3G网络通信技术与业务管理 毕业论文.doc

目 录第一章 3g通信qos现阶段的发展11.13g通信与qos(服务质量)的内涵21.1.13g通信的内涵21.1.2qos(服务质量)的内涵21.23g网络的特征和其qos特点21.2.13g网络的特征21.2.23gqos的特点分析31.33g时代的用户需求特点4第二章 主要3g通信qos的比较分析72.1 umts的qos分析72.2 3gpp2的gos分析8第三章 改善3gqos(服务质量)的措施探讨113.1加强对3gqos自适应调整算法113.1.1首先遍历网络中正在服务的经济型业务；123.2建立3g核心网与因特网相融合的网络平台133.3加强对qos自适应调整算法的计算143.4对3gqos流程进行合理设计15 3g网络通信技术与业务管理第一章 3g通信qos现阶段的发展3g网络是一个不断演进的网络，从而对承载其业务的传输网络在不同的演进阶段有着不同的要求。虽然目前3gpp(third generation partnership proiect)推荐无线接入采用atm技术但无线接口技术应向着更高的带宽、更大的容量、更好的服务质量(qos)的目标发展而核心网目前正在向全ip的网络架构方向发展。因此如何为不同的业务提供与之相匹配的qos (quality of service)保障，从而尽可能满足用户的个性化需求，同时使收费更加合理化是3g发展过程中的一个关键性问题。1.1 3g通信与qos (服务质量)的内涵1.1.1 3g通信的内涵3g通信是英文3rdgeneration的缩写，指第三代移动通信技术。，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。1.1.2 qos (服务质量)的内涵服务质量（quality of service），指在不同类型网络平台上，如atm、以太网、环形网、ip网络等，为不同要求的数据流提供不同类型服务的能力。服务能力一般指网络能够保证的性能，如数据传输可靠性、网络吞吐率、延迟等。不同服务质量需求对这些性能参数要求也各不相同。而保证服务质量就是保证当前的网络状况能够达到数据流服务质量请求中所要求的性能参数。1.2 3g网络的特征和其qos特点1.2.1 3g网络的特征在大多数移动通信网络中网络结构主要由接入网和核心网组成3g网络也不例外这是建设3g传输网络的重要前提。原有的2g传输网络主要是作为话音的配套网络体现出分层建设的特点：骨干层传输设备常常位于网络的骨干或核心节点具有大容量的业务调度功能，强调业务的中继和传送能力：接人层传输设备覆盖在城域的各热点地区完成业务的接入，体现出低成本、业务处理能力弱的特点；汇聚层设备连接骨干层和接入层完成madm之间的业务整合和汇聚功能。这种金字塔型的传输网络模型是3g业务网络所需的。同时也为移动网络的平滑演进创造了客观条件。传统3g的传输机制中，移动终端ms或服务gprs支持结点sgsn，对移动终端提出的业务类型进行区分，执行区分服务的边缘标记功能，并且ms或sgsn提供区分服务与pdp(packet data protocol，相关分组数据协议)上下文之间的互通转换功能，完成qos自适应调节，这就是传统的端到端qos自适应调节。其实现是通过pdp上下文、因特网骨干网的区分服务及远端网络的qos保证机制等，同时与pdp上下文联的ip聚合流在umts网络内的传送需要低层的qos机制支持，构成了一个完整的传输体系。这种端到端的结构使3g核心网缺乏对网络重负载的预处理能力；以及对用户盲目扩大自己的需求给全网造成的负载加重，缺乏有效的管理；并且当前3g网关基于多媒体流量多少的计费方式，也无法反映用户是否得到满意的多媒体业务。