一种基于移动通信信令分析的网络拥塞控制方法及系统与流程

本发明涉及移动通信，具体涉及一种基于移动通信信令分析的网络拥塞控制方法及系统。

背景技术：

1、移动通信网络中，高清视频、物联网等业务爆发式增长，大量终端频繁的注册、业务请求和移动性管理会产生巨量控制信令，导致核心网与基站的信令处理节点极易过载，形成信令拥塞，严重影响业务建立时延和用户感知。

2、传统拥塞控制的做法是，网管系统周期性采集各小区的性能统计指标，如无线资源控制连接用户数、处理器占用率等，与预先设定的固定阈值进行比较。一旦某项指标超限，就触发调整统一接入禁止参数或启动用户迁移。这一过程完全基于已过时的统计平均值，属于先拥堵再处置的被动模式。由于性能指标变化滞后于实际信令冲击，当指标恶化时信令积压往往已经发生，无法提前规避。同时，粗粒度的计数器难以刻画不同用户行为、信令突发模式等特征，导致控制策略一刀切。因此，现有方法缺乏从实时信令流中提前感知拥塞征兆的手段，无法在信令冲击形成前主动疏导，延误了最佳控制时机。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于移动通信信令分析的网络拥塞控制方法及系统，以解决现有方法缺乏从实时信令流中提前感知拥塞征兆的手段，无法在信令冲击形成前主动疏导，延误了最佳控制时机的技术问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种基于移动通信信令分析的网络拥塞控制方法，包括：

4、从核心网与无线接入网之间的接口实时采集控制面信令数据；

5、对所述信令数据进行解析，并根据用户标识关联生成用户信令事件序列；

6、基于所述用户信令事件序列，按照预设时间窗口提取目标小区的网络负载特征和用户行为特征；

7、将所述网络负载特征和用户行为特征输入预先训练的拥塞预测模型，得到未来预设时段内的拥塞风险指示信息；

8、当所述拥塞风险指示信息判定存在拥塞风险时，以区域整体信令阻塞率最低和负载均衡度最高为联合优化目标，采用群体智能优化算法对拥塞控制策略进行多目标寻优，生成并执行全局最优的主动拥塞控制策略。

9、进一步的技术方案是，所述采集控制面信令数据以及生成用户信令事件序列，具体包括：

10、采集无线资源控制连接建立请求、初始上下文建立请求、业务请求、切换请求、周期性注册更新请求和协议数据单元会话建立请求；

11、对每条信令提取用户永久标识、临时标识、小区标识、请求类型、时间戳和请求结果；

12、以所述用户永久标识或所述临时标识为主键建立用户状态机，将同一用户的注册、服务请求、会话建立、切换和释放流程按时间顺序拼接为完整的状态转移序列，并对信令超时事件和信令拒绝事件进行异常标记，形成携带异常标签的所述用户信令事件序列。

13、进一步的技术方案是，所述提取目标小区的网络负载特征和用户行为特征，具体包括：

14、以所述预设时间窗口为统计粒度，对目标小区计算单位时间内各类信令请求次数、信令处理成功率、信令平均处理时延、以及信令到达间隔的均值和方差，构成所述网络负载特征；

15、对所述目标小区统计所述预设时间窗口内去重的用户标识数量作为活跃用户数，根据单位时间内用户跨越的小区数量估计群体移动速度并划分为低速、中速和高速等级，计算当前窗口信令到达率与多个历史窗口信令到达率均值的比值作为突发度指数，并根据用户终端类型或行为模式统计物联网终端与手机终端的占比，构成所述用户行为特征。

16、进一步的技术方案是，所述拥塞预测模型为基于多头自注意力机制的时序神经网络，所述得到拥塞风险指示信息，具体包括：

17、将连续多个时间窗口的所述网络负载特征和所述用户行为特征组成三维特征张量，输入所述时序神经网络，通过自注意力层提取不同时间窗口之间的依赖关系，输出未来多个预设时间窗口的拥塞概率；

