（信号与信息处理专业论文）wcdma流媒体业务的qos研究与仿真.pdf

w c d m a 流媒体业务的q o s 研究与仿真 摘要 支持多媒体业务是第三代移动通信系统的目标之一，而多媒体业务 的运营需要良好的q o s 保证来支持。提供全面的q o s 保证机制对3 g 系统至关重要，其中无线接口是实现移动业务q o s 保证的瓶颈。u m t s 系统( w c d m a 系统) ，是第一个真正清晰定义了端到端q o s 结构的第 三代移动通信系统，其无线接口的链路层协议无线链路控制( r l c ) 可 以通过重传机制弥补无线信道对高层传输性能的影响。 针对分组业务，本文对w c d m a 网络的q o s 保证机制进行了研究， 详细分析了w c d m a 系统无线接口对分组数据的处理；在此基础上构 建了无线接口协议栈仿真模型，实现了w c d m a 系统无线接口仿真平 台：通过搭建的w c d m a 流媒体业务q o s 仿真研究系统，以不同的仿 真参数研究测试了r l c 传输模式对流媒体业务质量的影响，并对仿真 结果进行了分析。 研究表明，w c d m a 系统提出了一个全面的q o s 保证框架，从核 心网到接入网都有相应的协议和设置从时延抖动、错误率和吞吐量三方 面来保证分组数据业务的质量。在具体实施上，网络的q o s 保证可以 通过i p 网络上两种具有q o s 保障机制的服务模型：i n t s e r v 和d i t t s e r v 来 提供。现在主流的实现方案是，运用d i f f s e r v 在w c d m a 网络中实现 q o s 保证。今后还要结合i n t s e r v 模型，才能提供更好的端到端的q o s 保证。无线接口的q o s 保证可以通过r l c 协议重传机制提供可靠的传 输，但它不能同时提供低时延的服务。 仿真结果说明，在较好的移动环境下，r l c 的非确认模式就可以使 流媒体的播放质量得到保证；在恶劣的移动环境下，r l c 的重传机制能 使流媒体的播放质量得到基本保证，但是在进行r l c 设置时应在时延 抖动与r t p 丢包率之间进行折衷，以获得较高的传输效率。另外，仿 真发现，用于i n t e r n e t 的流媒体系统的自适应带宽算法不适用于无 线环境，无线接口造成的丢包会使流媒体服务器误认为网络拥塞而降低 带宽。这是导致仿真中流媒体业务质量恶化的主要原因。 本文的研究及仿真对于在w c d m a 系统上推广多媒体业务具有重 要参考价值。 关键字：w c d m a 系统q o s 分组业务u u 接口r l c 流媒体 q o ss t u d y a n de m u l a t i o n f o rw c d m as t r e a m i n gs e r v i c e a b s t r a c t i t i so n eo ft h eg o a lo ft h e3 “g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e mt os u p p o r tm u l t i m e d i as e r v i c e s w e l lq o sg u a r a n t e ei sn e c e s s a r yf o r p r o v i d i n gm u l t i m e d i as e r v i c e s i ti sv e r yi m p o r t a n tf o r3 gs y s t e mt op r o v i d e c o m p r e h e n s i v eq o sg u a r a n t e em e c h a n i s m a n dt h e a i ri n t e r f a c ei st h e b o t t l e n e c kt oa c h i e v eq o sg u a r a n t e ef o r3 gs e r v i c e s u m t s s y s t e m f w c d m as y s t e m ) ，i st h ef i r s t3 “g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e mw h i c hh a sc l e a rd e f i n i t i o no fe n d t o e n dq o sa r c h i t e c t u r e u s i n g r e s e n d i n gm e t h o d ，r a d i o l i n kc o n t r o l ( r l c ) l a y e ri nw c d m aa i r i n t e r f a c ep r o t o c o ls t a c kc a nc o m p e n s a t eh i g hl a y e rt r a n s p o r tp e r f o r m a n c e a f f e c t e db yr a d i oc h a n