（电磁场与微波技术专业论文）异构无线环境中基于gprsedge系统的信道配置及网络选择策略研究.pdf

i 一 ， 独创性( 或创新性) 声明 l i i il l iq l l lq , i l l li ii ii ii y 17 5 7 3 9 0 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，本人承担一切相关责任。 本人签名：琶区托l 始，日期：皿 坦马q 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 a 、 r 1 异构无线环境中基于g p r s e d g e 系统的信道配置及 网络选择策略研究 摘要 无线通信领域的各种技术蓬勃发展，目前蜂窝移动通信系统、数 字广播系统、宽带无线接入系统及卫星通信系统并存，下一代网络的 异构化趋势更加明显。本文的研究分为水平异构和垂直异构两个方 面。 g s m 、g p r s e d g e 及3 g 的并存构成了蜂窝系统水平方向的异 构。主要研究水平异构环境下网络资源的优化配置。分析g p r s e d g e 网络关键性能参数，构建评价数据业务网络性能的k p i 体系。 考虑语音业务及数据业务的特点，提出g p r s e d g e 网络动态信 道配置的三种方法：语音业务优先分配算法、基于统计的长期分配机 制及基于业务属性的短期调整机制，仿真结果表明所提算法在保证语 音业务q o s 前提下，可最大化数据业务的吞吐量，同时提高了网络 资源的利用率。 选取u m t s 蜂窝网和w l a n 作为垂直异构的研究对象，因为两 者具有较好的互补性。阐述两种网络互联互通的融合方案；研究异构 无线网络的垂直切换及网络选择算法。 提出一种保证实时业务o o s 的网络切换策略：在进行网络选择 时综合考虑表征网络性能的接收信号强度r s s 、带宽、负载、能耗及 时延等关键参数；通过对w l a n 系统设置负载门限的方法优先保证 实时业务的q o s , 引入切换稳定时间来避免乒乓效应；最后通过仿真 验证所提切换策略既可减少切换次数，又可提高实时业务的平均吞吐 且 单。 关键词：异构网络g p r s e d g e 信道配置u m t sw l a n 垂直切换 t h er e s e a r c ho fc h a n n e lc o n f i g u ra t l 0 na n d n e t w o r ks e l e c t i o ns t rp 汀e g yb a s e do ng p r s e d g e i nh e t e r o g e n e o u sw i r e l e s se n v i r o n m e n t a l lk i n d s o ft e c h n o l o g i e sa r ef l o u r i s h i n gi nt h ef i e l do fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n s n o w a d a y sc e l l u l a r m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ， d i g i t a lb r o a d c a s t i n gs y s t e m ，b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s ss y s t e ma n d s a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mc o e x i s t t h eh e t e r o g e n e o u st r e n di s m u c hm o r eo b v i o u sf o rn e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k t h er e s e a r c ho ft h i s p a p e r i n c l u d e st w o a s p e c t s ：h o r i z o n t a lh e t e r o g e n e o u sa n d v e r t i c a l h e t e r o g e n e o u s g s m 、g p r s e d g ea n d3 gc o e x i s t ，w h i c hm a k e st h eh o r i z o n t a l h e t e r o g e n e o u si nt h ec e l l u l a rs y s t e m d or e s e a r