（通信与信息系统专业论文）移动通信网络基于业务效用的服务策略研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 近年来，无线技术快速演进，移动通信网络取得了超常规发展，网络承载的业务 类型呈现出多样化的发展趋势。面对网络新架构、业务个性化发展，运营商采取相应 有效的服务策略显得格外重要。在竞争日益激烈的通信领域，提高终端用户的满意度 是生存之本，如何保证业务在传输过程中的服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 是一个 关键问题。另一方面，网络流量呈现爆炸式增长，运营商如何合理利用有限的资源， 提出智能高效的服务策略成为亟待解决的问题。 本文首先介绍网络业务q o s ，用户使用业务特性，然后提出一种基于用户网络效 用的网络选择方案，最后基于业务效用对移动网络的定价策略进行了研究。主要内容 如下： 第一，为了提高用户q o s 满意级别，增加社会福利，更加合理的利用网络资源， 设计了一种基于用户网络效用的异构网络环境的网络选择方案。考虑一种蜂窝网和 w l a n 融合的场景，将用户的网络效用函数、蜂窝网和w l a n 呼叫接入控制模型应用 到网络选择中，针对所在区域不同的网络覆盖环境，考虑业务的q o s 要求、网络资源、 用户移动性。如果是新的呼叫，决定用户接入蜂窝网还是接入w l a n ，或者是拒绝接 入；如果是持续呼叫跨越小区边缘时，决定用户呼叫从蜂窝网切换到w l a n ，或者从 w l a n 切换到蜂窝网，要么结束通话退出系统。 第二，为了更贴近实际地评价用户体验感受和服务质量，针对泛在业务环境，设 计出一种构建泛在业务效用模型的方法。确定与业务效用相关的各个服务属性，将具 有相同属性参数的业务统一考虑，然后确定业务效用映射到相关属性参数的总次数。 第三，为了提高资源利用率，增加运营商的收益，设计出基于业务效用的定价策 略。首先分析如何进行市场细分，将具有不同价格偏好的用户划分为不同的用户群， 然后采用差别定价，考虑业务效用、可用资源情况，把资源和价格关联起来，然后实 施呼叫接入控制。其中将归纳出的业务效用模型与价格关联起来，以运营商收益的最 大化为目标，求解出相应的定价方案和资源分配方案。最后做出仿真，与传统定价策 略对比，以运营商获取收益为目标进行了性能评估，验证了所设计定价策略能够有效 地改善运营商的收益。 关键词：移动通信网络；q o s ；业务效用；网络选择；定价策略 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t r e c e n t l nw i t ht h er a p i de v o l u t i o no fw i r e l e s st e c h n o l o g y , m o b i l ec o m m u n i c a t i o n n e t w o r k sh a v em a d ee x t r ao r d i n a r yd e v e l o p m e n t ，a n dt h et y p eo fs e r v i c ec a r r i e db yn e t w o r k s d i s p l a y sd i v e r s ed e v e l o p m e n tt r e n d i nt h ef a c eo ft h en e wa r c h i t e c t u r eo fn e t w o r k sa n dt h e i n d i v i d u a t i o nd e v e l o p m e n to fs e r v i c e ，i ts e e m st ob ee s p e c i a l l yi m p o r t a n tf o ro p e r a t o r st o t a k et h ec o r r e s p o n d i n ge f f e c t i v es e r v i c es t r a t e g y i nt h ef i e l do ft h ei n c r e a s i n g l yc o m p e t i t i v e c o m m u n i c a t i o n s ，i m p r o v i n gt h et e r m i n a lu s e r ss a r i s f a c t i o ni sab a s i cr e q u i r e m e n t w h i l e h o wt oe n s u r et h eq o si nt h et