n e l c o n c e r n i n gt op a c k e td a t as e r v i c e ，t h i sa r t i c l es t u d yq o sg u a r a n t e e m e c h a n i s mi nw c d m an e t w o r ka n da n a l y s i sp a c k e td a t ap r o c e s sp r o c e d u r e i nw c d m aa i ri n t e r f a c ei nd e t a i l t h e naw i r e l e s si n t e r f a c ep r o t o c o ls t a c k e m u l a t i o nm o d e li sc o n s t r u c t e d ，a n daw c d m aw i r e l e s si n t e r f a c e e m u l a t i o np l a t f o r mi s r e a l i z e d f i n a l l y , aw c d m as t r e a m i n gs e r v i c e e m u l a t i o ns y s t e mi ss e tu p b a s eo i lt h e s e ，a u t h o ru s ed i v e r s ee m u l a t i o n p a r a m e t e r st ot e s tt h ee f f e c to ns t r e a m i n gs e r v i c eb yr l ct r a n s p o r tm o d e ， a n da n a l y s i st h ee m u l a t i o nt e s tr e s u l t s t u d yi n d i c a t e s t h a tw c d m as y s t e mg i v e so u tac o m p r e h e n s i v e g u a r a n t e eq o sa r c h i t e c t u r ea n dg u a r a n t e e sq o so fp a c k e td a t as e r v i c ei n ji t t e r , e r r o r r a t ea n d t h r o u g h p u t w i t h c o r r e s p o n d i n gp r o t o c o l a n d c o n f i g u r a t i o nf r o mc o r en e t w o r kt h r o u g hu t r a n i np r a c t i c e ，n e t w o r k q o sg u a r a n t e e c a nb ea c h i e v e db yt w oi pn e t w o r kq o sg u a r a n t e e m e c h a n i s m sw h i c ha r ei n t s e r v1 - n o d e la n dd i f f s e r vm o d e l a tp r e s e n t ， d i f 瑁e r vm o d e li st h em a i ns c h e m et or e a l i z eq o s i nw c d m an e t w o r k i n t h er u t u r e ，i n t s e r vm o d e lw o u l db eu s e dt o g e t h e r t o p r o v i d e b e t t e r e n d t o e n dq o sg u a r a n t e e q o sg u a r a n t e ei nw i r e l e s si n t e r f a c e c a nb e a c h i e v e db yr l c sr e s e n d i n gm e c h a n i s mt op r o v i d ec r e d i b l et r a n s p o 堪b u t i tc a nn o tp r o v i d el o wd e l a ys e r v i c ei nt h es a l i l et i m e e m u l a t i o nt e s ti l l u m i n a t e sf o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ：e v e nr l cu m m o d e c a ng u a r a n t e eq o so fs t r e a m i n gs e r v i c ei ng o o dm o b i l ee n v i r o n m e n t ； r l c ，sr e s e n d i