c hm a i n l yo nt h eo p t i m a l r a l l o c a t i o no fn e t w o r kr e s o u r c e si nt h eh o r i z o n t a l h e t e r o g e n e o u s e n v i r o n m e n t a n a l y z et h ek e yp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so fg p r s e d g e ， a n de s t a b l i s ht h ek p is y s t e mf o re v a l u a t i n gt h ed a t as e r v i c en e t w o r k s c o n s i d e r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fv o i c et r a f f i ca n dd a t at r a f f i c ，t h r e e d y n a m i cc h a n n e lc o n f i g u r a t i o nm e t h o d sa r ep r o p o s e d ：v o i c es e r v i c e p r i o r i t ya l l o c a t i o ns c h e m e ，t h el o n g t e r ma l l o c a t i o nm e c h a n i s mb a s e do n s t a t i s t i ca n dt h es h o r t - t e r ma d j u s t m e n tm e c h a n i s mb a s e do nt r a f f i c p r o p e r t i e s t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h es c h e m e c a nm a x i m i z et h e d a t at r a f f i ct h r o u g h p u to nt h ep r e m i s eo fe n s u r i n gt h eq o so fv o i c e s e r v i c e a n da l s oi tc a ni m p r o v et h er e s o u r c eu t i l i z a t i o no ft h en e t w o r k u m t sc e l l u l a rn e t w o r ka n dm 。a na r ec h o s e na st h es t u d i e d o b j e c t sf o rv e r t i c a lh e t e r o g e n e o u s ，b e c a u s et h e yc a nc o m p l e m e n te a c h o t h e rv e r yw e l l d i s c u s st h ei n t e r n e t w o r k i n ga n di n t e g r a t i o no fu m t s a n dw l a n s t u d yt h ev e r t i c a lh a n d o f fa n dn e t w o r ks e l e c t i o na l g o r i t h m s f o rh e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sn e t w o r k s p r o p o s e an e t w o r kh a n d o f fs t r a t e g yw h i c hc a ng u a r a n t e et h eq o so f r e a l - t i m es e r v i c e s t a k et h ec r i t i c a lp a r a m e t e r ss u c ha sr e c e i v e ds i g n a l s t r e n g t h ( r s s ) ，b a n d w i d t h ，l o a d ，p o w e rc o n s u m p t i o na n dd e l a yi n t o a c c o u n tw h e ns e l e c t i n gt h en e t w o r k t h eq o so fr e a l - t i m es e r v i c ei s