（通信与信息系统专业论文）umts无线接入网的qos研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：呈! 垫日期：逃：! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：，边导师签 日期：皇翌 、 山东大学硕士学位论文 中文摘要 u m t s 是第一种提供端到端q o s 的无线技术。其国际标准组织3 g p p 已经建 立了通用端到端的q o s 框架体系。当前，i n t e r n e t 服务提供商普遍缺乏端到端q o s 控制能力，致使其不能提供确保型业务。业界把控制全网q o s 能力看作是至关重 要的优势，这可使业务提供商在日益激烈的市场竞争中有针对不同客户群提供不 同的服务。对3 g 无线业务提供商而言，能提供全网一致的基于营销策略的q o s ， 就使其具备了当前无线i n t e m e = t 服务提供商所不具有的商业优势，以此可获得更大 的收益和利润。 本论文主要研究第三代移动通信系统u m t s 无线接入网络的协议和q o s 体 系，对基于a t m 传输的u t r a n 涉及到的q o s 控制方案进行探索，并且根据无 线接入网络的协议来构造u t r a n 的网络模型。依据3 g 通信系统的业务需求，对 协议和网络q o s 进行分析和研究。论文首先研究了w c d m a 的通信协议标准， 并根据此建立u m t s 无线接入网络模型，并基于这个模型对网络的q o s 和性能问 题开展仿真研究。其次，建立u m t s 无线接入网络仿真平台，包括无线接口和l u b 接口的协议模型，如r l c ，m a c 协议等。来开展对u m t s 无线接入网络q o s 性 能研究。然后，在仿真平台上，详细研究了u m t s 无线接入网络的q o s 问题。最 后，论文分析了w c d m a 网络规划中特有的“小区呼吸”现象，理论上推导了小区 容量与其覆盖范围的定量关系。 在打建网络仿真平台问题上，论文详细讨论了w c d m a 系统中个主要网元的 节点模型与进程模型深入研究u m t s 无线接入网络结构和协议的基础上，来研 究移动通信网络的q o s 性能问题在此基础上对无线资源管理提出了一些改进措 施来改善用户q o s 。 由于时间和其它条件的限制，本文对无线接入网q o s 的研究尚待深入，许多 进一步的研究有待在后续工作中展开 关键词：无线通信、服务质量、码分多址技术、网络规划与优化、进程模型 4 a b s t r a c t u m t si st h ef i r s tw i r l e s st e c h n o l o g yi nw h i c hs e r i o u se m p h a s i so na n d - t o - e n dq o sh a sb e e n g i v e n ；i t ss t a n d a r d sb o d y3 g p ph a se s t a b l i s h e dac o m m o ne n d - t o - e o dq o sf i a m e w o r le n d - t o - a n d q o sc o n t r o li sa na b i l i t yt h a ti sc u r r e n t l ya b s e n ta m o n gm a n yi s p s ，r e n d e r i n gt h e mu n a b l et oo f f e r g u a r a n t e e ds e r v i c e s c o n t r o l l i n gq o sa c r o s st h en e t w o r kh a sb e e nc o n s i d e r e db yt h ei n d u s t r ya sa c r i t i c a l a d v a n t a g et h a te n a b l e ss e r v i c ep r o v i d e r st od i f f e r e n t i a t ec o m p e t e i na l l i n c r e a s i n g l y c o m p e t i t i v em a r k e t f o r3 gw i r e l e s so p e r a t o r so rs e r v i c ep r o v i d e r , t h ea b i l i t yt op r o v i d ec o n s i s t e n t p o l i c y - b a s e dq o sa c r o s st h en e t w o r ko f f e r sb u s i n e s sa d v a n t a g e so v e rt h ec u r r e n tw i r e l e s s i s p s ，i m p r o v i n gb o t