r a n s m i s s i o np r o c e s si sak e yi s s u e b e s i d e s ，t h en e t w o r kt r a f f i c g r o w se x p l o s i v e l y , h o wt ou s eo fl i m i t e dr e s o u r c e sr e a s o n a b l y , p u tf o r w a r di n t e l l i g e n ta n d e m c i e n t l yp r o v i d et h es e r v i c es t r a t e g yb e c o m es e r i o u sp r o b l e m s i nt h i st h e s i s ，f i r s t l yw ei n t r o d u c et h en e t w o r ks e r v i c eo o sa n du s e r s b e h a v i o r c h a r a c t e r , a n dt h e np u tf o r w a r dak i n do fn e t w o r ko p t i o nb a s e do nt h en e t w o r ku t i l i t yo ft h e u s e r s f i n a l l y , w es t u d yt h ep r i c i n gs t r a t e g yo fm o b i l en e t w o r k sb a s e do nt h es e r v i c eu t i l i t y t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 ) i no r d e rt oe n h a n c et l l eu s e r s q o ss a t i s f a c t i o nl e v e l s 。i n c r e a s es o c i a lw e l f a r e 。a n d u s eo fn e t w o r kr e s o u r c e sm o r er e a s o n a b l y , w ed e s i g nas c h e m ea b o u tn e t w o r ko p t i o nb a s e d o nt h es e r v i c eu t i l i t yu n d e rt h eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r ke n v i r o n m e n t c o n s i d e r i n gas c e n eo f c e l l u l a rn e t w o r kw i t ht h ew l a ni n t e g r a t i o n ，t h eu s e r sn e t w o r ku t i l i t yf u n c t i o na n dt w o m o d e l so fc e l l u l a rn e t w o r ka n dw l a nc a l la d m i s s i o nc o n t r o la r ea p p l i e dt on e t w o r k s e l e c t i o n w - ec o n s i d e rt h eo o sr e q u i r e m e n t so fs e r v i c e ，n e t w o r kr e s o u r c e sa n du s e r s m o b i l i t y , a c c o r d i n gt od i f f e r e n tn e t w o r kc o v e r a g ea r e ae n v i r o n m e n t i ft h ec a l li sn e wa r r i v a l i td e c i d e st oa d m i tt h eu s e r s a c c e s st ot h ec e l l u l a rn e t w o r ko rw l a n t or e 如s et ot h e a c c e s s i fa no n g o i n gc a l lc r o s s e st h ec e l le d g e i td e c i d e st os w i t c ht h eu s e r s c a l l sf r o mt h e c e l l u l a rn e t w o r kt ow l a n 。