g u a r a n t e e db ys e t t i n gal o a dt h r e s h o l df o rw i a n t h eh a n d o f fs t a b i l i t y p e r i o dh a sb e e ni n t r o d u c e d t oa v o i d p i n gp o n g e f f e c t f i n a l l yt h e s i m u l a t i o np r o v e dt h a tt h es t r a t e g yn o to n l yr e d u c et h eh a n d o f ft i m e sb u t a l s oi m p r o v et h ea v e r a g et h r o u g h p u to fr e a l - t i m es e r v i c e k e y w o r d s ：h e t e r o g e n e o u s - n e t w o r k g p r s e d g e c h a n n e l - - c o n f i g u r a t i o n u m t sw l a nv e r t i c a l - h a n d o f f 厂 r 2 3 1 1 满意的用户1 2 2 3 1 2 网络资源利用率1 2 2 4 本章小结1 3 第三章g p r s e d g e 网络信道配置策略1 4 3 1 坎贝尔方法1 4 3 2 动态信道配置策略1 6 3 2 1 语音业务优先的信道分配算法。1 7 3 2 2 基于统计的信道长期分配策略。1 9 3 2 3 基于业务属性的信道短期调整策略。2 l 3 3 算法仿真分析2 3 3 4 本章小结。2 4 第四章异构无线网络的融合2 5 4 1u m t s 网络介绍。2 5 4 2w l a n 网络介绍。2 6 4 3u m t s 与w i a n 网络的互联互通2 8 4 3 1 紧耦合方式2 9 4 3 2 松耦合方式。3 0 4 3 3w ia n 与3 g p p 互联互通的场景3 0 4 4 基于移动l p 的异构i 网络融合3 2 4 4 1 移动l p 基本原理。3 2 北京邮电大学硕十学位论文 4 4 2 移动i p 基本工作过程3 3 4 4 3 基于移动i p 的网络互联。3 4 4 5 本章小结3 5 第五章异构无线网络垂直切换及网络选择策略3 6 5 1 垂直切换介绍3 6 5 2 垂直切换三个阶段3 7 5 3 网络选择决策的有关研究3 8 5 3 1 多属性判决算法3 9 5 3 2 基于模糊逻辑的多属性判决4 1 5 3 3 基于策略的判决- 。4 2 5 4 一种保证实时业务o o s 的网络切换策略4 3 5 4 1 概述4 3 5 4 2 网络切换策略的应用场景4 4 5 4 3 网络切换策略的具体阐述4 6 5 4 4 仿真分析5 1 5 5 本章小结5 2 第六章全文总结与研究展望5 3 6 1 全文l 作总结5 3 6 2 进一步研究展望5 4 参考文献5 5 致谢5 8 攻读硕士学位期间发表的学术论文5 9 2 北京邮电大学硕上学位论文 1 1 引言 第一章绪论 移动通信领域的技术发展变化日新月异。陆地蜂窝移动通信系统作为当今移 动通信发展的主流和热点，先后经历了基于频分多址f d m a ( f r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ) 技术的第一代模拟制式的蜂窝通信系统( 1 g ) 、基于时分多址 t d m a ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 和码分多址c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 技术的第二代数字蜂窝通信系统( 2 g ) ；当前提供高速数据传输和宽带多媒 体业务的第三代移动通信系统o o ) 也已进入了如火如荼的商用阶段。 2 g 移动通信系统主要有g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 和 c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 两种体制，其中g s m 系统的发展尤为突 出，并已成为了世界范围内最大的移动通信网络。g s m 系统克服了第一代模拟 移动通信系统的缺陷，能为更多用户提供质量更高和更远距离传输的话音业务。 但是g s m 系统主要是基于语音业务设计的，并不能很好的承载数据业务。在当 今时代因特网的广泛使用导致了数据业务的迅猛发展，而g s m 网络由于系统带 宽有限无法实现高速数据业务的应用。