hf e v e u u ea n dp r o f i l i nt h i sp a p e rw ea mt os t u d yt h ep r o t o c o l sa n dt h eq o sa k 拍t e c t mo f r a ni n3 gs y s t e m t o d i s e u s sq o si na t m - b a s e du t r a n ，a n dt oc o n s l n z c tn e t w o r km o d e lo fu t r a n a c c o r d i n gt ot h e p r o t o c o l so fr a n w i t hr e f e r e n c et ot h ea p p l i c a t i o nd e m a n do ft h e3 t hg e n e r a t i o nm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，w ew i l la n a l y s i sa n ds t u d yt h ep r o t o c o l sa n dq o so f n e t w o r k a tf l , s tl i nt h i s p a p e rw ew i nd i s c u s st h es t a n d a r d so f p r o t o c o l so f w c d m a 。b a s e do nw h i c hr a nn e t w o r km o d e l s i m u l a t i o ns c e n a r i o sa r ed e v e l o p e dt os t u d yt h eq o so fr a na c o r d h - 培t ot h en e t w o r km o d e l s e c o n d l yw ew i l ls e lu pt h es i m u l a t i o np l a t f o r mo f r a ni nu m t s ，i n c l u d i n gw i r e l e s si n t e r f a c ea n d l u bp r o t o c o lm o d e l ，s u c h 罄r l c ，m a ca n ds oo n b yt h i sw e 锄t o s t u d yt h eq o so f u m t sr a d i o a c c e s sn e t w o r k t h e nb a s e do nt h es i m u l a t i o np l a t f o r m , t h eq o so f u m t st a d i oa c c e s sn e t w o r ki s a n a l y s i s e da td e t a i l a tl a s tt h i sp a p e rw i l la n a l y s i sl i l es p e c i a lp r o b l e m ( c e l lb r e a t h ) i nn e t w o r k p l a n n i i l ga n dd e s i g no f w c d m an e t w o r k 、 a st h es e t u po fs i m u l a t i o np l a t f o r mi sc o n c e r n e d ，t h i sp a p e rw i l ld i s c u s st h en o d em o d e la n d p r o c e s sm o d e lo ft h em a i nn e t w o r ke l e m e n ti nt h ew c d m as y s t e m b ys t u d y i n gi n f r a s u u c t m ea n d p r o t o c o l so f r a ni nu m t s ，w ea l nt oi m p r o v et h eq o so f m o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki no r d e r t od os o m em o d i f i c a t i o n so nr r m t oi m p r o v et h eq o so f u s o r s d u et os o m ei i m i t a t i o n s ，t h et h c s i s sw o r ko nt h eq o so f r a ni nu m t sn e e dt ot a k ef l 目r t h e r i m p r o v e m e n t s i n f u t u r e i n v e s t i g a t i o n f u r t h e