n gm e c h a n i s mc a np r o v i d e b a s i c g u a r a n t e e f o r q o so f s t r e a m i n g s e r v i c ei nb a dm o b i l ee n v i r o n m e n t ，b u t i ti s n e c e s s a r yt o c o n f i g u r ec a r e f u l l yi nr l ci no r d e rt oc o m p r o m i s ei nd e l a yj i t t e ra n dr t p l o s sr a t e t og e th i g h e rt r a n s p o r te f f i c i e n c y i na d d i t i o n ，e m u l a t i o ni n d i c a t e s t h a tb a n d w i d t ha d a p t e da l g o r i t h mo fs t r e a m i n gs e r v i c es y s t e mi ni n t e m e t i s n o ts u i t a b l ei nw i r e l e s se n v i r o m e n t t h e s es t r e a m i n gs y s t e m sm a y m i s t a k e p a c k e tl o s s c a u s e db yw i r e l e s si n t e r f a c ef o rn e t w o r kj a l t la n dl o w e rt h e b a n d w i d t ha c t i v e l y i ti st h em a i nr e a s o nw h i c hd e t e r i o r a t e sq o so f s t r e a m i n gs e r v i c ei nt h ee m u l a t i o nt e s t t h es t u d ya n de m u l a t i o nw o r ki nt h i sa r t i c l eh a si m p o r tr e ：f e r e n c ev a l u e f o rs p r e a d i n gs t r e a m i n gs e r v i c ei nw c d m as y s t e m k e yw o r d s ：w c d m as y s t e m r l c s t r e m n i n g q o s p a c k e ts e r v i c eu ui n t e r f a c e 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签各一摩盛一 本人承担一切相关责任。 日期：鲤5 ! ! 窆 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学 校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段 保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文 注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：2 銎腿日期：坦：i ：丝 导师签名：墨喀妇日期：加6 ，；工3 北京, 1 大学坝。卜论文 w c d m a 流媒体q o s 的研究与仿真 第一章、概述 目自“关于第三代移动通信系统( 3 g ) 的研究开发和建设工作正在全球范围内进 行。3 g 的其中一个基本特征是能够支持多媒体业务，涵盖从话音到到分组数据的 全部业务种类。3 g 中的多媒体业务主要包括视频电话、流媒体点播、上网和多媒 体信息等。其中视频电话和流媒体业务对通信网络的要求比较高，具有技术代表性； 另一方面，流媒体点播和多媒体信息是对网络运营商和内容提供商而言比较具商业 价值的业务，所以我们选择了流媒体业务为代表来研究w c d m a 系统的q o s 保证 机制。 在移动通信系统上提供多媒体业务，关键是能否实现q o s 保证。在各个相关 标准组织提出的3 g 技术标准中，欧洲提出的u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s 通用移动通信系统) 是第一个真正清晰定义了端到端 q o s 结构的移动通信系统。然而，移动通信系统q o s 的实施是非常复杂和困难的。 目前u m t s 系统也并没有明确定义端到端q o s 的实现方法，但是明确了相关解决 方案应该具备的能力，比如必须能满足端到端的q o s 要求，在移动过程中保持q o s 的连贯性等。而且以往的q o s 研究主要针对i p 网络，并不直接适用于移动通信网 络。如何在移动通信系统中提供q o s 保证，如何在无线环境中保证业务的质量， 都是摆在人们面前的难题。 