（计算机软件与理论专业论文）wcdma+iub接口qos保证与研究.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 w c d m a 是目前应用最为广泛的第三代移动通信系统，为用户提供不同类型的多种业 务。由于多媒体和分组等数据业务对网络的要求更为严格，而i u b 接口是实现移动业务q o s 保证的瓶颈，所以提供全面的q o s 保证机制对w c d m a 系统至关重要。合理高效的i u b 接口q o s 保障机制将大大提高资源的利用率和系统的吞吐量，提升业务性能，为用户提供 更好的服务。这也成为各大运营商、设备商研究的热点和重点。 本文对w c d m ai u b 接1 ：3 的q o s 保证机制进行了研究。首先研究了w c d m a 的通信 协议标准和q o s 相关机制，然后在总结分析已有q o s 策略和算法基础上，提出了一种合 适的i u b 接口q o s 设计方案，并建立i u bq o s 保证模型。该模型分为三部分，分别从i u b 准入控制、拥塞检测和流量控制三方面策略展开设计。对于i u b 准入控制，采用过准入资 源分配算法，在尽量多准入用户的同时合理高效地为业务分配到传输资源；对于拥塞检测， 采用邻接点和资源组相结合的分级拥塞检测算法，对每一次由于资源变化情况下的拥塞状 态及时进行检测和上报；对于流量控制，采用基于端口监测业务队列的o v e r b o o k i n g 流控 反压算法，在拥塞发生和解除时及时对发送业务队列进行速率的升降，避免更多的丢包和 拥塞，保证带宽利用率和传输效率。该设计方案相比于已有q o s 机制的策略算法，更为全 面和合理。本文最后的实验仿真和测试表明该模型能提高移动业务在w c d m a i u b 接口的 传输性能，不同业务的q o s 得到了有效的保证。 关键词：服务质量，准入控制，拥塞检测，流量控制 a bs t r a c t w c d m ai st h em o s tw i d e l yu s e dt h i r d - 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 ns y s t e m ，a n d d r o v i d e su s e r sw i t hav a r i e t yo fd i f f e r e n ts e r v i c e s a sd a t as e r v i c e s s u c ha sm u l t i m e d i aa n d d a c k e te x c e e d i n g l yd e m a n do nn e t w o r k ，w h i l et h ei u bi n t e r f a c ei st h eb o t t l e n e c kt oa c h i e v eq o s 舒j a r a i l t e em e c h a n i s m ，i ti sv e r yi m p o r t a n t f o rw c d m at op r o v i d ec o m p r e h e n s i v eq o s 田盼r a n t e em e c h a n i s m r e a s o n a b l ea n de f f i c i e n tq o sg u a r a n t e em e c h a n i s mo fi u bi n t e r f a c ec a r l h i 烈yi m p r o v er e s o u r c eu t i l i z a t i o na n ds y s t e mt h r o u g h p u ta n d s e r v i c ep e r f o r m a n c e ，w h i c hs e e u s e r sb e t t e r s oi tb e c o m e sah o tf o c u st oe v e r ym a j o rt e l e c o mo p e r a t o r sa n de q u i p m e n t m a n u f a c t u r e r s t h i sa r t i c l es t u d yo ni u bi n t e r f a c eq o sg u a r a n t e em e c h a n i s m i nw c d m a f i r s t l ys t u d yo n c o m m u n i c a t i o np r o t o c o ls t a n d a r d sa n dq o sm e c h a n i s m ，t h e ng r o u n do nm a n yr e s e a r c ha n d a n a l y s i sa b o u tq o ss t r a t e g i e sa n da l g o r i t h m s ，t h i sp a p e rp r e s e n t sa s u i t a b l ed e s i g na n ds e t su pa m o d e lo fi u bq o s t h i sm o d ei sd i v i d e di n t ot h r e ep a r t s ：i u ba d m i t t a n c ec o n t r o l ，c o n g e s t i o n d e t c c t i o na n df l o wc o n t r 0 1 f o rt h ef i r s tp a r t , w eu s eo v e r b o o k i n gr e s o u r c ea l l o c a t i o na l g o r i t h m ， t h a ti sa l l o c a t i n gt r a n s p o r tr e s o