r e f f o r t ss h o u l d b e t a k e n i n t h es u b s e q u e n t w o r k k e yw o r d s ：w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n , q u a l i t yo fs e r v i ，c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s , n e t w o r k p l a n n i n ga n dd e s i g n , p r o c e s sm o d e l 5 山东大学硕士学位论文 q o s w c e i m a a r q 伊 i n t s e r v d i f f s e r s v p r n c l t r a n u e c n s g s n g g s n p d p u s i m h l r a u c g m s c b c c h a i c h p 】c h f a c h r a c h 啪s c s p s r a n 棚 6 缩略名词索引 q u a l i t yo f s e r v i c e w i d ec o d e dd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t 口 i n t e m a tl ，r o t o c o l i n t e g r a t e ds e r v i c e d i f f e r e n t i a t e x ls e r v i c e r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l p a d i on e t w o r kc o n , o i l e r u 姗t e r r e s t r i a li t a d i o a c 黜sn e t w o r k u s e re q u i p m e n t c o f en e t w o r k s e r v i n gg p r ss u p p o r t n o d e g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e p a c k e td a t ap r o t o c o i u n 盯ss u b r i b e rm o d u l e h o m el o c a t i o nr e g i s t e r a m h e n t i e a t i o nc e n t e r g a t e w a ym s c b r o a d c a s tc o n 自r o lc h a n n e l a e q u i s i t i o n l n d i e a t o rc h a m m l p a n g i n d i c a t o rc h a n n e l f o r w & da c c e 黯c h a n t i c l r a n d o m a c c e s sc h a r m e l u n i v e r s a lm o b i l et e l d ：, o m m u n i c a t i o ns y s t e m c i r e u i ts w i t e b e d p a c k e ts w i t c h e d r a d i o a c c e s s n e t w o r k a s y n c h r o n o u st r a m f e rm o d e 服务质量 宽带码分复用多址接入 自动请求重传 互联网协议 集成服务 区分服务 资源预留协议 无线网络控制器 陆地无线接入网 用户终端 核心网络 g p r s 服务支持节点 g p r s 网关支持节点 分组数据协议 u m t s 用户模块 归属位置寄存器 鉴权中心 关口m s c 广播控制信道 捕获指示信道 寻呼指示信道 前向接入信道 随机接入信道 通用移动通信系统 电路交换域 分组交换域 无线接入网 异步传输模式 山东大学硕士学位论文 第一章u m t s 无线接入网络结构n l 1 1u m t s 体系结构 u m t s 支持广泛应用，要求能够满足多种q o s 需求。目前，u m t s 还没有商 用，对将来可能的应用和不同应用情况也无法预知。另外，为某些应用优化u m t s 也是不现实的。因此，u m t s 的结构必须具有适应性和演进性，以保持其技术的 生命力。u m t s 是用一种模块化的方案来定义的，这种模块化方案使得u m t s 能 在不同环境下获得有效实施。 u m t s 基本结构具体是指位于用户设备( u e ) 和基础设施之闻。这必然就出 现两个域：用户设备域和基础设施域，也就是终端设备和系统设备，如图1 1 。 图1 1u m t s 的系统结构 用户设备是用来接入u m t s 业务的设备。