o rf r o mw l a nt oc e l l u l a rn e t w o r k o rd r o pc a l la n dl e a v et h e s y s t e m 2 1t oe v a l u a t eu s e r s e x p e r i e n c ef e e l i n ga n ds e r v i c eq u a l i t ym o r ea c t u a l l y , w ep r o p o s ea k i n do fm e t h o da b o u tc o n s t r u c t i n gt h eu b i q u i t o u ss e r v i c eu t i l i t ym o d e l ，a c c o r d i n gt ot h e u b i q u i t o u ss e r v i c ee n v i r o n m e n t e n s u r i n ge a c hs e r v i c ea t t r i b u t e sr e l a t e dw i t hs e r v i c eu t i l i t y , w ec o n s i d e ru n i f i e dt h es e r v i c ew i t hs a m ep r o p e r t i e sp a r a m e t e r s ，a n dd e t e r m i n et h et o t a l n u m b e ro fs e r v i c eu t i l i t ym a p p i n gt ot h er e l a t e dp r o p e r t yp a r a m e t e r s 3 ) t 0i m p r o v et h er e s o u r c eu t i l i z a t i o n ，i n c r e a s et h eo p e r a t o r s i n c o m e ，w ep r o p o s ea p r i c i n gs t r a t e g yb a s e do nt h es e r v i c eu t i l i t y f i r s t l y , w ea n a l y z eh o wt oc a r r yo nt h em a r k e t s e g m e n t s u s e r sw i t hd i f f e r e mp r i c ep r e f e r e n c e sa r ed i v i d e di n t od i f f e r e mu s e rg r o u p s a n d t h ed i s c r i m i n a t i o np r i c ei sa d o p t e d c o n s i d e r i n gs e r v i c eu t i l i t y , a v a i l a b l er e s o u r c e ss i t u a t i o n 。 t h er e s o u r c ei sc o n n e c t e dw i t hp r i c e w ec a r r yo u tac a l la d m i s s i o nc o n t r o ls c h e m e a m o n g t h e m ，t h ei n d u c t i v em o d e lo f1o i n ts e r v i c eu t i l i t yi sr e l a t e dt op r i c e a so p e r a t o r s r e v e n u e m a x i m i z a t i o ni st h eg o a l ，w ep r o v i d eas o l u t i o no ft h ec o r r e s p o n d i n gs i t u a t i o na b o u t p r i c i n g s c h e m ea n dr e s o u r c ea l l o c a t i o n f i n a l l y , w ec o n t r a s tt h es i m u l a t i o nt ot h et r a d i t i o n a lp r i c i n g s t r a t e g y t h ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ni sm a d e a n di td e m o n s t r a t e st h a tt h ed e s i g n e dp r i c i n g s t r a t e g yc a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h eo p e r a t o r s r e v e n u e k e yw o r d s ：m o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ；q o s ；s e r v i c eu t i l i t y ；n e t w o r ks e l e c t i o n ； p r i c i n gs t r a t e g y 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 课题的研究背景和意义 近年来，移动通信网络取得超常规发展，网络承载的业务类型呈现出多样化的发 展趋势。各种先进的技术相继出现，为人们的生活更添精彩，同时推进了社会信息化 发展的进程。无线技术快速演进，由此诞生了多种无线接入网络，比如8 0 2 1 1w l a n ， 8 0 2 1 6w m a n ，g p r s e d g e ，c d m a 2 0 0 0 ，t d c d m a 和w c d m a 等，并得到了成 功部署【l j 。不同的接入网络具有不同的覆盖范围和接入能力，且经常在同一区域重复覆 盖，也就导致出现异构网的融合。目前，部署最广泛的异构网络组合主要是w l a n 和 蜂窝网。随着网络的演进，出现新的业务、新的网络架构，并伴随新的消费行为，比 如热点时间特征，热点位置特征，i p h o n e ，微博等。运营商必须准确驾驭这些业务变化， 考虑新业务、新行为、新资费、新架构，才能满足用户日益增长的通信需求，从而获 得更多的收益。 固定和移动网络在过去2 0 多年里经历了巨大的转变。在移动领域，第一代( 1 g ) 通 信系统在2 0 世纪8 0 年代中期引入，解决了在移动中通话的问题。这类网络为用户提 供最基本的业务，重点是提供话音以及与话音相关的业务。2 0 世纪9 0 年代，第二代( 2 g ) 通信系统为用户带来了一些数据业务和较复杂的辅助业务。目前的第三代( 3 g ) 通信系 统能够支持更高的数据传输速率，并承载更多个性化的业务，数字业务、i p 业务、音 视频业务逐渐成为主流业务，2 0 0 0 年5 月，我国提交的t d s c d m a ( t i m e d 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 ea c c e s s ) 正式成为国际标准，成为3 g 最主 流的三大技术之一。在固定端，传统的公共交换电话网( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n e n e t w o r k ，p s t n ) 和综合业务数字网( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ，i s d n ) 已经主 宰了传统的话音和视频通信。最近几年，因特网的业务量呈爆炸式增长，越来越多的 用户使用更快、更便宜的因特网来连接，例如非对称数字用户线路( a s y m m e t r i cd i g i t a l s u b s c r i b e rl i n e ，a d s l ) 。这些类型的因特网连接使得持续在线成为可能，这对开始使 用实时通信方式的人们而言是非常必要的，如聊天应用、在线游戏、基于i p 的话音 ( v o i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c o l ，v o l p ) 等。由此我们需要一种全球性系统口多媒体 子系统( i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ，i m s ) ，它允许支持p 设备上的应用能够很容易和安 全地建立点对点以及点对内容的连接。 最近公布的一份调查显示，移动通信业倾向于结束固定费用套餐，因这种方式在 推动网络流量爆炸式增长的同时却几乎没有为运营商带来更多收入。在通信技术越来 越先进的今天，业务的数据量呈现大幅的上涨，目前数据业务在整体业务量中占到了 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 9 0 以上，然而运营商的收入却远远跟不上这种增长的幅度。