u r c et os e r v i c er e a s o n a b l ya n de f f i c i e n t l yw h e na d m i t t i n gm o r e u s e r s ：a st ot h es e c o n dp a r t ，w ea d o p tg r a d e dc o n g e s t i o nd e t e c t i o na l g o r i t h mc o m b i n e dw i t h a d j a c e n tp o i n ta n dr e s o u r c eg r o u p ，t h a ti sd e t e c t i n ga n dr e p o r t i n gi t sc o n g e s t i o ns t a t u s u n d e r e v e r yr e s o u r c ec h a n g e ；f o rt h el a s tp a r t ，o v e r b o o k i n g f l o wc o n t r o la n da n t i 。p r e s s u r ea l g o r i t h m1 s a d o p t e db a s e do np o r td e t e c t i n gs e r v i c eq u e u e ，t h a ti st os p e e du p o rs l o wd o w ns e r v i c eq u e u e 。s v e l o c i t yw h e nc o n g e s t i o no c c u r r e do rr e c o v e r e d ，w h i c hc a l la v o i dp a c k e tl o s sa n d c o n g e s t i o n , i n o r d e rt og u a r a n t e eb a n d w i d t hu t i l i z a t i o na n dt r a n s p o r te f f i c i e n c y c o m p a r e dw i t he x i s t e dq o s r e s e a r c h e s ，t h i sd e s i g ni sm o r ec o m p r e h e n s i v ea n dr e a s o n a b l e a tl a s t ，t h es i m u l a t i o n sa n d e x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h em o d e lc a ni m p r o v em o b i l es e r v i c e s p e r f o r m a n c ei nw c d m a l u b i n t e r f a c et r a n s m i s s i o n ，d i f f e r e n ts e r v i c e sa r ee f f i c i e n t l yg u a r a n t e e d k e y w o r d s ：q u a l i t y o fs e r v i c e ，a d m i s s i o nc o n t r o l ，c o n g e s t i o nd e t e c t i o n , f l o wc o n t r o l i i 南京邮电大学硕士研究生学位论文 缩略词表 缩略词表 3 g p pt h e3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t 第三代移动通信伙伴计划 a a la t ma d a p t e rl a y e r a 1 m 适配层 a l c a pa c c e s sl i n kc o n t r o la p p l i c a t i o np a r t 接入链路控制应用部分 a m a c k n o w l e d g e m e n tm o d e确认模式 a 眼 a d a p t i v em u l t i - r a t e自适应多速率 a q m a c t i v eq u e u em a n a g e m e n t 主动队列管理 a r q a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t 自动重传请求 a t m a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e异步转移模式 b eb e s te f | f o r t 尽力而为 b l e r b l o c ke r r o rr a t e 误块率 b m cb r o a d c a s t m u l t i c a s tc o n t r o l 广播，组播控制 c c c a l lc o n t r o l 呼叫控制 c c pc o m m u n i c a t i o nc o n t r o lp o r t 通信控制端口 c d m a c o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 码分多址接入 c 刚c o n n e c t i o nf r a m en u m b e r 连接帧编号 c nc o r en e t w o r k 核心网 c n b c o r en e t w o r kb e a r e r 核心网承载 c p c hc o m l n o np a c k e tc h a n n e l 公共分组信道 c sc u r c u i ts w i t c h e d 电路交换 d c hd e d i c a t e dc h a n n e l 专用信道 d ld o