（电路与系统专业论文）异构融合网络中端到端服务质量控制与管理的研究.pdf

q _ ， 北京邮电大学博士学位论文声明 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 何贡献均己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：日期：盘! 兰! ! 皇 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： 导师签名：日期：丝! ! ：堑：! 玉 、引句 ， j s 、t v蠢， 、 。协 _ ：。f 蔼 0 北京邮电大学博士学位论文 摘要 异构融合网络中端到端服务质量控制与管理的研究 摘要 现如今，通信网络结构正在向异构融合和泛在化的方向不断演 进。以用户需求为中心，协调调用各类网络资源，共同完成具有端到 端质量保证的业务提供，已成为当前异构融合网络的首要任务。结 合异构融合网络结构特点，本文提出将网络控制与管理机制相结合 的端到端q o s 保障体系，并对其中关键问题展开具体研究。作为作 者在服务质量保证领域研究工作的重要总结，论文内容涵盖了网络信 息动态管理、q o s 参数综合映射、用户体验量化分析、业务质量综合 评价及无线网络资源优化等多个方面。主要创新成果如下： 1 ) 提出层次化的端到端q o s 保障体系架构。架构结合信息综合 采集、整体数据分析、策略信息反馈、网络资源调整四个阶段，实现 端到端动态业务质量保证的闭环流程。分层次的结构设计与模块化的 功能调用方式将服务提供从传输细节中分离出来，使体系架构更加适 合异构融合的网络环境。同时，架构的提出对全文起到了提纲挈领 的作用，是全文其他研究点的依托平台。通过各研究点业务实例在体 系架构中的实现，使其优越性得以具体体现。 2 ) 提出适用于复杂业务提供的分布式s l a 信息管理方法。其核 心思想是将承载业务抽象为各类业务基础特征的集合，将对业务s l a 的管理转化为对业务基础特征进行的分布式管理。该方法采用总线调 用的形式对业务基础特征s l a 进行灵活组合，通过u m l 建模将s l a 需求转化为系统可识别的q o s 参数，并结合监控、服从及违规模块 共同形成完备的s l a 信息管理架构。其中，基于业务基础特征的s l a 设计方式可以有效简化s l a 模版制定流程，同时层次化的总线调用 形式更利于实现对s l a 信息的集成和灵活管理。 3 ) 就端到端的q o s 参数映射分别从垂直和水平两个角度进行了 不同的实现，以确保用户体验指标、业务质量指标及各网络资源参数 指标在业务提供过程中的一致性。面向垂直映射，提出建立统一层次 映射表的解决方式，分步完成参数自用户层经由业务层向网络层的映 射过程。选取彩信业务，针对其流程和用户使用特点完成具体垂直映 北京邮电大学博士学位论文摘要 射实例，验证方法有效。面向水平映射，提出基于业务参数子等级的 动态资源映射方案，通过构建参数控制实体( c q a a q a ) 实现在业务 子等级间映射资源的动态调整。u m t s i p w l a n 网络平台中的仿真 结果表明，水平映射方案的使用不仅可以实现对网络参数的动态映 射，还可以使该场景中的网络服务能力得到近3 0 左右的提升。 4 ) 提出基于用户感知的综合业务质量评价体系，从定性和定量 两个角度实现对业务质量的综合评测。首先，提出完整的用户体验信 息提取流程和量化方法；其次，引入模糊层次分析法建立用户体验与 服务质量参数间的对应关系；最后，结合定性和定量两个方面构建综 合业务质量评价体系，完成从参数采集到综合评价的一体化流程。选 取现网语音业务作为验证实例，数据分析结果表明影响该时段业务质 量评价的最关键指标为“掉话率 ，在进一步的网络运营中需要对此 指标进行严格的监控与保障。同时该体系在业务质量评价和指导网络 性能优化方面的有效性也得到了相应验证。 5 ) 提出基于忙时吞吐量分析的网络质量评价及优化算法。以“忙 时吞吐量作为考察网络质量的重要参考指标，在对忙时网络质量和 用户体验进行合理评价的基础上，通过优化网络信道资源的方式实现 网络总体服务水平的提升。在对e d g e 网络监测数据进行的仿真实验 中，算法采用自适应的方式动态检测网络忙时时段，并以用户体验质 量为“差”的忙时网络参数值作为参考，调整数据信道资源分配将总 体网络质量优化至等级“好”。从而验证了算法的有效性和实用性。 6 ) 以优化网络运营指标为目的，提出基于业务“价格带宽比p p b ” 参数的无线网络接纳控制机制。算法根据对各接入业务p p b 值的比 较结果，调整网络资源在不同业务等级中的具体分配，进而实现用户 满意度与运营商收益间的双赢。搭建w l a n 网络多等级业务接纳控 制仿真场景进行算法验证。仿真结果表明，在相同网络资源和业务接 入的情况下，接入控制算法的使用1 仅- 口j 以在一定程度上提高网络的 业务承载能力，还可以有效的解决网络资源提供和运营收益之问的矛 盾，在保证用户满意度的同时，增加网络运营效率。 关键词：异构融合网络端到端用户感知业务质量评价 关键性能参数 i i - ， q _ 、r 幢- - ? f ，- 、， 北京邮电大学博士学位论文 a b s t r a c t e n d t o e n dq o sc o n t r o l a n dma n ag e m e n tr e s e 根c hi n h e t e r o g e n e o u s c o n v e r g e n c en e t w o r k n o w a d a y st h ed e v e l o p i n go ft e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka r c h i t e c t u r ei si nt h e p r o g r e s so fb e c o m i n gm o r eh e t e r o g e n e o u s a n du b i q u i t o u s t h em a i nt a s ko f h e t e r o g e