u m t s 系统采用w c d m a 作为无线传输技术，又称为w c d m a 系统，本文 描述中所使用的u m t s 系统和w c d m a 系统是指同一系统。当前商用的w c d m a 系统大都是r 9 9 版的，所以，没有指明的情况下，本文提及的w c d m a 系统都是 针对r 9 9 版的。 i iq o s 的概念 对于服务质量( q o s ：q u a l i t yo fs e r v i c e ) ，c c i t t ( 现在称i t u - t ) 最早曾给 出如下的定义：“q o s 是一个综合指标，用于衡量使用一个服务的某些满意程度”。 后来r a c e ( r e s e a r c hi n t oa d v a n c ec o m m u n i c a t i o nf o re u r o p e ) y 给出更进一步的定 义：“q o s 描述了关于一个服务的某些性能特点，这些性能特点是用户可见的，它 北京i | | | 电火学7 0 i = l z 论义w c d m a 流媒体q o s 的研究与仿真 以用户可理解的语言表述为一组参数。这些参数具有客观值( 如抖动，延迟) 或主 观值( 如安全性) 。” 所以，业务的q o s 是通过用户的主观感觉和业务的客观需求反映的。主观感 觉就是指用户使用业务时的感觉，如请求的延迟是否过大，画面是否抖动，声音和 图像是否匹配完好等。客观需求就是指不同的业务对网络有不同的要求，如带宽、 时延、抖动、时延允许范围、分组丢失、吞吐量、可靠性等，这些需求可以用数字 量化，可以通过网络的统计结果反映。 多媒体业务常用的q o s 参数可以分成三类： 1 ) 可靠性方面：就是保证数据的正确率方面的参数，如是否采用重传机制、 最大重传次数、是否采用c r c 校验、c r c 位数等。 2 ) 时延抖动方面：就是保证业务的时延和时延抖动方面的参数，如最大时延 抖动、优先缴等。 3 ) 吞吐量方面：就是保证数据速率方面的参数，如最大数据速率、保证数据 速率、带宽等。 1 2 流媒体系统 流媒体指在i n t e m e t i n t r a n e t 中使用流式传输技术的连续实时媒体，如音频、视 频等多媒体流。流式传输是指，将多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩 包，由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。流媒体在播放前并不下载整个文 件，只在 t 始时将丌始部分的内容存入内存，然后流媒体的数据流随时传送随时播 放，所以只是在开始时有一些延迟。 1 , 2 1 流媒体系统架构 典型的流媒体系统主要由媒体源、制作端、服务器端、网络和客户端五个方面 构成。 制作端通过各种音视频捕获卡、摄像机等设备实现对节目源( 如，电视台节目、 光盘、卫星输入信号、直播现场等) 内容的采集，再通过各种编码软件将实时捕获的 信息或其它现有的多媒体文件编码转换为媒体流的格式，实现对各种媒体的“流化” 处理，以及实现相关媒体流的编辑、合成等，最后流媒体节目以媒休流的格式存储 于服务器中。 服务器端主要用来存储和控制媒体流数据，为客户端提供各种流媒体服务，如 北京| | 】| j i u 人学碰l 。论义 w c d m a g ：a 媒体q o s 的研究与仿真 丁| 始、暂停等。基本配制时，服务器端可以是标准w e b 服务器也可以是专用的流 媒体服务器。高级配制时，服务器端可以包括：流媒体服务器、内容服务器、缓存 服务器、门户网站等，它们通过i p 网络连接。流媒体服务器主要负责存储会话描 述文件、建立连接、能力协商、计费等任务。内容服务器主要负责存储和管理流媒 体文件，它必须和流媒体服务器一起配合工作。内容服务器的功能可以集成在流媒 体服务器上来实现，也可以单独实现。流媒体服务器和客户端是构成一个流媒体系 统的最小配置。 现在使用较多的流媒体系统主要有m i c r o s o f t 公司的w i n d o w sm e d i a 、 r e a l n e t w o r k s 公司的r e a lm e d i a 和a p p l e 公司的q u i c k l i m e 。a p p l e 的服务器一般都 以m a c 为操作平台，而w i n d o w sm e d i a 的服务器必须使用s e r v e r 版的操作系统。 考虑到演示方便等因素，本文的仿真采用了r e a lm e d i a 的流媒体系统。 1 2 2 流媒体业务涉及的主要协议 在i p 网络中传输媒体流时，所涉及的网络协议主要包括：网络层的i p 协议，传 输层的t c p 肥d p 册p 任h c p 协议，以及应用层的h t t p ，r t s p 尉d 以s 协议等，不同 的流媒体系统对应不同的传输协议栈，如图1 1 所示。 ( b )( c ) w i n d o w sm e d i at e c h n o l o g yh t r ps t r e a m i n g 图l - 1 不同流媒体系统的传输协议栈 由于仿真采用了r e a lm e d i a 的流媒体系统，所以这里对r e a lm e d i a 涉及的协议 栈进行说明。i p 、u d p 、t c p 是常用的网络协议，而r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) r t c p ( r e a l t i m e t r a n s p o r tc o n t r o l p r o t o c 0 1 ) 是i e t f 为了在i p 网络上传输实时媒体 提出的协议，r t s p ( r e a l t i m es t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) 是r e a i n e t w o r k s 公司和n e t s c a p e 公司共同提出的用于控制实时媒体传输的应用层协议。 r t p 和r t c p 配套使用，一起来为流媒体传输提供拥塞控制和流量控制服务。 r t p 通过提供时间戳、序号等时剧信息及流同步等机制为实时数据提供一对一或一 w c d m a 流媒体q o s 的研究与仿真 对多的传输。r t p 协议通常使用u d p 来传送数据，但也可以在t c p 或a t m 等其 他协议之上工作。值得注意的是，r t p 本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的 传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠r t c p 提供这些服务。r t c p 并 不传输实际媒体数据，而只是传输控制信息。r t c p 为客户端与服务器端提供了一 种反馈机制，以进行网络自适应调整。在r t p 协议工作期间，各参与者周期性地传 送r t c p 包。r t c p 包中含有已发送数据包的数量、丢失数据包的数量等统计资料， 因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效负荷类型。r t p 和r t c p 配合使用，它们能以最小的开销和有效的反馈使传输效率最佳化，因而特 别适合传送网上的实时数据。r t p 和r t c p 并不是独立的一层协议，一般依附于传 输层或应用层来实现。 r t s p 在体系结构上位于r t p 和r t c p 之上，用来控制媒体流的传输。r t s p 本身只传输控制信息，它利用底层传输协议如r t p r t c p 所提供的服务来控制媒体 流数据的传输。它建立、控制服务器和客户端之间的连续视频音频流，并可以提供 远程控制功能如播放，暂停，快进等，可以提供传输通道( u d p 或t c p ) 的选择和基 于r t p 的传输机制的选择。使用r t s p 时，客户机和服务器都可以发出请求，即 r t s p 可以是双向的。 1 - 3w c d m a 上的流媒体业务 流媒体业务在3 g p p 中被称为透明的端对端分组交换流媒体业务( t r a n s p a r e m e n d t o e n dp a c k e ts w i t c h e ds t r e a ms e r v i c e ) ，简称为p s s 业务。该规范定义的流媒 体业务是：一种能边传输边播放数字音频、数字视频等连续性同步媒体的应用。 在移动业务中，流媒体业务是介于会话型视频业务和多媒体消息业务( m m s ) 之 间的一种业务，它对终端设备、网络支持的要求也介于两者之间。流媒体业务要求 终端设备能连续接收速率比较高的数据流、进行实时的解码、具有一定的容错纠错 能力，对网络服务的时延和错误率有一定要求，但关键是不能有过大的时延抖动。 所以流媒体业务对移动通信系统的q o s 要求是较高的。 1 3 1w c d m a 系统简介 第三代移动通信系统3 g ( 3 r dg e n e r a t i o n ) ，国际电联也称i m t - 2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a l m o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n si nt h ey e a r2 0 0 0 ) 。它能够将语音通信和多媒体通信相结 合，其可能的增值服务将包括图像、音乐、网页浏览、视频会议以及其他一些信息 4 北京揶i 岜大学硼士论义 w c d m a 流媒体q o s 的研究与仿真 服务。3 g 意味着全球适用的标准、新型的业务、更大的覆盖面，以及更多的频谱 资源以支持更多用户。 3 g 系统与现有的2 g 系统有根本的不同。3 g 系统采用c d m a 技术和分组交 换技术，而不是2 g 系统通常采用的t d m a 技术和电路交换技术。所以3 g 将支持 更多的用户，实现更高的传输速率。 