w nl i n k 下行 d s p d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r 数字信号处理器 f a c hf o r w a r da c c e s sc h a n n e l 前向按入信道 f d d f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x 频分双工 f pf r a m ep r o t o c o l s 帧协议 g b r g u a r a n t e e db i tr a t e 保证比特速率 g g s n g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e网关g p r s 支持节点 g m s c g a t e w a ym o b i l es w i t c h i n gc e n t e r网关移动交换中心 g p r sg e n e r a lp a c k e t r a d i os e r v i c e 通用分组无线业务 g s mg 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 全球移动通讯系统 南京邮电大学硕士研究生学位论文缩略词表 h l rh o m el o c a t i o nr e g i s t e r 归属地位置寄存器 h s d s c h h i g h s p e e dd o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l 高速下行链路共享信道 h s d p a h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s 高速下行分组接入 h s p a h i 曲s p e e dp a c k e ta c c e s s 高速分组接入 h s u p a h i 曲s p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s高速上行分组接入 i m ai n v e r s em u l t i p l e x i n gf o ra t m a t m 反向复用 i m t 2 0 0 0 i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n 2 0 0 0 国际移动通信- - 2 0 0 0 i pi n t e r n e tp r o t o c o l 网际协议 l t o al a t e s tt i m eo f a r r i v a l 最迟到达时间 m a cm e d i u ma c c e s sc o n t r o l 媒体接入控制 m a c d m o v i n ga v e r a g ec o n v e r g e n c ea n dd i v e r g e n c e平滑异同移动平均线 m b rm a x i m u mb i tr a t e 最大比特速率 m mm o b i l em a n a g e m e n t 高层信令如移动管理 m s cm o b i l es w i t c h i n gc e n t e r 移动交换中心 n b a pn o d e ba p p l i c a t i o np a r t n o d e b 应用部分 n c p n o d ebc o n t r o lp o r t n o d e b 控制端口 n r tn o n r e a lt i m e 非实时 p d c pp a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c 0 1 分组数据汇聚协议 p d up r o t o c o ld a t au n i t 协议数据单元 p u np u b l i cl a n dm o b i l en e t w o r k 公众陆地移动电话网 p qs t r i c t p r i o r i t yq u e u e严格优先队列 p q m p a s s i v eq u e u em a n a g e m e n t 被动式队列管理 p sp a c k e ts w i t c h e d 分组交换 p v cp e r m a n e n tv i r t u a lc i r c u i t 永久虚拟电路 q o sq u a l i t yo fs e r v i c e服务质量 r a br a d i oa c c e s sb e a r e r 无线接入承载 r a c hr a n d o ma c c c s sc h a n n e l 随机接入信道 r a nr a d i oa c c e s sn e t w o r k 无线接入网络 r a n a pr a d i oa c c e s sn e t w o r ka p p l i c a t i o np a r t 无线接入网络应用部分 l 迮dr a n d o me a r l yd e t e c t i o n 随机早检测 l 也c r a d i ol i n kc o n g o l 无线链路控制层 r n cr a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r 基站控制器 r n sr a d i on e t w o r ks u b s y s t e m 无线网络子系统 r n s a pr a d i on e t w o r ks u b s y s t e ma p p l i c a t i o np a r t 无线网络子系统应用部分 南京邮电大学硕士研究生学位论文缩略词表 r r cr a d i or e s o u r c ec o n t r o 【 无线资源控制 r tp e