n e o u sa n dc o n v e r g e n c en e t w o r ki sa c h i e v i n gc u s t o m e rr e q u i r e de n d - t o - e n d s e r v i c eq u a l i t yw i t ht h ec o o r d i n a t i o no fd i f f e r e n tn e t w o r kr e c o u r s e s f r o mt h ev i e w p o i n to fq o sm a n a g e m e n ta n dc o n t r o lm e c h a n i s m sc o m b i n a t i o n ，t h i sd i s s e r t a t i o np u t f o r w a r dah e t e r o g e n e o u sa n dc o n v e r g e n c en e t w o r k o r i e n t e dl a y e r e dq o sa r c h i t e c t u r e w i t ht h ei n t e n s i v er e s e a r c ho fr e l a t i v es p e c i f i cq o sm e c h a n i s m s a sa ni m p o r t a n t i n t e g r a t i o no fa u t h o rr e s e a r c hw o r k ，t h ec o n t e n to ft h i sd i s s e r t a t i o nc o n t a i n sn e t w o r k i n f o r m a t i o nd y n a m i cm a n a g e m e n t ，q o sp a r a m e t e r sm a p p i n g , c u s t o m e re x p e r i e n c e a n a l y s i s ，s e r v i c eq u a l i t ya s s e s s m e n ta n do p e r a t i o n b a s e dn e t w o r kr e s o u r c eo p t i m i s m t h e p r i n c i p l ei n n o v a t i o na c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 an o v e lh i e r a r c h i c a lq o sa r c h i t e c t u r ei sp r o p o s e d i nt h i sa r c h i t e c t u r e ， e n d t o - e n ds e r v i c eq u a l i t yc o u l db ea c h i e v e dw i t hac l o s e - l o o pq o sp r o v i s i o np r o c e s s ， w h i c hc o m b i n e dw i t hf o u rd i f f e r e n tp h a s e s - - i n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n ，d a t aa n a l y s i s ， p o l i c yf e e d b a c ka n dr e s o u r c em o d i f i e d w i t hl a y e r e d b a s e da n dm o d u l e - c o m p o s e d s t r u c t u r e ，t h i sa r c h i t e c t u r ec o u l dm i n i m i z et h ea f f e c t i o no fh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s a n do p t i m i z et h ed y n a m i cn e t w o r ka d a p t i o n a l s oa st h ef o u n d a t i o no ft h ew h o l e t h e s i s ，t h i sa r c h i t e c t u r ep u to u tag e n e r a li d e ao fe n d t o e n dq o sp r o v i s i o nf o rt h e d e t a i lr e s e a r c hp o i n t sd e s c r i p t i o n 2 ad i s t r i b u t e ds l ai n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm e c h a n i s mi sp u tf o r w a r df o r c o m p l e xs e r v i c e sp r o v i d ea p p l i c a t i o n c o n s t r u c tt h ec o m p l e t e ds l am a n a g e m e n t a r c h i t e c t u r ew i t hm o n i t o r i n g ，c o m p l i a n c ea n dv i o l a t i o nm o d u l e s ，i nw h i c hs e r v i c e s l ac o u l db ec o m p o s e db yb a s e f e a t u r es p e c i f i c sa n ds l ar e q u i r e m e n t sc o u l db e