为此，通用无线分组技术g p r s ( g e n e r a l p a c k e tr a d i os e r v i c e ) 被引入g s m 系统，之后欧洲电信标准化协会e t s i ( e u r o p e a n t e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u t e ) 又提出增强型数据速率技术e d g e ( e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n ) ，作为第二代移动通信系统向第三代移动 通信系统平滑演进的过渡解决方案【1 1 。 国际电信联盟( i n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n 。r r t 0 自2 0 世纪8 0 年代 以来致力于第三代未来公众陆地移动通信系统( 3 g ) 的研究。3 g 移动通信系统 的主流标准有u m t s ( w c d m a ) 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 。其中t d s c d m a 为我国提出的第三代移动通信标准。目前3 g 已在多个国家和地区成功商用化， 能够为用户提供更高速率的宽带多媒体业务，但是3 g 的发展并没有摒弃已有的 通信基础设施，而是采用渐进式发展，考虑基于已有的网络设施进行平滑升级。 因此在未来很长的一段时期内，g s m 系统、g p r s e d g e 系统及3 g 系统必将并 存，形成蜂窝移动通信系统内部的水平异构。 2 0 0 8 年i t u 开始进行下一代无线通信系统4 g 标准的制定工作，并在全球 范围内征集4 g 标准化提案。在下一代移动通信系统( 4 g ) 中，信息技术 ( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ) 、多媒体和电信技术等不同领域的技术结合将更加紧 北京邮电大学硕卜学位论文 密。对于4 g ，目前尚没有明确的定义，但普遍认为下一代网络应具有以下关键 特点：数据传输速率高、高度智能化、兼容性好、无缝切换、业务多样性、全i p 核心网、泛在移动接入1 2 j 等，能够支持动态带宽需求的个性化业务、实现无缝的 覆盖，为移动用户提供泛在的“始终最佳的连接( a l w a y sb e s tc o n n e c t e d ，a b c ) 1 3 l o 下一代无线通信系统( 4 g ) 并非一个只有单一标准的大一统的网络，而是包 含多种无线接入技术的异构系统。随着i e e e8 0 2 1 1 系列的无线局域网及i e e e 8 0 2 1 6 系列的无线城域网等的发展，下一代无线通信系统( 4 g ) 中网络异构化的趋 势愈加明显。图1 1 简明地显示了无线通信网络发展异构化的格局。在未来网络 覆盖情况复杂，多种技术并存的移动通信环境中，实现异构技术的有效融合与协 同工作，实现异构资源的优势互补与协调管理，既是通信技术发展的必然趋势， 也是网络运营者提供最佳用户体验和实现资源最优利用的根本方法。 1 2 论文主要研究内容 图1 - 1 无线网络异构化趋势 由图1 1 可以看出各种无线通信技术蓬勃发展，目前蜂窝移动通信系统、数 字广播系统、宽带无线接入系统及卫星通信系统等多种无线系统并存，下一代网 络的异构化趋势日益明显。本文将分别进行无线网络水平异构与垂直异构两个方 面的研究。 “ 水平异构方面：g p r s e d g e 作为2 g 蜂窝移动通信系统向3 g 系统平滑演 进的过渡网络，兼容g s m 系统，因此g s m 、g p r s e d g e 及3 g 系统的并存构 成了蜂窝系统水平方向的异构。在此种环境下，如何进行网络资源的优化配置， 成为保证用户业务q o s 的关键所在。本文将首先从g p r s e d g e 数据业务网络 关键性能参数分析入手，构建评价数据业务网络性能的k p i 指标体系；结合语 2 产 _ r 北京邮电大学硕上学位论文 音业务及数据业务的特点，提出g p r s e d g e 网络动态信道配置的三种方法：语 音业务优先分配算法、基于统计的信道长期分配策略及基于业务属性的信道短期 调整策略，仿真结果表明所提算法在保证语音业务o o s 前提下，可最大化数据 业务的吞吐量，同时提高网络信道资源的利用率。 垂直异构方面：下一代网络包含属于无线广域网、无线城域网、无线局域网 及无线个域网等的各种不同的无线接入技术，形成性质迥异的异构环境。蜂窝网 络的3g 系统覆盖范围广，支持远距离的漫游，但提供的数据速率有限；而w l a n 系统能够提供较高的数据速率，但传输距离有限，因此两者具有较好的互补性。 