a lt i m e 实时业务 r t t r o u n d t r i pt i m e往返时延 s a ps e r v i c ea c c e s sp o i n t 服务接入点 s 刚 s y s t e mf r a m en u m b e r系统帧编号 s g s n s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e 服务g p r s 支持节点 s p i s c h e d u l i n gp r i o r i t yi n d i c a t o r调度优先级指示因子 s r b s i g n a lr a d i ob e a r 信令无线承载 t b s t r a n s p o r tb l o c ks e t传输块集合 t d - s c d m at i m ed i v i s i o n - s y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e 时分同步码分多址接入 a c c e s s t d dt i m ed i v i s i o nd u p l e x 时分双工 t f t r a n s p o r tf o r m a t 传输格式 t o a t i m eo f a r r i v a l 到达时间 t o a w et i m eo f a r r i v a lw i n d o we n d 到达时间终点 t r m t r a n s m i s s i o nr e s o u r c em a n a g e m e n t 传输资源管理 t t it r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l 传输时间间隔 u eu s e re q u i p m e n t 用户设备 u l u p l i n k 上行 u m t su 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 u t r au n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s s 通用陆地无线接入 u t r a nu n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k 通用陆地无线接入网 v l rv i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r 拜访位置寄存器 v p v i r t u a lp a t h 虚拟路径 w c i 【) aw i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 宽带码分多址接入 x p u a u x i l i a r yp r o c e s s i n gu n i t 辅助处理单元 5 7 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它 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。 研究生签名：二茎蹲日期：兰掣 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送 交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论 文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。 论文的公布( 包括刊登) 授权南京邮电大学研究生部办理。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引言 1 1 课题背景 第一章引言 第三代移动通信技术【1 】是一种能够提供多种类型、高质量的多媒体业务，能够实现全 球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固网相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何 地点进行任何种类的通信系统进行通信。由于其诸多的优点，深深地吸引了全世界各个运 营商、生产厂家与广大用户，第三代移动通信系统的主要体制有w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和 t d s c d m a 。从1 9 9 9 年国际电联通过“i m t - 2 0 0 0 无线接口技术规范”之后，3 g 通信系统 的开发和应用进入实质阶段。 u m t s 系统【2 】是目前应用最为广泛的第三代移动通信网络系统，在提供了高质量的语 音业务的同时，提供高速率的分组数据业务及多媒体业务。u m t s 系统本身也处于不断发 展演进的过程。目前，u m t s 系统的高速下行分组接入( h s d p a ) 【3 】和高速上行分组接入( h s u p a ) 【4 】业务已经开始在全球商用，最高的下行速率可以达至m 1 4 4 m ，上行速率可以达n 5 7 6 m ，远远超过目前g p r s 的6 4 k 数据业务带宽。u m t s 系统分为三个组成部分，核心网( c n ) 、 接入网( u t r a n ) 和终端( u e ) 。u t r a n 中又可根据功能的不同，划分为基站控制器( r n c ) 与基站( n o d e b ) ，i u b 接口是u t r a n 中基站控制器( i 矾c ) 与基站( n o d e b ) 之间的 接1 2 1 ，用来传输基站控制器( r n c ) 和基站( n o d e b ) 之间的控制信令，以及来自无线接1 2 的公 共传输信道和专用传输信道数据。另外，i u b 接口还为r n c 提供了一条操作与维护( o & m ) 专用通道，用于实现对n o d e b 的操作和维护。 