m a p p e dt or e l a t i v eq o sp a r a m e t e r sb yu m lm o d e l i n g w i t hp r o p e ra r c h i t e c t u r e d e v e l o p m e n t ，t h i sm e c h a n i s mc a ne f f e c t i v e l ys i m p l i f yt h ed e f i n i t i o np r o c e s so fs l a m o d e la n dr e a l i z ef l e x i b l es l ai n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t 3 m a p p i n gh e t e r o g e n e o u sn e t w o r kq o sp a r a m e t e r sf r o mb o t hv e r t i c a l a n d h o r i z o n t a la s p e c t s ，b u i l d u p ac o m p l e t e de n d t o e n ds e r v i c ep a r a m e t e rm a p p i n g s y s t e m f o rt h ev e r t i c a lm a p p i n g ，c o n s t r u c tag e n e r a ll a y e r e di n d e xt e m p l a t ea n dt a k e i i i 北京邮电大学博士学位论文a b s t r a c t m m ss e r v i c ea sa l l e x a m p l e t o m a pc u s t o m e re x p e r i e n c et o r e l a t i v en e t w o r k p a r a m e t e r s f o rt h eh o r i z o n t a lm a p p i n g ，p u tf o r w a r das u b l e v e l b a s e dn e t w o r kl a y e r p a r a m e t e rm a p p i n gm e t h o dt h a t c a nd y n a m i c a l l ya d j u s tn e t w o r kr e s o u r c ew i t h m a p p i n ge n t i t i e sc q aa n da q a e s t a b l i s ha nu m t s i p - w l a nh e t e r o g e n e o u s n e t w o r ks c e n a r i ot ov e r i f yt h e h o r i z o n t a lm a p p i n gm e t h o d s i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t e t h ee f f e c t i v e n e s so fm a p p i n gd y n a m i c i t y ( 3 0 i m p r o v e m e n t ) a n dn e t w o r kr e s o u r c e o p t i m i z a t i o n 4 t a k eb o t hs e r v i c ep a r a m e t e r sa n dc u s t o m e rs a t i s f a c t i o ni nt oa c c o u n t ，b u i l d a ni n t e g r a t e ds e r v i c eq u a l i t ye v a l u a t es y s t e mt h a tc a na s s e s st e l e c o m m u n i c a t i o n s e r v i c e sf r o mb o t h q u a n t i t a t i v e a n d q u a l i t a t i v ev i e w p o i n t s i n t h i s s y s t e m ， m u l t i p l e l e v e l ss e r v i c ec o u l db ev a l u e di nt e c h n i c a ll a y e ra n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n c u s t o m e ra n dq u a l i t yi n d e x e sc o u l db ef o r m e dw i t ht h ea p p l i c a t i o no ff a h p a l g o r i t h m v a l i d a t ee v a l u a t i o ns y s t e mw i t hv o i c es e r v i c ea n a l y s i s ，a n d “d r o p p e dc a l lr a t e i s s h o w na st h em o s te f f e c t i v ei n d e xi nv o i c es y s t e m t h er e s u l t sd e m o n s t r a t et h i s s y s t e mc a nn o to n l ya s s e s ss e r v i c e sa c c u r a t e l y , b u ta l s og i v ee f f e c t i v es u p p o r tt ot h e n e t w o r kp a r a m e t e r o p t i m i z a t i o n 