本文将选取g p r s e d g e 升级的3 g 网络u m t s 和8 0 2 1 1w l a n 无线局域网作 为垂直异构的研究对象，首先阐述两种网络互联互通的有关问题；其次研究异构 无线网络的垂直切换及网络选择算法；重点提出一种保证实时业务q o s 的网络 切换策略，并进行仿真验证切换策略的有效性，既可减少切换次数，又可提高实 时业务的平均吞吐量。 1 3 论文章节安排 本文后续章节的安排如下： 第二章对g p r s e d g e 数据业务网络进行研究，阐述g p r s e d g e 系统特点 及所承载的业务，重点分析数据业务网络关键性能指标k p i 参数，构建评价数 据业务网络性能的k p i 指标体系。 第三章对g p r s e d g e 的信道配置方法进行详细研究，静态信道配置方面阐 述坎贝尔方法，动态信道配置方面重点提出三种动态信道分配算法，并进行仿真 验证。 第四章讨论u m t s 与w l a n 互联互通的两种方式：紧耦合和松耦合方式， 分析两种方式的优缺点；并阐述基于移动i p 的异构网络融合方案。 第五章介绍垂直切换并讨论网络选择决策的相关算法。重点提出一种保证实 时业务o o s 的网络切换策略：首先在进行网络选择时全面考虑表征网络性能的 接收信号强度r s s 、带宽、负载、能耗及时延等关键参数：其次通过对w l a n 系统设置负载门限的方法限制非实时业务的切换接入，以优先保证实时业务的 o o s ；再次通过引入切换稳定时间1 ，来减少不必要的频繁切换次数，避免乒乓效 应。通过仿真验证所提切换策略的有效性，既可减少切换次数，又可提高实时业 务的平均吞吐量。 第六章进行了论文工作总结及进一步的研究展望。 3 北京邮电人学硕_ ：学位论义 第二章g p r s e d g e 数据业务网络研究 2 1g p r s e d g e 系统特点 第一代移动通信系统开始于2 0 世纪8 0 年代初，基于模拟传输技术和频分多 址( f d m a ) 技术。第二代移动通信系统采用数字的时分多址( t d m a ) 技术和 码分多址( c d m a ) 技术，实现容量大、频谱利用率高等特点。g s m ( g l o b a ls y s t e m f o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 作为第二代数字移动蜂窝通信系统，在全世界范围 内已经得到了广泛的应用。但随着移动通信、网络技术的发展和业务的多样化， 人们对数据业务的需求不断增加。为了满足多种业务的需要，以支持话音业务为 主的g s m 系统在其p h a s e 2 和p h a s e 2 + 规范中提出了两种高速数据业务的模型， 即基于电路交换的高速电路交换数据h s c s d ( h i g hs p e e dc i r c u i ts w i t c h e dd a t a ) 和基于分组交换的通用分组无线业务g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os y s t e m ) 。g p r s 系统是g s m 发展史上的里程碑，它引入了无线分组交换技术，提供了无线数据 业务应用的新模式。虽然h s c s d 和g p r s 已在一定程度上提高了网络的数据传 输速率，但是其与第三代移动通信系统3 8 4 k b i t s 数据速率的广域覆盖和大约 2 m b i t s 数据速率的局域网络覆盖还相去甚远，因此欧洲电信标准协会e t s i ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d si n s t i t u t e ) 提出了增强型数据速率的g s m 演进方案吨d g e ( e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n ) 。 e d g e 采用八进制移相键控( 8 p s k ) 调制方式，分组模式下可实现每时隙 高达6 9 2 k b p s 的速率，电路模式下可实现2 8 8 k b p s 的速率；它还支持对称和非 对称两种数据传输方式，适合无线数据业务的传送。e d g e 还采用了多种编码方 式( m c s l 9 ) 、链路自适应( 、递增冗余重传( i r ) 、动态a b i s 等技术，在同 样2 0 0 k b i t s 带宽资源下提供相当于3 倍g p r s 的传输速率，因此可使运营商向 移动用户提供诸如互联网浏览、视频电话会议和电子邮件传输等无线多媒体服 务，即在第三代移动网络大规模商业化之前提前为用户提供个人多媒体的通信业 务。表2 - 1 给出了g p r s 与e d g e 的特性比较1 4 l 。 