w c d m a 传输层的服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 【5 】的特性有下列几个指标来衡 量：丢包、时延、时延抖动、乱序等，理想的状况是丢包率、时延和时延抖动越低越好， 同时要求不出现乱序。无线接入网( r a n ) 包括i u b 、i u r 和i u t m 个接口，其中i u b 接1 2 i q o s 则是解决r n c 和n o d e b 之间的业务接入和拥塞控制问题，是系统性能和用户服务质量的体 现。i u b 拥塞是指r n c 发送出来的数据速率大于瓶颈带宽，这样的结果导致数据包被丢弃。 拥塞控制是当网络发生拥塞时，为避免网络进一步恶化和缓解网络拥塞而采取的一系列的 操作，包括队列调度、拥塞检测、拥塞避免等。除在基于a t m 和i p 两种传输方式上可以为 信息提供高速率、高带宽的传输功能外，更为重要的使能灵活支持现有和将来可能出现的 各种业务，并对各种业务提供q o s 保证，使网络达到很高的资源利用率。要达到这些目的 就需要对不同业务运用不同的流量控制和拥塞控制机制。针对不同的组网场景，业务类型， 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 链路方向，带宽变化等因素，目前有着不同的拥塞控制机制来保证系统的网络性能和业务 q o s 。 w c d m a 作为主要的第三代移动通信空中接e l 方案，在r 9 9 版本中提供了 3 8 4 k b p s 的数 据速率，这个速率对于大部分现有的分组业务而言基本够用。然而，对于许多对流量和迟 延要求较高的下行数据业务如视频、流媒体和下载等，需要系统提供更高的传输速率和更 短的时延。而i u b 接口带宽资源是有限的，业务的数据需要在r n c 与n o d e b 之间进行传输。 当i u b 资源受限时，需要保证各种不同业务的q o s ，合理分配带宽，提高i u b 接口的资源利用 率和传输效率。 与g s m 系统1 6 j 相比，w c d m a 系统提供高速的多媒体和分组业务，对网络的要求更为 严格。在3 g 网络投入运营时，必须要考虑到更高的数据量对r n c 和n o d e b 之间的传输网络 的影响，因为传输成本一般占了网络运营成本的2 0 3 0 。h s p a 引入后，一方面业务数据 量成倍增长：另一方面，i u b 接口作为r n c 和n o d e b 之间的地面接口，i u b 接口的带宽是有 限的，3 g 业务的要求的带宽容易造成使i u b 接口拥塞，成为制约网络系统性能的瓶颈。而 基站的建设一旦完成，i u b 接口的带宽就固定下来，如果扩容就需要大兴土木，耗费大量的 成本。随着u m t s 技术的不断演进，在现有的网络中容纳新的技术成为各大运营商的基本 需求，在这种情况下，合理高效的q o s 保障机制将大大提高传输资源的利用率和系统的吞 吐量，并为用户提供更好的服务。这也成为各大运营商、设备商研究的热点和重点。 1 2 课题来源及研究目标 本论文课题主要结合在华为公司的r n c 项目开发，对w c d m ai u b 接口的拥塞检测、 资源分配与准入、流量控制三个方面的算法设计和实现进行了研究，最终使得业务的带宽 利用率、公平性、时延、丢包率等性能方面有所改进，提高移动接入网性能，保证业务的 q o s 。本文所要研究的目标在于针对不同的组网场景，业务类型，链路方向，带宽变化等 因素，提出一套比较全面和合适的i u b 接口的q o s 保证机制，比已有技术具有更好的合理 性和高效性，能提升产品和业务的性能。在此项目中参与的工作和研究成果为基础，本文 对w c d m ai u b 接口的q o s 保证机制进行了研究。 1 3 本文组织 全文共分六个章节，内容组织如下： 第一章介绍了本课题的研究背景、课题来源和研究目标，并给出了本文组织。 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一覃引言 第二章是相关理论和技术的综述。介绍了w c d m a 系统结构和接口协议栈，w c d m a q o s 的相关理论，以及整体w c d m aq o s 的保证机制研究。 第三章是w c d m ai u b 接口的q o s 机制研究与设计。总结了现有i u b 接口的相关q o s 策略和算法，并归纳总结其存在的问题，然后提出一套适合i u b 的q o s 机制设计方案，从 需求分析到总体设计分别进行描述。 第四章详细介绍了w c d m ai u b 口的q o s 机制的系统实现。主要通过拥塞检测与上报、 资源准入控制、流量控制反压策略这三方面算法来阐述i u b 口q o s 的保证机制。 第五章对w c d m ai u b 接口采取的q o s 算法进行了仿真验证。通过对实现了的q o s 机制的系统进行组网建模，仿真流量控制算法验证了业务的性能提升，同时对算法打开与 关闭的传输效果进行了对比。 第六章总结本文所做的工作，并对该课题进一步研究的方向进行展望。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章相关理论和技术简介 第二章相关理论和技术简介 2 1w c d m a 体系结构和接口描述 2 1 1u m t s 网络结构和各实体功能 u m t s ( 通用移动通信系统) 【7 】是采用w c d m a 空中接口的第三代移动通信系统，通 常也把u m t s 系统称为w c d m a 系统。u m t s 应用了与第二代移动通信系统一样的结构， 包括一些逻辑网络单元。不同的网络单元可以从功能上和所属不同的子网上进行分组。 从功能上，网络单元可以分为无线接入网络( r a d i oa c c e s sn e t w o r k ，黜) 和核心网 ( c o r en e t w o r k , c n ) 。