而作为3g核心网与外部internet连接的关键节点，3g网关目前完成的工作只是简单的内外网之间的协议转换，网关的剩余处理能力没有得到充分利用。1.2.2 3gqos的特点分析移动网络提供qos，除了需面对固定网络面临的问题外，还需考虑移动性环境下的特殊问题：1.无线信道的高误码率通过空中接口上的分集技术、差错控制(前向纠错、crc校验)及反馈重传机制来克服，但是反馈再传会引入一定的时延，需要权衡。另外，信道高误码率及切换造成的分组丢失，破坏了“五包是因为网络拥塞造成的”这个基本的tcp拥塞机制设计假设，研究适应于移动环境的tcp协议很有必要。2.无线资源的有限性在兼顾资源使用效率前提下，为保证业务的误码率、时延等qos参数要求，采用多址技术及复杂的mac层防议米合理地配置和管理有限的资源。3.3g移动性问题由于ms位置改变，造成通往ms的分组路由改变，需要研究移动分组路由技术。移动分组路由技术可以用ip层下的具体网络技术来解决，此时蜂窝网范围内的移动性对ip层保持透明；也可以用ip层技术来解决，如移动ip。移动分组路由技术对qos影响体现在两个方面：一是ip层移动分组路由技术会对适用于固定路由情形的qos机制产生难以预料的影响，如隧道技术及改变ip转交地址对rs，的影响；二是ip层以下与具体网络相关的移动路由技术对ip层qos机制保持透明，对具体网络(l2层)的qos机制有影响。1.3 3g时代的用户需求特点 首先，3g时代的用户需求,很多分析人员首先会想到的是各种各样的数据 应用 服务功能,如视像通话、在线浏览、互动游戏、高速下载等,但事实上我们必须承认的是,即使是在数据业务高度普及的3g时代,语音通信仍然会是最大的用户需求。欧洲以及日、韩3g运营商的运营数据表明,数据业务arpu (average revenue per user)所占比例上升的同时,用户的mou (minutes of usage) 并没有出现下降的趋势,相反,在一些价格竞争激烈的地区mou仍然会有所上升。这说明用户对使用语音通信的需求并没有因为对数据业务的需求上升而降低，如表1-1所示。其次,与欧、美市场不同,中国移动通信用户对于短信(sms)有着更为强烈的需求,sms可说是当之无愧的增值业务“杀手级应用” (killer application)。在3g时代,消费者的这种消费习惯将在很大程度上获得延续,因此我们认为用户对3g手机的第二项主要需求在相当长的一段时期内是sms应用。在sms的输入、存储、转发方面具有独到优势的手机终端仍然会受到市场欢迎。 最后，3g业务的最突出的特点是多媒体数据通信,除了3g的典型应用可视电话以外,3g终端还需要支持各类丰富的数据业务应用,因此从功能上,3g手机需要具备彩色高清晰度显示屏、摄像头、大容量及可扩展内存,从设计上,要考虑到用户使用多媒体业务与语音业务的不同特点,按键及菜单设计要方便简捷。表1-1 3g通信qos的主要类别16第二章 主要3g通信qos的比较分析2.1 umts的qos分析umts（通用移动通信系统）为用户提供所要求的端到端服务，为此umts必须建立一个端到端的、有明确特性和功能要求的承载服务，这种服务定义端到端服务质量的特性和功能。控制面信令完成承载建立，此承载需满足用户业务要求的服务质量；用户面传送和服务质量管理功能由承载支持。一个承载服务通过控制信令、用户面传送协议、服务质量管理功能提供事先协商好的。umts的承载服务是分层结构，每一层的承载服务接受下层提供给它的服务，同时向上层提供服务。umts承载服务的层次结构如图2所示，用户业务要通过网络进行传送，必须由若干不同层次的承载服务实现。端到端服务属于应用层，直接面向用户。下层的承载服务包括te/mt本地承载服务、外部承载服务和umts承载服务。