用户设备通过无线接口连接到系统 设备的，w c d m a 是u m t s 最主要的无线接入方式。系统设备包括许多个执行不 同功能的物理节点，这些节点用来终止无线接口及支持用户的电信业务需求，是 一种共享资源，可为覆盖区内所有经过鉴权的终端用户提供业务服务。 图1 2 中显示的是来自现有网络结构的演进。核心网域可以是现有网络基础设施的 演进，如o s m 基础设施，n - i s d n 基础设施，b - i s d n 基础设施或p d n 基础设施。 这些基础设施的演进可通过隐含在域中的i w u s 来进行。 在图1 2 中所涉及到的设备实体和网络接口包括： 1 l i e ( u s e r e q u i p m e n t ) 移动台( 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、 协议栈模块以及应用层软件模块等。u e 通过u u 接口与网络设备进行数据交互，为 用户提供电路域和分组域内的各种业务功能。l i e 包括两部分 7 山东大学硕士学位论文 e m e ( m o b i l ee q u i p m e n t ) 提供应用和服务 图1 2u m r sr 9 9 网络结构和接口 e u s i m ( u m t ss u b s c r i b e r m o d u l e ) 提供用户身份识别 2 u t r a n ( u m t s t e r r e s t r i a l r a d i o a c , e e s s n e t w o r k u m t s ) u t r a n 即陆地无线接入网，分为基站n o d eb 和无线网络控制器r n c 两部分。 n o d eb 是w c d m a 系统的基站即无线收发信机，包括无线收发信机和基带处 理部件。通过标准的i u b 接口和r n c 互连，主要完成u u 接口物理层协议的处理。它 的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号 和射频信号的相互转换等功能。n o d eb 由r f 收发放大、射频收发系统t r x 、基带 部分b b 、传输接口单元、基站控制部分逻辑功能模块构成。 e r n c 是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无 线资源管理控制等功能。具体如下： ( 1 ) 执行系统信息广播与系统接入控制功能； ( 2 ) 切换和r n c 迁移等移动性管理功能； ( 3 ) 宏分集合并功率控制无线承载分配等无线资源管理和控制功能。 3 c n ( c o r en e t w o r k ) c n 即核心网络，负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理。主要功能实体： ( 1 ) 移动业务交换中心( m s c ) 对位于辖区域内移动台进行控制，交换的功能实体 ( 2 ) 拜访位置寄存器( v l r ) m s c 为所辖区域内m s 呼叫接续所需检索信息的数 据库。v l r 存储与呼叫处理有关的一些数据，例如用户的号码，所处区域的识别， 向用户提供的业务等参数。 。 ( 3 ) 归属位置寄存器( h l r ) 管理部门用于移动用户管理的数据库。每个移动用 户都应在其归属位置寄存器中注册登记 8 山东大学硕士学位论文 1 - - ! 皇舅量曼量皇曼皇曼奠量皇暑鼍量曩曩置曼量曼皇皇曼摹量量曼曼曼量量置| 皇量曩鼍置| 量皇鼍寡 ( 4 ) 鉴权中心( a u c ) 为认证移动甩户的身份和产生相应鉴权参数的功能实体 服务g p r s 支持节点( s g s n ) 执行移动性管理，安全管理，接入控制和路由选择 等功能 一 ( 5 ) 网关g p r s 支持节点( g g s n ) 负责提供g p r sp l m n 与外部分组数据网的接 口，并提供必要的网间安全机制。 1 2l 瓜a n 总体结构和接口描述 1 2 1u t r a n 的逻辑结构 u t r a n 包括多个无线网络子系统，r n s 通过i u 接口连接到u m t s 的核心网 络。无线网络子系统r n s 包括无线网络控制器( r n c ) 和一个或多个基站( n o d e b ) 。n o d eb 和r n c 之间通过i u b 接口连接。在u t r a n 内部，无线网络子系统 r n s 通过l 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的管理。 u t r a n 的逻辑结构及相关接口如图1 3 图1 3u t r a n 逻辑结构 i u 接口规定了核心网和u t r a n 之间的接口，如图1 3 所示，连接c n 电路交 换部分的i u 接口称为i u - c s ，连接到核心网分组交换部分的i u 接口称为i u - p s 。 