3 g 的无线传输技术有以下需求： 在高速运动时信息最高传输速率达到1 4 4k b p s ，步行运动时信息最高传输速率 达到3 8 4k b p s ，室内运动时信息最高传输速率达到2m b p s ： 根据带宽需求实现的可变比特速率信息传递： 一个连接中可以同时支持具有不同q o s 要求的业务； 满足不同业务的q o s 要求，包括从实时的语音业务到尽力而为的数据业务。 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s 通用移动通信系统) 是采用 w c d m a 接v l 的第三代移动通信系统，w c d m a 是一种直扩序列码分多址技术 ( d s c d m a ) ，信息被扩展成3 8 4 m c h i p s 后在5 m h z 带宽内传送。它采用了多种 技术保证q o s ：支持同步异步基站运行模式，采用上下行闭环加外环功率控制方 式，同时使用丌环和闭环发射分集方式，上下行采用q p s k 调制，支持t u r b o 编码 及卷积码。 u m t s 系统是基于g s m 系统演进而来的，在网络结构功能划分上与g s m 网 络的划分是一致的，都分为无线接入子系统、核心网络子系统和操作维护子系统。 但u m t s 系统在多业务方面与g s m 系统截然不同，u m t s 系统的发展方向是分阶 段实现向全i p 演进。根据演进阶段的不同，u m t s 系统发布了系列版本，已发布 的包括r 9 9 、r 4 、r 5 和r 6 。 r 9 9 是3 g p p 关于第三代网络标准化的第一阶段版本，r 9 9 的协议标准化己于 2 0 0 1 年6 月冻结。为了确保运营商的投资利益，r 9 9 的网络结构设计中充分考虑 了2 g 和3 g 的兼容性问题，以支持2 g 网络向3 g 的平滑过渡。现在已经商用的 w c d m a 系统大多是根据r 9 9 版建设的，所以本文的研究和仿真都是针对r 9 9 版 的w c d m a 系统。r 9 9 版w c d m a 系统的核心网采用分组域和电路域分别承载处 理的方式，分别接入公用交换电话网p s t n 和公用数据网p d n ，引入了宽带技术， 提高了网络性能。 北京j l u 人学坝i j 论义w c d m a 流媒体q o s 的研究与仿真 1 3 2w c d m a 流媒体业务流程 提供p s s 业务的流媒体系统与一般流媒体系统的主要区别是接入网络不同，系 统构成中增加了用户及终端配置服务器，图l 一2 给出了组成框图。 毋缈a n 固 盛激 咿网站 图1 2w c d m a 沆煤体系统的构成 注：g e r a n ( g s m e d g e 无线接八网络) u t r a n ( u m t s 陆地无线接入网络) s g s n ( g p r s 服务支持节点) g g s n ( g p r s 网关支持节点) 从图1 2 可以看出，整个系统主要由客户终端、无线接入网、核心网络及后台 服务器构成。后台服务器主要有：流媒体( 内容) 服务器、缓存服务器、门户网站、 用户及终端配置服务器等，它们通过i p 网络实现互联。普通用户通过无线方式接 入到移动通信网络，进而访问内容服务器获取所需要的流式节目。 用户及终端配置服务器主要用于保存用户预设的参数、终端设备的能力等有关 信息，比如：终端设备的屏幕大小，能支持的节目格式等等。如果系统中保存有这 些信息，那么系统可以用来控制节目的传送。比如：如果知道用户的屏幕大小为 1 2 8 x 9 6 ，那么就不让用户点击图像尺寸大于1 2 8 x 9 6 的节目。 以r e a l 流媒体平台为例，一个典型的流媒体业务流程如图1 3 所示。 6 、， 訾鏖融 k 矿 望、i、匿一 核一 一 一 竺乎 u ， 一篙一 、 北京| | | | jj u 人学砸l j 论文w c d m a 流媒体q o s 的研究与仿真 终端殴备 s g s n 流媒体( 内容) f p 网站 服务器 利用u r 拭取w e b w w w n 页 丽丽而丽而丽雨丽- 1 ：利用r t s p ：s e t u p ：。建立分组数据通道 r 叫 广 l 利用r t s p ：p l a y p ，u d p r t p j r t s p ：t e a r d o w n | 拆除分组数据通道 l 一 - d 图1 3 流媒体系统的会话流程示意图 从图l 一3 可知，p s s 业务流程主要包含以下几个步骤： 1 ) 终端获取会话描述。会话描述主要是对流媒体的持续时间、含有多少个子 媒体流、编码格式、链接地址、场景描述等播放相关信息。它可以单独存成一个文 件，通常以s m i l ( s y n c h r o n o u sm u l t i m e d i ai n t e g r a t el a n g u a g e l 或s d p ( s e s s i o n d e s c r i p t i o np r o t o c a l ) 格式表示；也可以作为文件首部信息和媒体数据存在一起，通 常以r t s pu r l 格式表示。3 g p p 并没有规定用户如何获得这些文件或u r l ，但p s s 终端必须支持通过本地文件访问协议f i l e ：本地文件、h 1 v r p 协议h t t p ：u r l 、实时 流协议r t s p ：u r l 来获取会话描述信息。