图2-1umts承载服务的层次结构te/mt本地承载服务处于终端设备和移动终端间，为这两者提供服务质量保证。外部承载服务位于核心网网关和终端设备间，它可以由多个网络（atm、ip等）服务组成，提供核心网网关和终端设备间服务质量保证。umts承载服务由无线接入承载服务与核心网承载服务等部分组成，前者实现移动终端和核心网lu接口边缘结点间用户数据传送，并提供通用陆地无线接入网中事先协商好或缺省配置的服务质量保证。无线接入承载服务由两部分组成：无线承载服务负责无线接口的传输；lu承载服务负责lu接口的传输。2.2 3gpp2的qos分析3gpp2（第三代合作伙伴计划2）核心网的信令交互采用ansi-41规范，电路交换业务由网络实体mscvlr和hlr处理。对于分组数据业务，其着眼于为移动用户提供互联网移动接人功能。3gpp2的分组网部分直接采用ip作为其网络层协议，其核心网本身就是互联网的一部分。3gpp2的qos结构比较简单，仅包括空中接口qos和a系列接口(接入网) qos，见图2-2图2-2 3gpp2qos流程图msgcsn(pdsn)之间的3g网络尽管有很多中间节点，但只是端到端的ip连接的一个单跳链路。3g网络对端到端ip数据流提供透明承载，端到端的ip qos对3g网络内部节点透明，3g网络中间节点只能通过移动网络特定信令(如3cpp pdp上下文)过程才能知道端到端ip(聚合)流的qos信息。这样导致3c网络的qos重叠层次比较多，效率低下且不利于保证00s。对3gpp来说，从上到下有3层qos机制：端到端ip qos机制、pdp上下文机制、3gpp内部网络的ip di鹏e机制。3gpp通过这些机制可以比较有效地保证端到端ip(聚合)流在3gpp网络部分的qos。对3gpp2来说，用ppp承载端到端ip包。ppp要求ppp帧按顺序发送，不管其承载的是什么业务产生的ip包，所以3gpp2在ppp子层上不具备qos保障机制。另外3gpp2空中接口不能区分处理属于同一ip地址的不同ip流。比较起来，垂直方向上看，3gpp网络q0s机制比较全面、复杂；而3gpp2网络q0s机制不太完善，但比较简单；水平方向上看，3gpp2核心网直接与外部internet骨干网集成，只有1个移动网络特定的分组支持节点pdsn(3gpp有2个)，减少了需要3gpp2qos技术保证的内部网络段数。触发qos自适应算法的条件是网络资源发生改变，有两种事件可导致网络资源发生改变：2.2.1系统中被处理的业务完成服务，释放资源，离开系统，网络上可使用的资源增加，此时的自适应协商流程是1.队列空，调用qos自适应优化optimizeqos 优化网络上正在服务的业务，优先优化奖赏型业务，提高奖赏型业务的qos等级，如奖赏型业务都优化到最高级别还有剩余奖赏，再考虑优化经济型业务。2.队列未空，此时网络上正在运行的业务等级必然都是用户可同意的最低级别，不能通过优化算法降低，查看当前网络可使用的资源是否能够为队列中奖赏型业务服务，如可以，则调用服务子函数为其服务，如当前可使用的资源不能为等待中所有的奖赏型服务，可再查看是否可为经济型服务，否则继续等待。2.2.2有新的业务请求加入系统，也就是业务到达子函数构造了一个仿真业务，此时可能发生的情形有下列4种：1.系统中有充分的资源可供新业务使用，调用服务子函数为新业务服务；2.系统中可使用的资源不足以提供新业务的服务且等2.待队列为空，调用qos自适应优化子函数optimizeqos，如优化后网络上正在运行的所有业务其qos都降到了用户可同意的最低级别，此时当前网络上可使用的资源还是不能为新业务服务时，新业务入队等待；3.系统中资源不足、队列非空且队列未满，即缓存还有空间，新构造的业务入队等待；4.