，根据这些数据矩阵分析呼叫使用模式，包括呼叫分布、时间模型、地理受欢迎度、呼叫的发射塔活跃性和呼叫与发射塔活跃性的关系，分析网络资源使用情况，包括持续时间的分布、网络资源使用的多样性、网络资源使用的强度和网络资源使用的受欢迎度和呼叫。本发明通过长时间构建呼叫塔流量矩阵，利用CDRs研究全网络范围蜂窝呼叫使用模式，能有效地减少呼叫下降，呼叫保持更好的可预测性，更好地估计网络资源的效用，并能提高移动互联网的速度和提高用户的体验，节约能源。

主权项

1.一种蜂窝网络中呼叫模式与资源利用的网络大数据分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、获取数据集合，采集蜂窝网络中一定数量移动用户的CDRs，存入数据库的数据表中，CDRs数据包括时间戳、源发射塔地址(即ID)、目的发射塔ID、电话号码和持续时间；步骤2、根据步骤1采集的CDRs数据创建数据矩阵，包括塔对(源目的塔构成塔对)呼叫流量矩阵、塔对时间间隔矩阵、塔对DEC(Duration of Each Call)，每次通话时长，简称DEC矩阵；步骤2.1、创建塔对呼叫流量矩阵A_call，表示指定发射塔之间的所有的呼叫数，如式(1)所示；A_call＝{a_call(i，j，t)}_n×n×s  (1)其中，a_call(i，j，t)表示在时刻t第i源呼叫塔与第j个目的呼叫塔之间的呼叫数，t表示时间，以小时为单位，s为观测的时间间隔，n为自然数；步骤2.2、创建塔对DEC矩阵A_dec，表示指定发射塔之间每次网络资源呼叫的时长，如式(2)所示；A_dec＝{a_dec(i，j，t)}_n×n×s  (2)其中，a_dec(i，j，t)表示在时刻t第i源呼叫塔ID与第j个目的塔ID之间的呼叫时长，a_dec(i，j，t)＝a_dura(i，j，t)/a_call(i，j，t)，并且如果a_call(i，j，t)＝0，则a_dec(i，j，t)＝0；a_dura(i，j，t)表示在时刻t第i源呼叫塔ID与第j个目的塔ID之间的呼叫时间间隔；步骤2.3、创建发射塔矩阵，包括流入目的呼叫塔的呼叫数矩阵D_call、源呼叫塔产生的呼叫数矩阵O_call和流入和流出发射塔的呼叫数矩阵R_call，分别如式(3)、式(4)和式(5)所示；D_call＝{d_call(j，t)}_n×s  (3)O_call＝{o_call(i，t)}_n×s  (4)R_call＝{r_call(v，t)}_n×s  (5)其中，表示在时刻t第j个目的呼叫塔的呼叫数；表示在时刻t第i个源呼叫塔产生的呼叫数；表示在时刻t流入和流出第v个发射塔的呼叫数，v表示发射塔ID；D_dure＝{d_dure(j，t)}_n×s、O_dure＝{o_dure(i，t)}_n×s、R_dure＝{r_dure(v，t)}_n×s分别表示源呼叫塔流入的呼叫数时间间隔矩阵、流出呼叫数时间间隔矩阵、全部呼叫时间间隔矩阵；步骤2.4、创建发射塔的DEC矩阵，矩阵中包括时间戳、源发射塔地址(即ID)、目的发射塔ID、电话号码和持续时间；D_dec＝{d_dec(j，t)}_n×s、O_dec＝{o_dec(i，t)}_n×s、R_dec＝{r_dec(v，t)}_n×s分别为流入呼叫时长矩阵、流出呼叫时长矩阵、塔对时长矩阵；步骤3、分析呼叫使用模式，包括呼叫分布、时间模型、地理受欢迎度、呼叫的发射塔活跃性和呼叫与发射塔活跃性的关系，具体方法为：步骤3.1、根据每个塔对和每个发射塔呼叫数的累积分布函数对呼叫分布进行分析，通过将每个塔对和每个发射塔的呼叫数在空间上聚合，对比由塔对产生的呼叫数与发射塔产生的呼叫数目；步骤3.2、根据每个塔对和每个发射塔呼叫数的时间分布函数对时间模型特性进行分析，包含塔对和发射塔的总呼叫数、前三个塔对和发射塔的呼叫数、典型的塔对和发射塔的呼叫数，并分析典型的塔对产生突发呼叫流量随时间连续的特性；步骤3.3、根据每个塔对和每个发射塔呼叫的地理分布对呼叫地理受欢迎度进行分析，按时间的推移，将塔对的所有呼叫聚合起来，并对最大呼叫聚合进行归一化处理，呼叫流量矩阵的行和列描述了部署在不同地方发射塔IDs的起点和终点；根据步骤2中的数据矩阵，进一步分析呼叫地理位置的受欢迎性，计算发射塔的总呼叫，如式(6)所示；其中，P_call表示发射塔之间的总呼叫流量矩阵；步骤3.4、根据每个塔对和每个发射塔呼叫的活跃特性对发射塔的活跃性特征模型进行分析，在连续数小时内，分析大多数塔对产生的呼叫数，分析大多数发射塔是否活跃，以及在分析的时间段内他们没有产生呼叫；步骤3.5、根据每个塔对和每个发射塔呼叫的活动与相应呼叫的关系对发射塔活动与呼叫关系进行分析，根据发射塔产生呼叫的时间数目，分析产生的相应呼叫数目；步骤4、分析网络资源使用情况，包括持续时间的分布、网络资源使用的多样性、网络资源使用的强度、网络资源使用的受欢迎度，具体方法为：步骤4.1、根据每个塔对和发射塔的呼叫发生次数，利用累积分布函数对呼叫持续时间的分布进行分析；步骤4.2、根据步骤4.1中的持续时间分布特性，分析塔对的呼叫时间聚合和持续时间聚合的关系，利用塔对的时间熵理论来建立网络资源的使用多样性数学模型，如式(7)所示；其中，z表示塔对编号，H(z)表示塔对z的时间熵，0≤H(z)≤1，n表示总的被观测小时数，v_z(t)表示时间t时刻塔对z的呼叫次数或持续时长，v_z表示塔对总的呼叫次数或总的持续时长；步骤4.3、利用累积分布函数绘制网络资源的使用分布情况，结合步骤4.2中的分析结果，对网络资源的使用强度进行分析并将其结果应用于蜂窝网络的设计；步骤4.4、根据步骤4.3中分析出的网络资源使用分布情况，将总呼叫数中塔对和发射塔的呼叫数从大到小进行排序，分析塔对和发射塔的使用受欢迎度并将其用于蜂窝网络的优化。