其中r a n 用于处理所有与无线有关的功能，而c n 处理u m t s 系 统内所有的话音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由。上述两个单元与用户设备( u s e r e q u i p m e n t ，u e ) 一起构成了整个u m t s 系统。其系统网络结构如图2 1 所示【8 】。 o ul u 图2 lu m t s 系统网络结构 从g p pr 9 9 标准的角度来看，u e 和u t r a n ( t s 的陆地无线接入网络) 由全新 的协议构成，其设计基于w c d m a 无线技术。而c n 则采用了g s m g p r s 的定义，这样 可以实现网络的平滑过渡，此外在第三代网络建设的初期可以实现全球漫游。从上图可以 看出，u m t s 系统的网络单元包括如下部分： 1 ) u e ( u s e re q u i p m e n t ) u e 是用户终端设备，它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块和应用 层软件模块等。u e 通过u u 接口与网络设备进行数据交互，为用户提供c s 电路域和p s 分组域内的各种业务( 如e m a i l 、w w w 浏览、f t p 等) 。 2 】u t r a n ( u m t s 陆地无线接入网) 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关理论和技术简介 u t 轧悄【9 j 分为基站( n o d eb ) 和无线网络控制器( r n c ) 两部分。u t r a n 包含一个 或几个无线网络子系统( r n s ) 。一个r n s 由一个r n c 和一个或多个n o d eb 组成。r n c 与c n 之间的接口是i u 接口，n o d eb 和r n c 通过i u b 接口连接。在u t r a n 内部，r n c 之间通过i u r 互联，i u r 可以通过r n c 之间的直接物理连接或通过传输网连接。r n c 用来 分配和控制与之相连或相关的n o d eb 的无线资源。n o d eb 则完成i u b 接口和u u 接口之 间的数据流的转换，同时也参与一部分无线资源管理。 c n i u一一i u ：r n sr n s tt 个d i u r r n c i i t n c l 形b， l x 刊匕) ) d匕到1 支刻 图2 - 2u t r a n 网络结构 r n c 用于控制u t r a n 的无线资源。它通常与一个移动交换中心( m s c ) 和一个s g s n 以及广播域通过i u 接口相连，在移动台和u t r a n 之间的无线资源控制( i m c ) 协议在此 终止。它在逻辑上对应g s m 网络中的基站控制器( b s c ) 。 控制n o d eb 的r n c 称为该n o d eb 的控制r n c ( c r n c ) ，c r n c 负责对其控制的 小区的无线资源进行管理。如果在一个移动台与u t r a n 的连接中用到了超过一个r n s 的无线资源，那么这些涉及的r n s 可以分为：服务r n s ( s r n s ) 和漂移r n s ( d r n s ) 。 n o d eb 用于完成空中接口与物理层的相关的处理( 信道编码，交织，速率匹配，扩频 等) ，同时它还完成一些如内环功率控制等的无线资源管理功能。它在逻辑上对应于g s m 网络中基站( b t s ) 。 3 ) c n ( c o r e n e t w o r k ) 核心网c n 负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理。主要包括如下功能实体： m s c ( 移动交换中心) 提供交换和完成移动用户寻呼接入、信道分配等重要任务。作 为c s 电路域网络的核心，m s c 与其他网络单元协同工作，完成移动用户位置登记、越区 切换和自动漫游、合法性检验及频道转接等功能。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关理论和技术简介 v l r ( 拜访位置寄存器) 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。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。 s g s n ( 服务g p r s 支持节点) 类似m s c ，是p s 分组域业务的处理中心，直接服务 于移动用户，向移动用户提供移动性管理、会话管理和分组域的业务。s g s n 存储了分组 域用户的相关位置和签约信息，它非常类似v l r ，同样是一个动态的数据库。 g g s n ( 网关g p r s 支持节点) 实际上是个互联网网关，通过g i 口与p d n 网络互联， 通过g n 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。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。 h l a u c ( 归属地位置寄存器和鉴权中心) ，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，是静态的数据库；a u c 是p l m n 的鉴权中心，存储有 本h l r 所有用户的鉴权密钥，主要用来产生用户鉴权和加密的参数组。 2 1 2u 订t s 接口和i u b 协议栈 从图2 1 的u m t s 系统网络结构图中可以看出，w c d m a 系统主要有如下接口： 1 ) c u 接口 c u 接口是u s i m 卡和m e 之间的电气接口，c u 接口采用标准接口。 2 ) u u 接e l 1 0 l u u 接口是w c d m a 的无线接口。u e 通过u u 接口接入到u m t s 系统的固定网络部 分，可以说u u 接口是u m t s 系统中最重要的开放接口。 