比较好的方法是将这些u r l 嵌入到h t m l 网页中，当用户点击网页中的这些链接时，支持h t t p 协议的浏览器就可以根据文 件的类型启动相应的媒体播放器( 这里是r e a l p l a y e r ) ，自动地将会话描述文件下载到 客户端。 2 ) 终端根据会话描述信息，用相应的协议在指定时间按指定方式，和指定的 媒体服务器建立连接，获取节目。这里，r e a l p l a y e r 通过r t s p 的s e t u p 命令来建 7 北京娜i u 大学钡：论文 w c d m a 流媒体q o s 的研究与仿真 立连接，这需要在通信系统中为终端分配分组数据通道。控制信息和媒体流数据可 以复用在一个数据通道上，也可以各自占用一个数据通道。如果一个流媒体中包含 多个子流媒体，这几个子流媒体各自存贮在不同的位置，那么终端设备就可能要为 这些子流媒体各自建立一个连接。在连接建立后，服务器和终端设备互相告知对应 的u d p 或t c p 端口号。终端设备可以向服务器发送r t s p 的p l a y 命令，让服务 器丌始发送用户想要的节目。 3 ) 流媒体数据传输。对于流媒体业务，一般采用实时传输协议r t p 及其配套 协议r t c p 传输数据。通常，r t p 通过u d p i p 承载，r t c p 通过t c p i p 承载。 4 ) 流媒体会话控制，就是用户可以控制流媒体播放的进度，如快进、倒退或 暂停等。3 g p p 采用r t s p 协议来实现连续流媒体的会话控制，但只要求实现r t s p 的基本功能。r t s p 协议专门用于传送流媒体业务的控制信息，属于应用层，可以 用t c p 或u d p 方式传输。 5 ) 终止播放。这可以通过用户控制实现或者通过流媒体播放完毕自动要求终 止实现。终端和服务器交互信息，终止连接，然后通信系统收回为终端分配的流媒 体分组数据通道。 1 4 论文内容介绍 论文共分5 章，内容如下： 第一章概述。简述论文的背景及其意义，介绍了q o s 的概念、流媒体系统架 构及协议和w c d m a 系统，描述了w c d m a 系统上的流媒体业务流程；给出了本 文的内容安排。 第二章w c d m a 系统分组数据的q o s 保证机制。由于移动互联网是大势所趋， 网络的q o s 保证对移动业务尤其是移动分组业务的顺利推广非常重要，所以这章 分析了w c d m a 系统对分组数据业务的q o s 保证机制。 第三章w c d m a 系统无线接口对分组数据的处理。由于无线信道是随参信道， 信道质量随时变化，丢包率高，所以无线接口是实现移动业务q o s 保证的瓶颈。 这章详细分析了w c d m a 系统无线接口对分组数据的处理和q o s 保证。 笫| ! ! ；| 掌仿真。在前两章的基础上，作者搭建了w c d m a 系统无线接口仿真平 台。无线链路控制( r l c ) 是w c d m a 系统的第2 层协议，具有错误恢复和流控 制的功能，可以弥补恶劣的无线信道环境对高层传输性能的影响。所以这章对r l c 传输模式对流媒体业务质量的影响进行了仿真和分析，这对于在w c d m a 系统上 北京i h l $ l u 人学f 硼l j 论义 w c d m a 流媒体q o s 的研究与仿真 推广多媒体业务具有重要参考意义。 第五章总结与展望。总结全文，指出w c d m a 系统q o s 保证机制目前存在 的不足之处，提出下一步需要继续研究的方向。 一般情况下，本文在提及w c d m a 系统时，默认为r 9 9 版的w c d m a 系统， 提及无线接口时，默认为采用w c d m af d d 技术的无线接口。另外，大部分分组 业务都通过分组域传输，只有视频电话是通过电路域传输的，所以本文在提及分组 业务时，默认为除了视频电话外的分组业务。 北京i i i g 电人学颂i 论文 w c d m a 流媒体q o s 的研究与仿真 第二章、w c d m a 系统分组数据的q o s 保证机制 本章主要分析了w c d m a 系统对分组数据的q o s 保证机制。首先2 1 节介绍 了w c d m a 系统的主要功能实体，分组数据在w c d m a 系统传输中主要涉及的协 议，然后2 2 节介绍了w c d m a 系统的业务分类、整体q o s 架构和常用q o s 参数， 最后2 3 节分析了w c d m a 系统为分组数据提供的q o s 保证机制。其中2 3 节介 绍了w c d m a 系统中的传输网络p 网、a t m 网的q o s 保证机制，分别讨论了u u 接口、l u 接口和g n 接口中各层的q o s 保证作用。 2 1w c d m a 系统对分组数据的处理 w c d m a 系统由u e 、u t r a n 和c n 构成，图2 - 1 为w c d m a 的系统结构o l 。 c n 侧网元实体沿用了g s m g p r s 的定义，这样可以实现网络的平滑过渡：而无线 侧u t r a n 则基于w c d m a 技术，其变化是革命性的。 