国内经济快速发展，电 子信息产业的发展也取得很多成果，然而随着国内通信市场的对外开放和国内运营商 的重组、竞争，通信运营企业面临着业务迅速增长、a r p u ( 每用户平均收入) 值下降 怛j 、竞争日益激烈的严峻挑战，此间国内信息产业取得巨大成功将有效带动经济的发展， 也将一定程度上影响全球范围内信息产业发展进程。 如今移动通信网络最主要的特征是业务及应用以用户为中心。随着通信网络用户 持续大幅增长及市场竞争日趋激烈，分析用户行为，掌握用户心理及相关资源，促进 维系用户，已经成为各大运营商优化的主要目标之一。然而用户行为的把握是一个复 杂的过程，用户行为的产生具有相当强的主观性，网络指标也不能直接反映，需要制 定准确有效的采集与分析方法，才能逐步的掌握。移动通信网络业务成功的关键在于 对用户相关信息的把握。用户行为的变化必然引起业务组成结构的变化，再考虑网络 的异构融合，使得业务的提供出现多样化，网络的性能也随之发生变化。在接下来l t e 、 4 g ，以及未来的业务的发展中也是一样，必须以人为本，从用户的角度出发，逐渐满 足用户的需求，同时寻求生存的关键点和盈利的增长点，这是至关重要的。 针对通信网络，涉及到效用就会既有体现在运营商端的网络效用，也有侧重用户 端用户获得的网络效用，这两者是相互依存、相互影响的。其中影响网络效用的有市 场、网络资源域、业务域等因素。在这里的用户效用也就是用户的体验，即用户满意 度，运营商对众多客户的服务质量。本文的重要目的之一就是提高用户的网络效用， 这意味这更多的用户能够以满意的传输速率来使用业务，同时也提高了更多用户满意 度水平，从整体来看就是最大化了社会福利。另一重要目的是最大化运营商的网络效 用，也就是尽量提高网络给运营商带来的收益，同时保证用户基本的满意度和基本的 公平性。作为网络运营商，他们希望利用最少的资源而获得最高的利益；用户则恰好 相反，他们希望通过付出最少的价格而得到最好的资源分配、最好的服务。 基于上述分析，随着网络的演进、新业务的产生，用户的消费行为产生了很大变 化，需要采取新的服务策略。比如新的资费标准，新的业务提供方案，新的调度和资 源分配方法，比如定义用户优先级，其中还可以考虑用户偏好，对用户进行细分，采 取不同收费标准。运营商制定和调整相应服务策略的依据就是用户的相关信息，而这 些相关信息正是用户行为的具体体现。因此，结合目前网络状况，保障用户业务需求， 提高用户q o s 满意级别，增加运营商的收益，研究相应的服务策略具有极其重要的意 义。 1 2 国内外研究现状分析 此前很少有以业务效用来引导运营服务策略的相关研究。传统的服务策略大多单 独考虑资源分配、接入控制，而忽略用户对业务的满意度、用户偏好、需求等。运营 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 的目标是在提高资源利用率的同时，能够整体上增加收益，提高运营商的网络效用。 文献 3 通过提供给用户相关指导信息，提醒用户什么时间、什么地点有空余的资 源，使用何种通信方式更合适。网络系统鼓励用户去有空闲资源的地方通信，以此在 地理位置上平衡业务；也鼓励用户等待一定时间，等到网络空闲时通信，以此在时间 上平衡业务；还鼓励用户变换通信方式，例如以短信取代话音，以此减少业务量，避 免拥塞。用户行为很大程度上受环境和时间的影响。网络测出某地通信负载繁重时， 就可以引导用户去资源富余的地方使用业务，或者跟换时间和方式来通信，这样既缓 解了阻塞，也提高了资源利用率。 文献 4 】对于单类业务在用户端带来的效用，把未来业务分为v o l p 业务、i p t v 业 务、t c p 弹性业务、h t t p 业务及u d p ( u s e rd a t a g r a mp r o t o c 0 1 ) 业务，这里假设有n 种具体的u d p 业务，它们分别占一定的比例，每种具体业务有自己的最小带宽限制， 也会在带宽达到一定值时效用很难再增加。根据各类业务对q o s 要求的差异，分析出 它们各自在用户端的效用函数。现有的各种业务效用仅仅是考虑了单业务的映射关系， 不能够有效的反映网络中多种业务混合传输时的总特性。在未来多网络融合环境下， 业务将要跨越不同的网络，在此过程中，业务需面临一致化服务的问题，而且业务特 性也将发生一些变化，比如用户业务具有附加流量特性等( 附加流量是指业务跨网时， 为保证业务正常传输，需要在网络中引入额外开销，以实现对用户服务的路由、控制、 转接等操作) ，此类问题是目前业务效用无法解决的。那么，如何能够很好的反映和体 现网络中多种业务共存混合传输时的总特性，己成为业内技术人员研究和亟待解决的 新热点。 