3 ) i u 接口 i u 接口是连接u t r a n 和c n 的接口，类似与g s m 系统的a 接口和g b 接口。i u 接 口是一个开放的标准接口，这也使得通过i u 接口相连接的u t r a n 与c n 可由不同的设备 制造商提供。 4 ) l u r 接口 i u r 接口是连接r n c 之间的接口，i u r 接口是u m t s 系统特有的接口，被用于对r a n 中移动台的移动管理。比如在不同的r n c 之间进行软切换时，移动台所有数据都是通过 i u r 接口从正在工作的r n c 传到候选r n c 。i u r 是开放的标准接口。 5 ) l u b 接口 i u b 接口是连接n o d e b 与r n c 的接口，i u b 接口也是一个开放的标准接口。由于本文 研究的是i u b 接口的q o s ，所以本节主要对i u b 接口的协议结构进行介绍。 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关理论和技术简介 u t r a n 各个接口的协议结构是按照一个通用的协议模型设计的，设计的原则是层和 面在逻辑上是相互独立的。如果需要，可以修改协议结构的一部分而无需改变其他部分， 协议结构如图2 3 所示【n 1 。 r a d i o c o n t r o lp i a n eu s e rp l a n e n e t w o r k l a y e r l a p p l i c；a t i o n i i d i t a i i p r o t) c o l 1i s t r e ：i m ( s ) l l。 il。li t r a n s p o r t t r a n s p o r tn e t w o r kt r a n s p o r tn e t w o r kt r a n s p o r tn e t w o r k n e t w o r ku s e rp l a n ec o n t r o lp l a n eu s e t p l a n e l a y e r a l c a p ( s ) 工 s i g n a l l i n gs i g n a l l i n g d a t a b e a r e r ( s )b e a r e r ( s )b e a r e r ( s ) 令 i- i p h y s i c a j l ；l a y e r l 。 ： 图2 3u t r a n 地面接口通用协议模型 从水平上划分，协议结构主要由两层组成，即无线网络层和传输网络层。所有u i r a n 相关的问题仅在无线网络层可见，传输网络层表示用于u t r a n 的标准传输技术。 从垂直层面上划分，又可分为控制面、用户面、传输网络控制面和传输网络用户面。 其中控制面包括应用协议，即e , 删a p 、r n s a p 、n b a p 和传输应用协议消息的信令承载， 应用协议用于在无线网络层建立承载；用户面包括数据流和数据承载，数据流以特定接口 帧协议来区分；传输网络控制面不包含任何网络层信息，完全在传输层，包括用于建立用 户平面传输承载( 数据承载) 的a l c , p 协议，还包括a l c a p 协议所需的信令承载：用 户平面的数据承载和应用协议的信令承载都属于传输网络用户面。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关理论和技术简介 r a d i o n e t w o f k l a y e r t r a n s p o r t l a y e r r a d ion e t w o r k c o n t r o lp ia n e t r a n s p o r t u s e rp la n e n e t w o r k c o n t r o lp l a n e n o d e b 定 加qa。 芒o a p p l i e a t i o np a x t 王 毫o王雹铃 q n b a p ) 习 z王 习 z王王 芎 q 习 喇q 叼 叼q alcap q 2 6 3 0 1 sscfunisscfunl sscopsscop aaltypejait y p e5aaltype2 atm p h y s i c a ll a y e r 图2 - 4i u b 接口协议栈结构 i u b 接口协议栈详细结构如图2 4 所示n 2 1 。无线网络层主要负责与n o d e b 操作相关的 过程，由无线网络控制面和无线网络用户面组成。传输网络控制层主要负责在n o d e b 和 r n c 之间建立网络连接的过程。 用户面功能是用户数据传输及相关控制信息传输。传输信道的配置由s r n c 选择，通 过i u b 接口通知n o d e b 。下行链路中n o d e b 将传输信道复用到无线物理信道上，上行链路 则相反，其从物理信道中解复用出传输信道。在i u b 接口上，与一个u e 上下文相关的、 且在宏分集合并于n o d e b 内的一组小区上通信的协同传输信道集，承载到一个传输承载 上，即有多少个协同传输信道集就有多少个传输承载和用于通信的i u b 用户端口。 2 2w c d m a q o s 的相关理论介绍 2 2 1q o s 概念与业务类型 对于服务质量( q o s ：q u a l i t yo f s e r v i c e ) 【1 3 1 ，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 ) 又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 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关理论和技术简介 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