5 a i m st ou p g r a d et h ec u s t o m e re x p e r i e n c e ，an o v e l “b u s yt i m et h r o u g h p u t ( b 1 可”- b a s e ds e r v i c eq u a l i t yo p t i m i z a t i o na l g o r i t h mi sp r o p o s e di nd a t aw i r e l e s s n e t w o r k w i t hs e l f - a d a p t i v en e t w o r kq u a l i t ym o n i t o r i n gm e c h a n i s m ，t h i sa l g o r i t h m c a na c h i e v et h er e d i s t r i b u t i o no fn e t w o r kd a t ac h a n n e l sa n dp r o m o t et h ew h o l e n e t w o r ke x p e r i e n c eq u a l i t yt ow e l l i m p l e m e n ts e r v i c es i m u l a t i o ni ne d g en e t w o r k s c e n a r i o ，t h ee f f e c t i v eo fr e a l - t i m en e t w o r ks t a t u sd e t e c t i o na n do p t i m i z a t i o ni s v e r i f i e d 6 a i mt o o p t i m i z eo p e r a t i o nv a l u e ，t a k e “p r i c ep e rb a n d w i d t h ( p p b ) p a r a m e t e r a st h es e r v i c ea d m i s s i o nr e f e r e n c ev a l u ea n d d e s i g n an e t w o r k o p e r a t i o n o r i e n t e da d m i s s i o nc o n t r o lm e c h a n i s mi nw i r e l e s sn e t w o r ko p t i m i z a t i o n w i t ht h ec o m p a r i s o n so fs e r v i c e s p p bv a l u e ，n e t w o r kr e s o u r c e sc o u l db ea d j u s t e di n t h ea c c e p t a b l e r a n g eo fc u s t o m e re x p e r i e n c ea n da c h i e v et h es e r v i c ep r o v i d e r s o p e r a t i o np r o f i t t h es i m u l a t i o nr e s u l t sv e r i f i e dt h a tt h i sm e c h a n i s mc o u l di m p r o v e t h eb a n d w i d t hu t i l i z a t i o ni nm u l t i - s e r v i c en e t w o r k ，a n da tt h es a m et i m ep r o m o t eb o t h c u s t o m e rs a t i s f a c t i o na n ds e r v i c ep r o v i d e ro p e r a t i n gi n c o m e k e yw o r d s ：h e t e r o g e n e o u s c o n v e r g e n c en e t w o r k e n d - t o - - e n dc u s t o m e r e x p e r i e n c e s e r v i c eq u a l i t ye v a l u a t i o n k e yp e r f o r m a n c ei n d e x i v 、0 涮 i 。、_ 嘲 、r 北京邮电大学博士学位论文目录 目录 摘要1 目录、， 全文用图目录i x 全文用表目录 第一章绪论1 1 1 异构融合网络中0 0 s 控制与管理机制相结合的重要意义。1 1 2 博士期间主要研究工作2 1 3 论文主要贡献3 1 4 论文结构6 参考文献8 第二章异构融合网络中0 0 s 控制与管理概述9 2 1 弓i 言9 2 2 异构融合网络概念解析及研究概述1 0 2 2 1 概念内涵1 0 2 2 2 研究热点及发展现状。1 1 2 3 端到端o o s 保障的三个视角1 4 2 4o o s 管理与控制机制的结合1 5 2 5 研究范围及理论点综述。1 8 2 6 本章小结。1 9 参考文献1 9 第三章层次化o o s 保证体系架构设计。2 1 3 1 引言2 1 3 2 设计需求分析2 2 3 2 1 以用户为中心的o o s 需求2 2 3 2 2 商业驱动因素分析。2 4 3 3 管理和控制功能的部署2 5 3 3 1 电信管理网络服务架构2 5 3 3 2n g o s s 系统视图2 7 3 。3 3 逻辑、信息及物理架构分析2 9 3 4 端到端o o s 体系结构设计3 3 3 4 1 层次化结构视图3 3 3 4 2 模块功能分析3 4 3 4 3 架构特点分析3 7 3 5 本章小结3 8 参考文献3 9 第四章异构融合网络动态信息管理方法研究4 1 4 1 弓l 言4 1 4 2 动态信息管理研究现状和需求4 2 4 3 信息建模4 4 v 北京邮电大学博士学位论文目录 4 3 1 信息描述语言。