18、其中，所述时序神经网络的训练过程包括：获取历史信令数据，将信令处理时延超过核心网保护定时器阈值的时段以及连续出现信令失败或超时的时段标注为拥塞正样本，其余时段标注为正常负样本，以二元交叉熵为损失函数进行有监督训练。

19、进一步的技术方案是，所述采用群体智能优化算法对拥塞控制策略进行多目标寻优，具体包括：

20、将当前存在拥塞风险的各目标小区的可调控制参数编码为粒子的位置向量，所述可调控制参数包括统一接入控制的禁止因子和禁止时长、小区重选偏移量、以及信令流控的延迟响应倍率；

21、构建适应度函数，所述适应度函数为所有风险小区的预测拥塞概率的加权和、区域系统总吞吐量的归一化值、以及用户体验速率达标率的加权求和；

22、以最大化所述适应度函数为目标，通过离散粒子群算法迭代更新各所述粒子的位置和速度，在预设迭代次数后输出全局最优粒子的位置向量，解码得到各所述目标小区的最优控制参数组合。

23、进一步的技术方案是，所述生成并执行全局最优的主动拥塞控制策略，具体包括：

24、根据寻优得到的各目标小区的最优控制参数组合，分别生成以下至少一类操作指令：

25、向目标基站发送包含接入禁止因子和禁止时长的无线资源控制层配置更新消息；

26、向所述目标基站发送包含小区重选偏移量的系统信息块更新消息；向接入与移动性管理功能网元发送信令流控策略，指示对来自所述目标小区的特定优先级业务请求进行延迟响应或扩大响应间隔；

27、向会话管理功能网元或策略控制功能网元发送负载均衡指令，触发将所述目标小区内非保障速率业务的部分用户迁移至邻区；

28、所述操作指令通过操作维护管理接口或服务化接口下发至对应的无线接入网元或核心网网元执行。

29、第二方面，本发明提供一种基于移动通信信令分析的网络拥塞控制系统，包括：

30、信令采集模块，用于从核心网与无线接入网之间的接口实时采集控制面信令数据；

31、信令解析与关联模块，用于解析所述信令数据并根据用户标识关联生成用户信令事件序列；

32、特征提取模块，用于根据所述用户信令事件序列提取设定时间窗口内目标小区的网络负载特征和用户行为特征；

33、拥塞预测模块，内部署有预训练的拥塞预测模型，用于基于所述网络负载特征和所述用户行为特征生成未来预设时段内的拥塞风险指示信息；

34、策略决策模块，用于在所述拥塞风险指示信息判定存在拥塞风险时，利用群体智能优化算法，以网络总体效用最大为目标，对多个候选控制策略组合进行寻优，生成主动拥塞控制策略；

35、策略执行模块，用于将寻优得到的所述拥塞控制策略下发至目标网元执行。

36、进一步的技术方案是，所述群体智能优化算法包括离散粒子群算法，所述策略决策模块将各待调控小区的接入禁止因子、小区重选偏移量和信令流控时延倍率编码为粒子的位置向量，通过迭代更新所述粒子的速度和位置搜索全局最优参数组合。

37、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现基于移动通信信令分析的网络拥塞控制方法。

38、第四方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现基于移动通信信令分析的网络拥塞控制方法。

39、本发明的有益效果在于：

40、通过实时采集并解析控制面信令数据，关联生成用户粒度的信令事件序列，能够从信令交互的微观细节中提前捕捉拥塞形成的早期征兆。在此基础上提取的网络负载特征和用户行为特征，经预先训练的拥塞预测模型处理，可在信令冲击发生前生成拥塞风险指示信息，实现主动预判。当存在拥塞风险时，以区域整体信令阻塞率最低和负载均衡度最高为联合优化目标，采用群体智能优化算法进行多目标寻优，能够自动求解出全局最优的差异化控制策略，避免单小区调控引发的邻区连锁拥塞。由此，本发明解决了现有方法缺乏从实时信令流中提前感知拥塞征兆的手段，无法在信令冲击形成前主动疏导，延误了最佳控制时机的技术问题。