评估网络质量可以从三个角度来看：用户满意度、业务使用效果以及业务运营效 果。用户满意度主要通过客户调查的方式获取，业务使用效果主要通过现场测试手段 进行评价，而业务运营效果主要是通过网管手段来获取。不过国际上衡量网络质量通 常使用三个不同层面的指标：服务接入性能、服务完整性以及服务保持性能。对于服 务接入性能指标，中国移动对应的是覆盖率、网络接通率和短信接通率等；对于服务 保持性能，对应的是掉话率等；对于服务完整性，对应的是话音的质量【5 1 。 从全球看来，移动数据业务显著增加，据估计，2 0 1 4 年的移动数据业务量将是2 0 0 9 年的4 0 倍左右【6 j 。随着数据业务的指数增长，更容易引起网络的拥塞，进而给网络运 营商、内容提供商、用户各方利益带来影响。文献 7 针对这种拥塞环境，引用了搜索 环境下的竞价排序策略，a t & t 实验室提出了基于g s p ( g e n e r a l i z e ds e c o n dp r i c e ) 的 定价方案，将搜索引擎的竞价机制( g s pa u c t i o n ) 引入到传统p f ( p r o p o r t i o n a lf a i r ) 调度方案中，提出一种新的p f a u c ( p fa u c t i o n ) 调度算法，提高运营商收益的同时也 在一定程度上保证了公平性和吞吐量。并在吞吐量、公平性、福利方面与传统的轮询 ( r r ) 、吞吐量最优( m t ) 、比例公平( p f ) 进行仿真对比，采用p f a u c 时，公平性和吞吐 率都有下降，所有用户获得的总福利会高于r r 、m t 、p f ，竞价高的用户会获得更高 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 的福利，而竞价低的用户获得福利明显降低。竞价高的用户之间的公平性要好于p f ， 他们获得的福利很相近，而竞价低的用户之间的公平性明显差于p f ，从整体看来公平 性略有下降。用户有自己的价值函数，总的福利是每用户福利之和，提高总的福利也 就是增强了用户整体体验，提高用户满意度。 文献 8 9 k e l l y 对通信网络的计费和网络速率控制做了深入研究，此后定价被广泛 应用于各类资源分配问题的研究，在网络效用最大化( n e t w o r ku t i l i t ym a x i m i z a t i o n n u m ) 规划中协助解决网络最优化问题及分配资源使社会福利最大化。文献【1 0 提出 通过改善基础设施结构来控制拥塞，主要在拥塞地区安装蜂窝基站或者卸载用户数据， 和限制在网用户数据活跃度。文献 1 1 】考虑一种菜单价格来保证用户不同服务性能需 求，用户可以自由选择，网络需要保证带宽需求。现有的定价策略很少考虑用户的q o s 满意级别，并不是符合实际，也不能反映用户需求和偏好。因此需要从用户需求出发， 以用户体验为中心，考虑业务效用，设计出更能反映用户意愿，同时为运营商带来更 大网络效用的定价策略。 无线资源越来越稀缺、宝贵，其中基于效用函数的资源分配方案可以保证系统稳 定性、吞吐量、用户公平性【l2 1 。之前多数研究者研究的是某类业务下基于效用的资源 分配，或者针对不同业务下的资源分配区分开研究，但并未研究多种业务共存时的资 源分配方案和性能【l3 1 。2 0 1 0 年北京邮电大学对不同业务的用户提出合理的效用函数， 通过建立最优化模型和对模型的分析，提出了混合业务下基于此效用函数的资源分配 方案 1 4 。 目前各运营商加快了w l a n 的部署，促进w l a n 与蜂窝网的融合，为用户带来方 便快捷的网络环境。而在这种融合网络中最需要解决的问题是：如何选择更有效、更 适合的接入网来满足业务的q o s 需求。目前已出现一些具有代表性的方法 1 5 - 1 7 1 ，其中一 种是为每类接入网设定不同的信号门限，移动终端比较接收信号强度与信号门限来确 定切换过程【l5 】；另外一种是异构网络中基于模糊逻辑的白适应切换算法【1 6 ；还有一种 是基于语音、数据业务显著特征的网络选择算法【1 ”，语音业务优先接入蜂窝网，数据 业务优先接入w l a n 。然而接收信号强度、业务特征并不足够对网络选择做出决策， 忽略掉了业务的q o s 要求、网络资源、用户移动性等因素。现有的网络选择方案很少考 虑用户的满意度和偏好，忽视了用户体验，影响到用户使用网络的积极性。由此需要 设计一种更有效的方法来进行网络选择，同时结合分析用户的网络效用，考虑具体业 务的q o s 要求、网络资源、用户移动性等因素。 