系统中资源不足、队列已满即缓存中没有空间，这种情形下新业务发生溢出丢失。 第三章 改善3gqos(服务质量)的措施探讨为了克服传统3g端到端的optimizeqos体系不足，可以考虑对qos实现方法进行优化，但为了最大限度的保护isp在当前网络上的投入，这种改进不能对框架做实质性变动。本文的3g网络边缘的qos自适应机制和标准3g qos机制相比，改动主要集中在3g网络的边缘网关上增加qos自适应协商控制能力。基于3g网络边缘的含义是针对传统的qos协商调整是在端到端实现而言，本文中的qos协商机制是在3g网络的边缘网关上实现；qos自适应的含义是指网络中业务的qos等。3.1加强对3gqos自适应调整算法当系统中可使用的资源不足以提供新业务使用时，就会触发资源调整,被服务的业务完成后，释放资源时也会触发资源调整，原理类似，限于篇幅，不做展开，调用优化模块进行优化。优化算法optimizeqos主要是对网络上正在服务的业务进行qos等级调整，首先对经济型用户进行调整，如果调整后资源(带宽)仍不够用，再对奖赏型(vip)用户进行调整。在调整过程中如果发现资源够用了，就立即返回，两种用户调整的最低级别都可以设置但不得低于表1所示的最低级别。图3-1 3g网络qos协商机制下面描述优化算法降低qos指标的具体实现流程，运行降低qos指标的条件是系统资源不能为新业务服务且队列空的情况。3.1.1首先遍历网络中正在服务的经济型业务；1.检查其qos级别是否为最低，是最低级别就检查下一个业务，不是最低时则降一级，同时检查资源是否能够为新业务服务，仍然不够时检查下一个业务，如资源已够用，则直接到（5）退出qos优化过程；2.历完一遍后，判断是否还需要进行遍历的条件是遍历中有业务被调整过且资源不够还需要继续优化，如满足上述条件，继续进入(1)遍历，否则进入(5)；3.调整完经济型业务后，资源仍不能为新业务服务时，着手调整奖赏型业务，调整流程同(1)(3)；4.退出qos优化过程；5.经过上述qos优化后，如果仍不能满足新业务的最低使用资源需求，业务进入等待队列，如果队列满，则新业务不可接入，业务溢出丢失。3.2建立3g核心网与因特网相融合的网络平台umts系统能为用户带来最高2 mbs(理论值)的数据传输速率，它通过有效地利用带宽，能顺畅地处理语音、视频和数据(或静态图片)业务。本文中qos等级的论述主要涉及这三类业务。根据网络可提供奖赏型和经济型两种有区别的服务，奖赏型用户通过支付更多费用获得高质量的服务，服务质量参数可通过呼叫阻塞率、译码率以及多媒体服务的格式等一系列参数来测量(表3-1)。表3-1qos等级设计测试结果表3-1中，显示了对于奖赏型和经济型每种媒体的编码率和编码格式可能的组合。静止图片和文本当作同一种媒体对待，具有相同的编码率，但具有不同的编码格式。一旦媒体被指定为经济型则可选择的qos等级为l-4。而对于奖赏型用户而言，无论哪种媒体，其可选的qos等级都比经济型用户要高。由于高的qos等级与更高的编码率和更好的编码格式相关联的，可以看出随着qos等级的增大，媒体的编码率也增大，同时qos等级增加媒体的编码格式也在改善，如对于图片的编码格式jpeg可以保存几百万种颜色，而gif仅限于256种颜色，色彩丰富的图片gif的图片色彩过渡生硬，而jpeg格式的图片则色彩过渡自然。所以由奖赏类的用户请求的业务在同一网络上会得到比经济类用户高的服务质量。当然奖赏类的用户比经济类的用户的支出费用也要高点，但是他们获得了高优先级的服务质量。此外，一旦网络拥塞，奖赏型用户的流量的优先级别的下降和经济型用户相比缓和的多。进一步，奖赏型用户比经济型用户而言拥有更高的进入网络的优先权限。3.3加强对qos自适应调整算法的计算当系统中可使用的资源不