表2 - 1g p r s 与e d g e 特性比较 参数g p r s e d g e 载频间隔2 0 0 k h z 2 0 0 k h z 每载频时隙数88 调制方式g m s k& p s k ，g m s k 北京邮电火学硕t 学位论文 符号速率 2 7 0 8 3 3 k b p s2 7 0 8 3 3 k b p s 调制比特率 2 7 0 k b p s 8 1 0 k b p s 每时隙最人用户数据速率 2 1 4 k b p s ( c s - 4 )5 9 2 k b p s ( m c s 9 ) 8 时隙的用户最人速率 1 7 1 2k b p s4 7 3 6k b p s e d g e 作为g p r s 到第三代移动通信的过渡性解决方案的一个重要原因是， 这种技术能够充分利用现有的g s m 资源。e d g e 除了采用现有的g s m 频率， 还能利用大部分现有的g s m 设备，仅需要基站部分增加新的能够处理e d g e 调 制方式的收发机，并且只需对网络软件及硬件做较小的改动，符合运营商利益， 有利于网络的平滑升级演进。图1 示出了g s m 到e d g e 的演进过程。e d g e 为 介于现有第二代移动网络( 2 g ) 与第三代移动网络( 3 g ) 之间的过渡技术，亦 被称为“2 7 5 g ”技术，同时e d g e 还能够与第三代的w c d m a ( w i d e b a n dc o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 制式共存。 口臣 丁t g s m 臣酗 j 困 图2 - 1g s m 到e d g e 的演进【5 l 2 2g p r s e d g e 承载业务 g p r s e d g e 的承载业务包括分组业务( 非实时业务) 和电路交换业务( 实 时业务) 。分组型数据业务和传统的电路型数据业务的区别如下表2 2 所利6 1 。 表2 2 电路数据业务与分组数据业务比较 对比内容电路型数据业务分组型数据业务 无线信道专j j ，最多4 个时隙捆绑共享，最多8 个时隙捆绑 链路建立时间呼nl l 时间长短，有“永远在线”之称 传输时延短，适合实时性强的业务适度的传输时延 传输速率从j 、于9 6 k b s 至05 7 6 k b 毫最大1 7 1 2k b s 5 北京邮电大学硕十学位论文 网络升级费用 初期投资少，需增加w f 单元及对费用较人，需增加网络设备，但 b t s b s c 进行软件升级节省基站投资 提供相同业务代价价格昂贵，占用系统资源多 价格较便宜，占用系统资源少 2 2 1 电路交换业务 现有的g s m 网络系统能够支持透明和非透明的业务。g s m 一共定义了8 种透明业务承载者，所提供的比特率范围为9 6 k b i t s 6 4k b i t s 。非透明业务承载 者使用无线链路协议来保证无差错的数据传输。对于非透明业务，一共有8 种承 载者，所提供的比特率范围为4 8 k b i t s 5 7 6k b i t s 。实际的用户数据比特率随信 道质量变化而变化。 电路交换业务承载者的定义并不因e d g e 的引入而发生改变，其比特率不 变，不同的只是编码方式有所不同。e d g e 采用了9 种调制和编码的组合方式， 即从m c s 一1 到m c s 9 。从m c s 1 到m c s 4 采用g m s k 调制方式，m c s 5 到 m c s 9 采用8 - p s k 编码方式。例如，5 7 6k b i t s 的非透明业务在e d g e 系统中可 以用编码方式m c s 1 通过占用2 个时隙来实现。而同样的业务，g s m 系统采用 t c h f 1 4 4 方式需要占用4 个时隙。可见，e d g e 的电路交换方式可以利用较少 的时隙来实现较高速的数据业务，这样可以降低移动终端实现的复杂度。同时， 由于e d g e 每个用户占用的时隙数比标准的g s m 系统少，从而有利于增加网络 系统的吞吐量。 2 2 2 分组交换业务 g p r s e d g e 支持在用户与网络接入点之间的数据传输的性能。提供点对点 业务、点对多点业务两种承载业务。 ( 1 ) 点对点( p t p ) 业务 点对点业务在两个用户之间提供一个或多个分组的传输，由业务请求者启 动，被接收者接收。 ( 2 ) 点对多点( p t m ) 业务 点对多点( p t m ) 业务是将单一信息传送到多个用户。g p r s 的p t m 业务 能够给用户提供将数据发送给具有单一业务需求的多个用户的能力。p t m 业务 有三种： 点对多点广播( p t m m ) 业务将信息发送给当前位于某一地区的所有用户 的业务： 点对多点群呼( p t m g ) 业务将信息发送给当前位于某一区域的特定用户 子群的业务： 口多点传播( i p m ) 业务定义为口协议序列一部分的业务。 