图2 1w c d m a 的系统结构 ! ! 皇型坐叁竺塑：1 笙苎竺里坚垒鎏堡堡望竺! 塑旦塞兰堕塞 u t r a n 是u m t s 的无线接入网，由一系列无线网络子系统r n s 组成。r n s 包括的网络单元有无线网络控制中心r n c 和w c d m a 的收发信基站n o d eb ，一般 每个k n s 由一个r n c 和多个n o d e b 组成。 核心网c n 分为电路域c s 和分组域p s 。电路域基于g s mp h a s e 2 + 的电路核心 网的基础上演进而来，网络单元包括移动业务交换中心m s c 、拜访位置寄存器v l r 、 网关移动业务交换中心g m s c 。分组域基于g p r s 核心网的基础上演进而来，网络 单元包括服务g p r s 支持节点s g s n 、网关g p r s 支持节点g g s n ，归属位置寄存 器h l r 、鉴权中心a u c 和设备标识寄存器e i r 为电路域和分组域共用网元。从整 个c n 子系统来看，u m t sr 9 9 核心网与g s m g p r s 的核心网之间的区别，主要体 现在接口的差别以及业务上的差别。 3 g 用户使用分组数据业务时，数据一般要经过四个设备才能到达i n t e r n e t 上的 服务器，这四个设备分别是：u e ( u s e r e q u i p m e n t ) 、r n s ( r a d i o n e t w o r ks u b s y s t e m ) 、 s g s n ( s e r v i n g g p r ss u p p o r t n o d e ) 和g g s n ( g a t e w a y g p r ss u p p o r t n o d e ) ， 用户设备u e 通过u u 接口和u t r a n 互连，u t r a n 通过i u 接口和c n 互连。 u u 和i u 接口的协议分为两部分：用户平面协议和控制平面协议，其中用户平面协 议实现高层业务的承载。本节先介绍w c d m a 系统中主要功能实体的作用，再分 别介绍w c d m a 系统用户平面和信令平面对分组数据的处理。 2 i 1w c d m a 系统主要功能实体 1 ) 移动交换中一t ) ( m s c1 m s c 提供交换和完成移动用户寻呼接入、信道分配等重要任务，并提供面向系 统其它功能实体和面向固定网的接口功能。作为c s 域网络的核心，m s c 与其他网 络单元协同工作，完成移动用户位黄登记、越区切换和自动漫游、合法性检验及频 道转接等功能。 2 ) 拜访位置寄存器r v l r ) v l r 控制所有漫游到它所控制的m s c 区域中的移动用户，它登记了这些用户 的位置和签约信息。一个v l r 可能控制多个m s c 。v l r 中的用户信息是动态变化 的，一旦用户漫游出本v l r 区域，用户将在新的v l r 中登记。 3 ) 服务g p r s 支持节, 点( s o s n l 类似m s c ，s g s n 是分组业务的处理中心，直接服务于移动用户，向移动用户 提供移动性管理、会话管理( 包括p d p 上下文的处理、q o s 的监测控制) 和分组域的 ! ! 塞! ! ! ! ! 生查竺塑笙：! j ! ! ! 竺里坠亟堡竺里竺! 塑! ! 塞量堕塞 业务。s g s n 存储了分组域用户的相关位置和签约信息，这些数据在处理分组数据 传输时是必要的，它非常类似v l r ，同样是一个动态的数据库。 4 ) 网关g p r s 支持节点( g g s n ) g g s n 是p l m n 网络连接外部分组网的节点，它实际上是个互联网网关i 通过 g i 口与p d n 网络互联，通过g r d g p 口与s g s n 互联，g g s n 存储了来自s g s n 和 h l r 的数据，这两种数据在处理分组数据传输是必要的。g g s n 包含用于连接用户 的路由信息，为外部数据网的数据送到u e 提供通道。 g g s n 和s g s n 功能实体可以合并为一个物理节点，也可以分属于两个不同的 物理节点。s g s n 和g g s n 都包含i p 路由功能，可以与口路由器互连。当它们同 属于同一个p l m n 网时，它们之间通过g n 口相连；当它们分属不同的公众陆地移 动电话网( p l m n ，p u n i cl a mm o b i l e n e t w o r k ) 时，它们通过g p 口相连。g n 口 和g p 口的主要区别是后者增加了p l m n 间通信所要求的安全性功能。 5 ) 归属位置寄存器和鉴权中g 、( h l r a u c ) h l r 是管理移动用户的数据中心，存储的是本地注册的移动用户的参数i 是静 态的数据库。一个p l m n 可能包含一个或多个h l k ，这取决于用户的数量。j h l r 存储下列用户信息： ( 1 ) 用户标识：i m s i ( i n t e r n a t i o n a lm o b