1 2 2u t r a n 各接口的基本协议结构 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 改变其他部分如图1 4 所示 山东大学硕士学位论文 董l 断f t 嘞i r c a n 螂nt _ t _ 州l 时 t , i m p _ h - _ ! 1 ”嚣i 訾 u i 样 下 a r p _： i ia t 掣s ) l l l 翠|i 举l i 吊l i t 脚“ 图1 4u t r a n 接口的通用协议模型 从水平平面来看，协议结构主要包含两层：无线网络层和传输网络层。所有 与陆地无线接入网有关的协议都包含在无线网络层，传输网络层是指被u t r a n 所 选用的标准的传输技术，与u t r a n 的特定的功能无关。 从垂直平面来看，包括控制面和用户面。 ( 1 ) 控制面包括应用协议( i u 接口中的r a n a p ，i u r 接口中的r n s a p ，i u b 接 口中的n b a p ) 及用于传输这些应用协议的信令承载。应用协议用于建立到u e 的 承载( 例如在i u 中的无线接入承载及在i u r 、i u b 中无线链路) ，而这些应用协议的 信令承载与接入链路控制协议a l c a p 的信令承载可以一样也可以不一样，它通过 o & m 操作建立。 ( 2 ) 用户面包括数据流和用于承载这些数据流的数据承载。用户发送和接收的 所有信息( 例如话音和数据) 是通过用户面来进行传输的。传输网络控制面在控 制面和用户面之间，只在传输层，不包括任何无线网络控制平面的信息。它包括 a l c a p 协议( 接入链路控制协议) 和a l c a p 所需的信令承载。a l c a p 建立用于用 户面的传输承载。引入传输网络控制面，使得在无线网络层控制面的应用协议的 完成与用户面的数据承载所选用的技术无关 在传输网络中，用户面中数据面的传输承载是这样建立的：在控制面里的应 用协议先进行信令处理，这一信令处理通过a l c a p 协议触发数据面的数据承载的 建立。并非所有类型的数据承载的建立都需通过a l c a p 协议。如果没有a l c a p 协议的信令处理，就无需传输网络控制面，而应用预先设置好的数据承载。a l c a p 的信令承载与应用协议的信令承载可以一样也可以不一样。a l c a p 的信令承载通 常是通过o & m 操作建立的。 在用户面里的数据承载和应用协议里的信令承载属于传输网络用户面。在实 山东大学硕士学位论文 时操作中，传输网络用户面的数据承载是由传输网络控制面直接控制的，而建立 应用协议的信令承载所需的控制操作属于o & m 操作。 ，综上所述u t r a n 遵循以下原则 ( 1 ) 信令面与数据面的分离 ( 2 ) u 1 1 u - n c n 功能与传输层分离即无线网络层不依赖于特定传输技术 ( 3 ) 宏分集f d do n l y 完全由u t r a n 处理 ( 4 ) r r c 连接的移动性管理完全f l q u t r a n 处理 1 2 3i j t r a n 完成的功能 ( 1 ) 和总体系统接入控制有关的功能 准入控制 拥塞控制 系统信息广播 ( 2 ) 和安全与私有性有关的功能 无线信道加密解密 消息完整性保护 ( 3 ) 和移动性有关的功能 切换 s r n s 迁移 ( 4 ) 和无线资源管理和控制有关的功能 无线资源配置和操作 无线环境勘测 宏分集控带i j f d d 无线承载连接建立和释放r b 控制 无线承载的分配和回收 动态信道分配d c at d d 无线协议功能 r f 功率控制 r f 功率设置 ( 5 ) 时间提前量设置t d d 山东大学硕士学位论文 ( 6 ) 无线信道编码 ( 7 ) 无线信道解码 ( 8 ) 信道编码控制 ( 9 ) 初始随机接入检测和处理 。 ( 1 0 ) n a s 消息的c n 分发功能 1 2 4 i u 接口 i u 接口支持如下功能： 建立，维护和释放无线接入承载的程序； 完成系统内切换，系统间切换和s r n s 重定位的程序； 与特定u e 无关的一系列程序； u e 和c n 之间n a s 信令消息的传送； 从c n 向u t r a n 传送请求的位置业务，和从u t r a n 到c n 的位置消息。位 置消息可以包括地理区识别符或未定参数的协调； 为单个u e 立即接入多个c n 域： 为分组数据流资源预留的机制。 、 i u 接口的协议分成两个平面： 用户平面协议实现无线接入业务，即通过接入层传送用户数据。 控制平面协议用于控制u e 和网络之间的无线接入载体和连接( 包括请求的 业务，控制不同的传输资源，切换和流量等) 。还包括n a s 消息的透明传输。 每个c n 接入点可以连接到一个或多个u t r a n 接入点。每个u t r a n 接入点 只能连接到每个c n 交换部分的一个接入点。 i u 接入的协议结构如图1 5 和1 6 所示，分为c s 和p s 两类 i 游 ”l i 一器一 1 吲嚣， 韶豁i t ，i 虬，lq ，1 w 晴a i l n 州 1 i 日i 川 l j 舶 ：。i z i ：! ! i ； ； 【l i ；!“h -i 图1 5c s 域i u 接口协议结构 山东大学硕士学位论文 i 营 il 。