6 北京邮电人学硕十学位论文 g p r s 网络的分组交换域能够提供从移动台到固定i p 网络的i p 连接。对于 每个i p 连接承载者，都定义了一个q o s 参数空间，也即一组业务质量特性，包 括优先级别、延迟级别、可靠性级别、峰值吞吐量级别和平均吞吐量级别等等。 通过对这些参数进行不同的组合就定义出了不同的承载者，以满足不同用户业务 应用的需要。 而对e d g e 需要定义新的q o s 参数空间。例如，对于移动速度为2 5 0 k m h 的移动台，最大速率为1 4 4 k b i t s ，对移动速度为1 0 0 k m h 的移动台，最大速率为 3 8 4 k b i t s 。此外，e d g e 的平均吞吐量级别和延迟级别也与g p r s 网络不同。由 于不同业务应用、不同用户的需求不同，因此要求e d g e 网络必须能够支持更 多的q o s 类型。 2 3g p r s e d g e 数据业务网络k p i 体系 q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 即业务质量，指对于一定的业务要求得到一定的 服务质量。实现r 9 9 及以后版本的设备才支持q o s 。对g p r s e d g e 数据业务 网络优化的目标为追求较高吞吐量、较低时延和较好的稳定性，以期为用户提供 更好的服务，提高q o s 服务质量。数据业务面向的对象复杂，业务类型多样， 不同的业务需求对小区信道资源的要求不同；业务延时对不同的用户来说感受也 不同，此外同一信道还可以被多个用户复用，对g p r s e d g e 数据业务建立起关 键性能指标k p i 评估体系，利于更好地监测无线网络运行的性能状况和评估网 络的服务业务质量q o s 。 g p r s e d g e 网络中每个载波包含8 个时隙，每个时隙为一个基本的信道单 元，用于承载空中接口需要传送的信令和业务，业务具体分为语音业务和数据业 务。当时隙( 信道) 传送语音时称为语音业务信道，当传送数据时称为数据业务 信道。数据业务已有的关键性能指标k p i 可分为网络k p i 和基于业务的k p i 。网络 k p l 分类包括无线接入网k p i 、核心网k p i 和信令k p i ，涉及无线资源如何分配， 网络接口如何利用，快速移动性管理等方面的内容。基于业务的k p i 从终端用户 角度考察业务性能，包括吞吐量、接入时长、时延等。表2 3 y l j 出了若干典型的 数据业务网络k p i i n 。 表2 3 数据业务无线网络k p i l ( p 1 名称无线网络k p i核心网k p i信令k p i 无线资源的可用性 0 无线资源分配 无线资源建立时间 - 无线资源请求拒绝 7 北京0 幡电大学顾一f ：学位论文 连接数目 - 连接成功率 _ 每无线信道吞吐量 0 上述网络k p i 帮助从系统角度理解移动通信网络的工作过程，通常用于对 网络瓶颈和规划等问题进行的监测。下面给出数据链路层评价网络性能的关键性 能指标k p i 参数。主要关注可靠性、吞吐量、时延等参数。 2 3 1 可靠性 可靠性描述了从无线链路控制( r a d i ol i n kc o n t r o l ，r l c ) 层到逻辑链路控 制( l o c a ll i n kc o n t r o l ，u ) 层的最大错误概率。可靠性主要取决于r l c 层的 运行模式。在大多数情形下，错误对于数据应用来说是不允许的，因而重传是必 要的。为了避免重传带来的延时进一步扩大，重传在r l c 层进行，并且采用确 认( a c k ) 模式。在r l ca c k 中，仍然有可能存在一些无法识别的块错误，这 是由于在每一个无线块中c r c 长度有限造成的( g p r s 的c r c 长度为1 6 ，而 e d g e 的c r c 长度为1 2 ) 。在g p r s 系统中，r l c 的a c k 模式下要求b e r 为 1 0 。，而在e d g e 中为2 x1 0 。4 。运行在u n a c k 模式下的某些时延敏感的数据 业务可处理一定数目的错误r l c 数据块。在业务建立初期协商选择运行模式 a c k 或u n a c k 。 2 3 2 吞吐量 吞吐量定义为每单位时间传输给l l c 层的数据量大小，也就是r l c 的负载 大小。吞吐量特别适宜传输的数据量特别大时作为一种测量指标，在网络的临时 数据块流( t e m p o r a r yb l o c kf l o w ，t b f ) 传输时期内测量传输的数据量。 砌蝴= 磐 式( 2 1 ) 式( 2 1 ) 中q ：代表每个r l c 块中的比特数。t b f 为t b f 持续时间。 每个网络由于负载和网络配置的不同会有不同的吞吐量分布。