[論文レビュー] A Novel Model for Optimized GSM Network Design

Alexei Barbosa de Aguiar, Plácido Rogério Pinheiro+3 more|ArXiv.org|Sep 5, 2009

Wireless Communication Networks Research参考文献 6被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、基地局子システム（BSS）コスト削減を目的として、BSCの戦略的配置、BTSとBSCの関連付け、E1 trunk割り当てによる伝送コスト最小化を図るための整数型計画モデルと計算ツールを提案する。モデルはBSC配置とトラフィック寸法の最適化により顕著なコスト削減を達成し、大規模ネットワークにおける手動設計への依存度を低減する。

ABSTRACT

GSM networks are very expensive. The network design process requires too many decisions in a combinatorial explosion. For this reason, the larger is the network, the harder is to achieve a totally human based optimized solution. The BSC (Base Station Control) nodes have to be geographically well allocated to reduce the transmission costs. There are decisions of association between BTS and BSC those impacts in the correct dimensioning of these BSC. The choice of BSC quantity and model capable of carrying the cumulated traffic of its affiliated BTS nodes in turn reflects on the total cost. In addition, the last component of the total cost is due to transmission for linking BSC nodes to MSC. These trunks have a major significance since the number of required E1 lines is larger than BTS to BSC link. This work presents an integer programming model and a computational tool for designing GSM (Global System for Mobile Communications) networks, regarding BSS (Base Station Subsystem) with optimized cost.

研究の動機と目的

• 大規模GSMネットワーク設計における高いコストと組み合わせ的複雑性、特にBSS設定に関する課題を解決すること。
• BSC配置とBTS-BSC関連付けの最適化により、伝送およびインfraコストを削減すること。
• BSCとMSC間のE1 trunkの数を最小限に抑え、ネットワーク設計における主要コスト要因を低減すること。
• 整数型計画に基づく計算ツールを開発し、GSMネットワークの自動的かつ最適化された設計を可能にすること。
• 人的依存が強く、非効率な手動設計プロセスに代わる、スケーラブルで数学的に裏付けられたソリューションを提供すること。

提案手法

• BSC、BTS、伝送コストを含む総ネットワークコストを最小化する整数型計画モデルを構築し、BSSコスト最適化を図る。
• BSCごとのトラフィック負荷と容量制約を考慮したBTSとBSCの関連付けをモデル化する。
• BSCのモデル選択と数量最適化を組み込み、トラフィックが容量制限内に収まるようにする。
• BSCとMSC間のE1 trunkの数を最小化し、重要なコスト要因を反映する。
• 整数型計画モデルに基づく計算ツールを用いて最適化されたネットワーク構成を生成する。
• 現実的で実行可能な解決策を保証するため、地理的分布とトラフィック負荷に関する制約を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GSMネットワークにおいて、伝送およびインfraコストを最小限に抑えるために、BSCの配置をどのように最適化できるか？
• RQ2 集約されたBTSトラフィックを処理するにあたり、過剰容量を避けるために必要なBSCの最適な数とモデルは何か？
• RQ3 BTSとBSCの関連付けをどのように決定すれば、E1 trunkの使用量と総コストを最小化できるか？
• RQ4 手動手法と比較して、整数型計画モデルは設計の複雑さとコストをどの程度低減できるか？
• RQ5 BSCモデル選択とトラフィック寸法の最適化は、全体のネットワークコストにどのような影響を与えるか？

主な発見

• 提案された整数型計画モデルは、BSC配置とトラフィック配分の最適化により、総ネットワークコストの顕著な削減に成功した。
• モデルはBSCとMSC間の必要なE1 trunkの数を最小化し、伝送コストの顕著な低減を実現した。
• 最適なBTS-BSC関連付けはBSCの過負荷を低減し、ネットワークの効率性とスケーラビリティを向上させた。
• 計算ツールにより、自動的で再現可能かつスケーラブルな設計が可能になり、熟練者による手動計画への依存度が低下した。
• 特に手動最適化が失敗するような大規模GSMネットワーク設計において、モデルは実現可能性とコスト効率性を示した。
• BSC選定、配置、 trunk 割り当ての統合的最適化により、コスト削減が達成された。