瞥 “器i 訾i 1 i 材 l |j i 等i 1 m 州 i ii li 肼 j i l 1l t i w ， iinl i；l l ! ； i i 瑚 h l l ll lw _ t i i 图1 6p s 域i u 接口协议结构 i u 接口的物理层分为两部分物理媒介依赖子层( p m d ) 和传输会聚子层( t c ) 。 其中物理媒介依赖子层( p m d ) 可以采用光，同轴电缆或无线等任何物理媒介， 传输方式可以是p d h ，s d h ，点到点，点到多点的任何方式，但应遵从相关的技术规 范。传输会聚子层( t c ) 与物理媒介依赖子层( p m d ) 的传输方式密切相关，i u 接 口上提供到高层的业务应独立于底层的传输技术。 i u 接口的信令承载：传送c n 和r n c 之间额信令消息使用s c c p 。为此规定 一个s c c p 的用户功能模块，称为无线接入应用部分( r a n a p ) 。r a n a p 使用 s c c p 的无连接和面向连接业务。r a n a p 可以用s s n ，s p c 和g t 以及他们之间的 任何组合进行s c c p 寻址。 i u 接口用户数据承载：使用a a l 2 作为到c s 的用户数据承载。a a l 2 协议用 于动态建立i u 接口到c s 的a a l 2 连接。使用基于a a l 5 的g t p - u 作为到p s 的 用户数据承载。r a n a p 信令用于建立，修改和释放到p s 的g t p u 通道。 1 2 5 l u r 接口 i u r 接口支持如下功能： ( 1 ) 传送网络管理 ( 2 ) 公共传送信道的业务管理 公共传送信道资源的准备 寻呼 ( 3 ) 专用传送信道的业务管理 无线链路的建立增加删除 测量的上报 1 3 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) 下行共享传送信道和【m d 上行共享传送信道】的业务管理 无线链路的建立、增加、删除 容量的分配 ( 5 ) 公共和专用测量目标的测量上报 i l l r 接口协议结构由两个功能层组成： 无线网络层定义了在一个p n 删内有关两个r n c 的互动过程。无线网络层由 一个无线网络控制平面和一个无线网络用户平面组成。传送层定义了在一个p n 玳 内两个r n c 间建立物理连接的过程。 i 、的协议结构如图1 7 7 l 僻 r 。8 pl l ；：饕 | = 嚣“； p - i l “wl cc p jl -一+ l m t p $ i _ l u - ii - t 。l u3 u a l r l u l i c f ，i l i i cf 州i c t ，l i c i i - - 。，i _ i - 儿f l i m l 2 liii l l l, e t uli| | i j | l a ，l川 图1 7i u r 接口协议结构 1 w 接口的物理层的基本要求于i u 接口相同。 i u r 接口的用户数据承载：使用a t m a a l 2 作为t u r 的用户数据承载，又分为 公共传送信道和专用传送信道两类。 i u r 接口的控制信令：r n s a p 协议具有下述主要功能： 无线链路管理功能，允许s r n c 使用d r n s 的专用资源管理无线链路。 物理信道重配置，允许d r n c 为无线链路重新配置物理信道资源。 无线链路监测，允许d r n c 报告无线链路的失败和恢复。 测量专用资源，允许s r n c 启动在d r n s 中的专用资源测量，d r n c 报告测 量结果。 d l 功率漂移校正，允许s r n c 调整一个或多个无线链路的d l 功率电平，以 避免在无线链路间的d l 功率漂移。 c c c h 信令传输，允许s r n c 和d r n c 通过由d r n $ 控制的c c c h 传输u e 和s r n c 间的信息。 寻呼，允许8 r n c 在d r n s 的无线接入区寻呼u e 。 1 4 山东大学硕士学位论文 公共传输信道资源管理，允许s r n c 使用在d r n s 中的公共传输信道资源。 1 2 6 i u b 接口 l u b 接口功能包括： ， 【1 ) 传送资源的管理 ( 2 ) 节点b 的操作与维护，包括l u b 链路管理、小区配置管理、无线网络性能 管、资源管理、公共传输信道管理，无线资源管理以及系统信息升级 ( 3 ) 实现专用的o & m 传送 ( 4 ) 公共信道的流量管理分为管理控制、功率控制和数据传送 ( 5 ) 专用信道的流量管理包括无线链路建立、信道分配与取消分配、功率管理、 钡4 量报告与专用传输信道管理及数据传送 ( 6 ) 下行共享信道的流量管理包括信道分配与取消分配、功率管理、传输信道 管理和数据传送 ( 7 ) 上行共享信道的流量管理包括信道分配与取消分配、功率管理、传送信道 管理和数据传送 ( 8 ) 定时和同步管理包括传输信道同步、基站r n c 同步和基站间同步 l u b 接口协议有两个功能层： 无线网络层，定义了有关节点b 工作的过程。