4 5 4 3 2 信息模型提取。4 7 4 4 信息分发4 8 4 4 1 策略信息的生命周期4 8 4 。4 2 层次化策略映射关系4 9 4 5s l a 动态信息管理方法5 1 4 5 1 分布式s l a 信息管理架构设计5 1 4 5 2s l a 信息建模5 3 4 5 3 特点分析5 3 4 6 本章小结。5 4 参考文献5 4 第五章异构融合网络中的o o s 参数映射机制研究5 7 5 1 引言5 7 5 2 基于s l a 的q o s 参数分布及映射需求5 8 5 3 垂直映射：面向业务需求的模型化映射。6 0 5 3 1 映射层次关系梳理6 0 5 3 2 用户层向业务层的映射6 2 5 3 3 业务层向网络层的映射6 3 5 3 4 完整映射实例：m m s 层次化映射6 5 5 4 水平映射：端到端跨网络动态映射6 8 5 4 1 网问映射研究现状分析6 8 5 4 2 端到端水平动态映射系统设计7 1 5 5 本章小结。7 9 参考文献7 9 第六章基于用户感知的综合业务质量评价体系。8 1 6 1 引言8 1 6 2 基于用户感知的业务质量评价需求8 2 6 3 用户感知的提取与采集方法8 4 6 3 1 用户感知提取原则8 4 6 3 2 “5 w ”用户感知采集法8 4 6 3 3 分析方法有效性验证8 7 6 4 综合业务质量评价体系的构建8 8 6 4 1 定量评价8 9 6 4 2 定性评价9 0 6 4 3 综合质量评价体系构建9 5 6 5 本章小结9 6 参考文献9 7 第七章面向运营网络的无线资源管理方法研究。9 9 7 1 引言9 9 7 2 基于关键业务性能指标的网络质量评价及资源优化1 0 0 7 2 1 异构融合网络资源优化需求1 0 0 7 2 2 业务关键性能指标的选取与计算1 0 1 7 2 3 数据网络评价及优化方法1 0 4 7 2 4 仿真验证。1 0 6 v i 1 一 _ 北京邮电大学博士学位论文 目录 7 3 面向运营指标的流媒体业务接纳控制研究1 0 8 7 3 1 流媒体业务特性及其对网络资源的需求1 0 8 7 3 2 基于效用函数的流媒体接纳控制算法1 1 0 7 3 3 仿真验证1 1 3 7 4 本章小结1 1 7 参考文献1 1 8 第八章结束语1 2 1 8 1 论文总结1 2 1 8 2 有待进一步解决的问题1 2 2 8 3 异构融合网络0 0 8 研究展望1 2 2 缩略语1 2 5 作者攻读博士学位期间发表的学术论文列表1 2 7 作者攻读博士学位期间公开发表的专利、标准、专著1 2 9 至i 【谢。1 3 1 v i i v i i i 北京邮电大学博士学位论文 全文用图目录 全文用图目录 图1 - 1 论文结构图7 图2 - 1 异构融合网络的四个组成方面1 1 图2 2 传统网络和异构融合网络业务模式的比较。1 3 图2 - 3 全i p 网络结构。1 3 图2 - 4 管理层、控制层和业务层组成视图1 5 图3 - 1 以用户为中心的业务提供闭环流程2 2 图3 - 2 异构融合网络的商业环境2 4 图3 - 3 电信运营环境中的各种角色关系2 6 图3 - 4t m n 层次化架构管理域和模块间的映射2 7 图3 - 5 不同t m n 运营域管理域的互通2 7 图3 - 6n g o s s 的生命周期和系统视图2 8 图3 - 7 逻辑架构功能模块的关系3 0 图3 - 8t m n 物理架构3 1 图3 - 9t m n 结构关系图3 2 图3 - 1 0 面向异构融合分组业务的端到端q o s 体系架构3 4 图4 - 1q o s 架构中的信息管理方法研究4 2 图4 - 2 自治管理系统框架4 3 图4 - 3a n 网络层次化架构。4 4 图4 - 4 信息模型映射概念图4 7 图4 - 5 网络建模4 7 图4 - 6q o s 建模4 7 图4 - 7 参数信息建模4 8 图4 - 8 逻辑信道建模4 8 图4 - 9 用户感知建模4 8 图4 - 10 基于策略的网络管理生命周期4 9 图4 - 1 1 基于策略的网络管理流程5 0 图4 - 1 2 层次化策略模型5 l 图4 - 13s l a 合成协议内容5 1 图4 - 1 4 分布式s l a 信息管理架构。5 2 图4 - 15s l a 模版生成过程5 3 图5 - 1q o s 架构中的参数映射机制研究5 8 图5 - 2 异构融合网络中s l a 的层次化分布一5 9 图5 - 3 由s l a 向网络参数的垂直化映射5 9 图5 - 4 异构网络间的水平参数映射6 0 图5 - 5s l a 映射类图6 1 图5 - 6 参数指标层次关系6 2 图5 - 7 业务性能详细划分6 3 图5 - 8q o e 与k q i 的映射关系6 3 i x 北京邮电大学博士学位论文 全文用图目录 图5 - 9 异构融合网络动态q o s 映射系统示意图7 1 图5 - 1oq o s 参数信息控制实体模块图7 2 图5 - 1 1q o s 动态映射算法流程图。7 3 图5 1 2a q a 、c q a 间q o s 控制信令交互逻辑7 4 图5 - 1 3 异构网络端到端水平参数动态映射仿真拓扑7 5 图5 - 1 4 动态性验证场景仿真图7 7 图5 - 1 5 服务能力验证场景仿真图7 8 图6 - 1q o s 架构中的综合业务质量评价体系研究8 2 图6 - 2q o e 影响要素8 4 图6 - 3 用户感知分类准确度线性图8 8 图6 - 4 语音业务层次结构分析图9 1 图6 - 5 模糊综合评价法的基本步骤9 2 图6 - 6 语音业务层次关系抽象9 3 图6 - 7 综合质量评价体系结构框图9 5 图7 - 1q o s 架构中的无线资源管理方法研究。1 0 0 图7 - 2q o e 层次体系架构1 0 1 图7 - 3 资源动态优化配置体系示意图1 0 2 图7 - 4 数据业务状态转移图1 0 5 图7 5e d g e 网络评价与优化体系1 0 6 图7 - 6 小区i 呼叫统计图1 0 6 图7 7 小区ii 呼叫统计图1 0 6 图7 - 8 小区i