相比于总体吞 吐量的概率分布来说，计算平均吞吐量更有实际意义。有吞吐量要求的实时业务 需要在r l c 层不间断地测量吞吐量，这种测量可用平均滤波的方法进行 用户吞吐量也可在应用层测量，例如，测量使用f 1 限协议下载较大文件的 下载时间。这种端到端的测量应该在通信的两端，即服务器或移动台某一端进行， 通过可监测应用层吞吐量的简单应用即可完成。对于实时业务，如流业务，连续 的吞吐量可由平均滤波器在应用层测量得到。 8 北京邮电人学硕十学位论文 2 3 3 时延 时延是指把一个逻辑链路控制协议数据单元( l l cp d u ) 从业务支持节点 ( s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e ，s g s n ) 传送到移动台或者从移动台到s g s n 所 需的时间。l l c 层的时延包含r l c 数据块的重传，时延的概率分布可在数据控 制单元( p a c k e tc o n t r o lu n i t ，p c u ) 中测量得到。时延对短包发送和实时数据业 务有较大的影响。 在r l ca c k 模式下，l l c 层的时延独立于无线接入的总时间( r a d i oa c c e s s r o u n dt r i pt i m e ，r ar t t ) ，且对于应用层的业务性能可能产生显著影响。r a r t t 定义了r l c 数据包从发送到a c k n a c k 被接收的总时间。轮询策略在r a i m 中起着非常重要的作用，r ar t r 的典型值为包括t b f 建立时延在内的 2 5 0 m s 。通过充分的网络架构的优化，有可能降低r ar t t 值。当数据负载增加 时，l l c 时延增加平缓直至网络接近饱和，网络饱和时l l c 时延很大将不能为 数据业务提供有效的保证。而对于工作在r l cn a c k 模式的实时数据业务，可 通过在时间表中指定较高优先级的方法减小时延。 时延也可以在应用层测量，常用的测量g p r s e d g e 网络响应时间的方法是 发送p i n g 命令到服务器。高负载的网络会有较长的响应时间，可能会影响应用 层与传输层的协议。 2 3 4 数据业务负载 衡量数据容量的一个有效的方法就是，计算数据业务所使用的平均时隙数， 用“数据爱尔兰 表示，其包括在分组数据业务信道( p a c k e td a t at r a f f i cc h a n n e l ， p d t c h ) 上传送的用户数据、重传信息和控制信息。在进行数据业务网络规划 优化时，通常使用数据业务爱尔兰的表示方法，又可称为p s ( p a c k e ts w i t c h ) 爱 尔兰。在实际的网络中可以通过计数器方便的计算出数据爱尔兰容量和时隙利用 率，数据爱尔兰容量定义如下： 数据爱尔兰容量一垄鲎垂蓑翥蔫差器案笋 式c2 - 2 ) 1 爱尔兰容量相当于每2 0 m s 发送一个无线数据块。 每数据爱尔兰容量包含初始无线链路控制( r a d i oi j i l l 【c o n t r o l ，r l c ) 数据块 的发送、前一r l c 数据块的连续重传以及r l c 控制块。重传在r l ca c k 确认 模式下进行。r l c 数据块未被确认时网络或者移动台将重传。重传有两种机制： 普通重传和预清空重传。普通重传即发生在a c k 确认消息接收失败后，而预清 空重传发生在无线数据块还未正确接收或接收到a c k 失败信号后。当无线数据 块被发送后没有任何信息反馈时，这种数据块被称为待定- a c k 数据块。待定 9 北京邮电大学顾十学位论文 a c k 数据块的预清空重传发生在没有其他r l c 块传送的时刻，并且还需要满 足两个条件。一是r l c 协议阻塞并且传送窗口不能提f j ，二是没有其他用户数 据传送并且a c k 确认信息尚未接收到。预清空重传对于网络或移动台均是可选 的。从r l c 协议角度看预清空重传有一定好处，但是即使是较小比例的预清空 重传的应用都会增加网络的数据业务爱尔兰容量。 2 3 5 小区吞吐量 小区吞吐量是指一个小区单位时间内可以发送的b i t 数，单位是k b i t s s c e l l 。 在g s m g p r s e d g e 网络中，通过计算在一段时间内发送的信息量，可以得到 这个指标。小区吞吐量不包括l l c 层以下的重传信息和控制信息。 2 3 6t s l 利用率 时隙( t s l ) 利用率表征有多少硬件资源被e d g e s 业务利用。其定义如式 ( 2 - 3 ) ： 时隙利用率( ) = 主詈凳勰 式( 2 - 3 ) 时隙利用率可以用来衡量网络被数据业务占用的情况。如果网络的时隙利用 率接近1 0 0 ，那么该网络就接近饱和，终端用户性能就会很差。 2 3 7 时隙( t s l