由无线网络控制平面和无线网 络用户平面组成。 传输层，定义了在节点b 和r n c 间建立物理连接的过程。 需要指出的是对每一个r a c h 和f a c h 传输信道，应由一个专用的a a l 2 连接。 l u b 接口的协议结构如图1 8 黜勰“ o 一n l - r = 暮习 i 竺竺i 图1 8l u b 接口协议结构 i u b 接口物理层的基本要求于l u 接口相同。 山东大学硕士学位论文 l u b 接口信令承载：在无线网络控制平面使用的a t m 层的s a a l u n i 应符合 1 3 6 1 规范。 l u b 接口用户数据承载：用于i u b 的传送信道数据流的传送层，使用的是a t m 和a a l 2 协议( 应符合1 3 6 3 2 和1 3 6 6 1 ) 。 i u b 控制信令：n b a p 协议，即n o d eb 应用部分，包括公共程序和专用程序， 如寻呼，分配，广播系统信息，请求、完成、释放专用资源和逻辑资源管理。 n b a p 公共程序用在n o d eb 中请求为某一特定u e 创建上下文或和某一特定 u e 无关。n b a p 公共程序还包括操作与维护程序。 n b a p 专用程序和n o d eb 中某一特定u e 上下文有关。 i u b 接口协议功能： i u b 传输资源的管理 节点b 的逻辑o & m ：i u b 链路管理，小区配置管理，无线网络性能测量，资 源事项管理，公共传输信道管理，无线资源管理，无线网络配置队列。 系统信息管理。 公共信道话务管理：接入允许控制，功率管理，数据传输。 专用信道话务管理：无线链路管理，无线链路监测，信道分配撤销，功率管 理，测量报告，专用传输信道管理，数据传输。 共享信道话务管理：信道分配撤销，功率管理，传输信道管理，数据传输。 定时和同步管理：传输信道同步( 帧同步) ，节点b 与r n c 节点同步，节点 b 间的节点同步。 1 3 无线接口总体描述 无线接口的协议结构如图1 9 图1 9 无线接口协议结构 无线接口分为三个协议层：物理层( l 1 ) 、数据链路层( l 2 ) 和网络层( l 3 ) 。 1 6 山东大学硕士学位论文 l 2 被进一步分成媒体接入层( m a c ) 、线链路控制层( r l c ) 、分组数据会聚协议 层p d c p ) 和广播，多点传送控制层( b m c ) 。 l 3 和r l c 分为控制平面和用户平面，p d c p 并i b m c 仅位于用户平面。在控制面 l 3 被分成几个子层。处于最底的子层被称为无线资源控制层( r r c ) ，它属于接 入层，终止于u t r a n 。r r c 之上的子层提供“复制避免( d u p l i c a t i o na v o i d a n c e ) ” 功能，它终止于c n ，向高层提供非接入层业务。高层信令如移动管理( m m ) 和 呼叫控制( c c ) ) 属于非接入层。 r l c 子层提供与无线传输技术紧密相关的自动重复请求( a r q ) 功能。r l c 在控制平面和用户平面上没有差别。 图1 9 中的方框代表对应协议的一个实体。同层通信的业务接入点( s a p s ) 用圆 圈在层与层之间的接口处标识。位于m a c 和物理层之间的业务接入点提供传输信 道。位于r l c 和m a c 之间的业务接入点提供逻辑信道。在控制面里，复制避免和 高层( 移动管理，呼叫管理) 之间的接口被定义为通用控制、通知和专用控制业 务接入点。 从图1 9 中可以看到：在r r c 和r l c 、r r c 和m a c 、r r c 和l 1 、r r c 和p d c p 以及r r c 和b m c 之间存在连接。r r c 通过这些接口控制低层的配置。因此，在r r c 和每个低层( p d c p 、r l c 、m a c 和l i ) 之间分别定义了一个独立的控制业务接入 点。 1 4 研究工具和方法 计算机网络性能仿真分析的基本方法包括( 1 ) 对实际网络的测量：比如对 i n t e r a c t 吞吐量的测量；( 2 ) 在仿真系统中进行仿真实验( s i m u l a t i o n ) ，如 o p n e t , n s - 2 ( 3 2 ) 等；( 3 ) 带有实验性质的系统，但接入实际的网络进行实验 ( e m u l a t i o n ) ，如3 g 网络，i p v 6 b o n e 等；( 4 ) 从数学角度，建立模型，进行分析。 0 p n e t 是一种商用仿真软件产品，采用离散时间仿真的方法，来实现相当规 模的网络中准确有效的模拟大量间隔密集的事件。使用完美的链路将网络节点连 接在一起来实现对网络的建模，这些链路可据实际网络的状况改变性能。网络成 分的行为是用状态转移图的方式来进行模拟的，状态中进行的处理则通过c 语言 程序进行描述。 山东大学硕十学位论文 1 4 1o p n e t 结构和功能 o p n e t 使用一种分层结构，不同o p n e t 层在不同层面上描述网络，o p n e t 中节点是由协议栈元素构成的。o p n e t 能准确分析复杂网络的性能和行为，在网 络模型中任意位鼍都可插入标准的或用户指定的探头，以采集数掘和进行统计。 通过探头得到仿真输出可图形显示、数字方式观察或者输出到第三方软件包。此 外，一系列仿真运行结果被自动整理到单一o p n e t 输出文件中，以便于比较分析。 o p n e t 允许用户使用f s m 开发自己的协议，并提供丰富的c 语言库函数。 o p n e t 还提供e m a 接口，方便用户进行二次开发。o p n e t 支持面向对象的调试， 层次结构非常清晰。对网络拓扑、节点设备的体系结构、过程逻辑、传输等不同 层次的、不同类型的模型，都有专门的、符合人们习惯的工具来进行逻辑和浏览。 1 4 2o p n e t 仿真流程 1 4 3o p n e t 分析环境 图1 1 0 仿真流程 客户- 服务器：客户月艮务器模型带有多种应用类型( 电子邮件、数据库、文件 传输、超文本传输协议、远程登陆、视频会议等) ，统计分析包括处理器、磁盘 使用情况、对等协议延迟、时间响应时间、吞吐量、服务器储备等。 电路交换：电路交换网络( 最低费用路由) 统计分析由活动呼叫次数、分组 呼叫次数、服务等级、业务运载量、业务流( 厄朗) 设备模型：网桥、集成器、 路由器网关、工作站朋臣务器、交换机 排队服务规范 一 山东大学硕士学位论文 先进先出f i f o 后进先出l i f o 优先的非抢先排队 最短作业优先 单服务器的抢先与恢复 多服务器的抢先与恢复 并行包服务( 部分先后的) 使用工具接口 d t e d 地图转换程序，s t k 卫星轨道转换程序以及用户报告生成程序 业务源 突发的、正本、固定位率、可变位率 谴接模型 点对点、总线、射频( 广播) 、用户定义( 如光学的) 1 9 山东大学硕士学位论文 第二章u m t s 网络的q o s w c d m a 系统与传统移动通信系统的显著不同，除了在空中接口的物理层采 用了更加复杂的技术，可以提供更高的频谱利用率，具有更大的系统容量外，另 一个最有代表性的区别是在w c d m a 系统中定义了当前已经存在和未来可能应用 的各种多媒体业务，同时为了保证这些业务的服务质量定义了各种q o s 保证手段， 从而w c d m a 系统可以充分发挥自身的技术优势，为用户提供各种差异化的服务， 提高用户的服务满意度，增加运营收益。除了支持更高的数据吞吐率，u n i t s 技 术体制要求有效的控制延迟、抖动、误码率及其他可能影响用户服务质量的因素。 从商业运营考虑，在一个可以对q o s 进行有效控制和监测的网络上，运营商不仅 可以通过开放高增值业务来提高竞争力，还可以针对不同用户群分别制定运营策 略，既能满足不同用户和不同业务的q o s ，又能提高网络资源的利用率，从而扩 大市场的渗透率。运营商最关心的是：u m t s 网络如何保证端到端的q o s 。因为 终端用户体验到的是端到端的业务服务质量。 在u m t s 网络，q o s 是针对某一特定服务类型而定义的有关网络性能属性的 集合，是由一组可测量的参数进行表征，包括服务的可获性、延迟、抖动、吞吐 率、丢包率、误码率以及信噪比等。其服务的可获性可进一步细分为网络性能指 标，如阻塞率、掉话率、系统中断率、无线覆盖率等1 3 9 1 。 q o s 的基本要求【3 9 1 ： ( 1 ) 必须能满足端到端的q o s 需求； ( 2 ) 提高无线资源、核心网以及传输网的利用率； ( 3 ) 利用现有的的技术： “) 支持不对称及对称无线承载电路； ( 5 ) 对于同一个p d p 地址应具有支持不同q o s 属性数据流能力； ( 6 ) 在个数据会话过程中支持q o s 的修改； ( 7 ) 在移动过程中能保持q o s 的连贯性。 2 1 不同层面的q o s 网络服务是端到端的，是从一个终端设备( t e ) 到另外一个终端设备( t e ) a 山东大学硕士学缔论文 一个端到端的服务可能向网络服务用户提供一定的服务质量( q o s ) 。也只有最终 用户才能决定他对所提供的q o s 是否满意。实现一种网络的q o s ，就需要从服务 的源端到目的端建立一个明确定义了特性和功能的承载业务。 一个承载业务包括能够提供己协定的q o s 所有方面，包括控制信令，用户平 面传输和q o s 管理功能。图2 1 描述了u m t s 承载业务分层体系结构，特定层上 的每一项业务都提供了其独特的服务，这些服务又通过底层来实现。 r a b 的下层由连接u e 和u t r a n 的无线承载服务和u t r a n 与c n 间的i u 承载服务构成。图2 1 看出，u m t s 承载是指无线接入承载r a b 和u m t s 分组 域核心网的承载服务。 图2 1 u m t s q o s 结构 2 1 1 端到端业务和u i 讧t s 承载业务 业务流量从终端设备( t e ) 到终端设备( t e ) 传送过程中，必须经网络的不 同承载业务。t e 通过移动终端( m t ) 连接到u m t s 网络。应用层的端到端业务 使用