1 3 论文主要工作和内容安排 本文首先介绍了课题的研究背景和意义，介绍国内外研究现状，并详细介绍移动 通信网络业务服务质量与效用相关概念，然后提出一种基于用户网络效用的网络选择 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 方案，最后基于业务效用对移动网络的定价策略进行了研究。 本文的主要内容安排如下： 第二章主要介绍了移动通信网络业务服务质量与效用，包含业务类型，q o s 的定 义及模型，然后分析了用户移动性和用户话务量特性，并分析单类业务在用户端带来 的效用，最后介绍了社会福利，分析了社会福利最大化问题。 第三章首先介绍了服务质量及其参数指标以及用户的网络效用，然后设计了一种 基于用户网络效用的异构网络环境的网络选择方案。为了提高用户q o s 满意级别，增 加社会福利，更加合理的利用网络资源，考虑蜂窝网和w l a n 融合的场景，将用户的 网络效用函数、蜂窝网和w l a n 呼叫接入控制模型应用到网络选择中，针对所在区域 不同网络覆盖环境，考虑业务的q o s 要求、网络资源、用户移动性对系统性能的影响。 最后仿真了不同呼叫到达率下对用户q o s 满意级别的提升作用，以及仿真分析不同的 移动到其他网络的概率下业务的平均切换次数。 第四章首先针对泛在业务环境，设计出一种构建泛在业务效用模型的方法，更贴 近实际地评价用户体验感受和服务质量。然后分别分析了市场细分、差别定价，最后 借鉴这些思想设计出基于业务效用的定价策略。其中将归纳出的业务效用模型与价格 关联起来，以运营商收益的最大化为目标，推导求解出相应的定价方案以及资源分配 情况。最后做出仿真，与传统定价策略对比，以运营商获取收益为指标进行了性能评 估，结果显示所设计定价策略能够有效地改善运营商的收益。 最后为本文的结论和对未来工作的展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第二章移动通信网络业务服务质量与效用 如今移动通信网络最主要的特征是业务及应用以用户为中心，用户的最终体验成 为决定业务成功与否的关键，分析用户行为，掌握用户偏好、消费习惯等相关资源， 促进维系用户，已经成为各大运营商优化的主要目标之一。本章首先对业务进行分类， 然后在保障业务服务质量方面分析q o s 内涵，之后分析用户移动模型、话务模型等用 户相关资源，最后分析单类业务在用户端带来的效用及社会福利问题。 2 1 业务类型 随着网络容量的提升，用户需求不断增加，业务种类出现多样化，一般可按功能 及q o s 特征来分类。 按业务功能分类，u m t s 论坛对业务的分类方法 1 8 1 如图2 1 所示： 语音 图2 1u m t s 论坛对3 g 业务的分类 该分类方法中首先将目前的3 g 业务分为会话类和非会话类，然后进一步细分为 移动i n t e m e t 接入、移动i n t r a n e t 接入、定制信息业务、多媒体业务、基于位置的业 务、语音业务，总计6 类业务。其中i n t e m e t i n t r a n e t 接入类包含i n t e r n e t i n t r a n e t 浏览、 e m a i l 、f t p 文件传输、图片铃声下载、i n t e m e t 游戏等具体业务；定制信息类包含信 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 息服务、即时天气预报、金融服务、移动银行、票证等具体业务；m m s 类包含即时 消息( 文字和视频) 、彩信等具体业务；基于位置的业务包含基于位置的移动商务、 导航定位等：语音类业务包含话音、视频电话等。 按q o s 特征分类n8 j ，不同的业务性质不同，所要求的业务质量q o s 也不相同。业 务质量q o s 可包括以下指标：吞吐量、业务可靠性、数据丢失率、时延、时延抖动 等。按数据业务的q o s 特征可分为：会话类型、数据流类型、交互类型和后台类型。 其中会话与流类业务承载实时业务，交互与后台业务承载非实时业务。几类业务具体 特征如下： ( 1 ) 会话类业务( c o n v e r s a t i o n a l ) 这类业务的特征是要求较小的延时、较低的延时抖动，并对误码要求苛刻，需要 低的拥塞环境。对数据速率的大小不作硬性的要求，一般强调数据速率的对称，也就 是上行的数据速率应该近似等于下行的数据速率。 可视电话( 3 g 象征性业务) 是一种典型会话类业务，网络游戏也是一种会话类业 务，同样对时延有较严格要求，且具有开发潜力和价值。 ( 2 ) 交互类业务( i n t e r a c t i v e ) 交互类业务的主要特征是保持数据的完整性，采用请求一响应模式，典型业务有 w e b 浏览( h t t p 、w a p ) 、位置服务，数据库检索等。 ( 3 ) 流类业务( s t r e a m i n g ) 该类业务需保持流中信息实体间的时间关系，保证低误码率，要求较低的响应时 间，但对时延和时延抖动要求不高。 典型业务有音频流和视频流。 ( 4 ) 后台类业务( b a c k g r o u n d ) 该类业务的接受方不关注数据在确定时间到达，但需保证数据完整性，要求低误 码率。典型业务有f t p 业务，s m s ，m m s ，e m a i l 后台下载等。 2 2q o s 内涵 如今，q o s 这一术语不仅在传统电信领域里得到了普遍的应用，还逐步应用到基 于分组的无线、宽带和多媒体等通信领域。同时，在网络设计初期人们更加注重考虑 业务的性能需求。但是，许多人在涉及到q o s 时，并没有专门去定义，导致使用时也 难免出现错误。 2 2 1q o s 的定义 从根本意义上来说，q o s 表示网络对业务性能要求的支持能力。这里的性能要求 是特定于不同业务的，即不同的业务有不同的性能要求。对于通信网络中的服务质量， 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 上述性能要求可以用性能参数来描述，例如可以包含：吞吐量、业务可靠性、数据丢 失率、时延、时延抖动等。这些性能参数的详细描述见表2 1 。 表2 - 1q o s 性能参数 性能参数参数描述 指在一个网络中单位时间内传输的数据量，这一参数可以用峰值速率或平均速率 吞吐量 来表示。 业务可靠性指用户之间或用户和网络之间业务连接的可靠性，包括建立时间、保持时间等。 指某一业务在网络中传输时，可接受、允许的最大数据丢失率。数据丢失主要是 数据丢失率 由网络拥塞引起的。 时延 指在两个参考点间，业务流量从发送到接收的时间间隔，一般也称延迟。 时延抖动指同一个业务流中不同的分组，经网络承载后传输时延的变化。 2 2 2q o s 模型 通常，可以将q o s 的概念划分成3 个方面来理解：服务固有的q o s 、用户感知的q o s 和用户评价的q o s 。这3 个方面自顶向下构成了通用的q o s 模型19 1 ，如图2 2 所示。此模 型也是e t s i ( 欧洲电信标准协会) 和i t u ( 国际电信联盟) 组织定义q o s 时所采用的方 案。 服务固有q o s 属于与服务特性相关联的技术方面的范畴。 通用模型i t u e t s i 方案 用户评估的q o s 用户感知的q o s q o s 的4 个视角 十 ；服务固有的q o s 网络性能( n e t w o r kp e r f o r m a n c e ) 图2 - 2q o s 模型 用户感知q o s 反映了用户对使用特定服务的体验。主要评价服务性能与期望值之间 的差距，用户具有主观评价服务的特性。 表2 2 以用户为中心的q o s 分类模型 实时交互及时响应有时间要求对时延无明确要求 ( 时延 1 0 s ) 对信息错误 命令控制( 如交易( 如电子商务、w e b 浏信息下载( 如f t p 、后台应用( 如 t e l n e t 、交互式游览、邮件存取)静止图像) u s e n e t ) 敏感 戏) 对信息错误 会话语音和视频语音视频消息视频音频流 传真 不敏感 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 只有用户决定是否继续使用电信服务时，服务提供者才知道相应服务的“用户评 价q o sp p o 这一决定取决于被感知的q o s 、服务价格，以及服务提供者受理用户抱怨和 服务问题的响应情况。 根据用户对业务交互性要求的不同，表2 2 中将应用对时延的容忍程度划分为4 个 区域。当然，根据特定的服务所要求的q o s 水平，表2 2 中各应用类别还可以进一步细 分为更多的子类。 在表2 2 所示的q o s 分类模型中，有几个特点值得注意： ( 1 ) 模型对于应用的分类是基于端到端用户能够感知的服务性能考虑的，而与任何 的特定技术无关，因此该模型的适用性很强。 ( 2 ) 模型提供了决定一个应用可接受的，用户可感知的性能参数的上、下限。指标 ( 如时延和信息丢失率) 超过上限的应用将不会让用户满意；而指标低于下限则意味 着虽然应用仍然让用户满意，但从服务提供者角度来看存在网络资源的浪费，因此该 应用使用了不必要的网络资源。 ( 3 ) 该模型提供了一种判断方法，利用此方法能够判断一个承载链路是否足以传送 特定的应用数据，并满足该应用的服务质量要求。例如，一个单向的时延1 s 的链路不 能有效支持那些诸如语音和t e l n e t 的实时通信业务，即使单向时延减少到l o o m s ，如 果发生任何信息丢失( 即使是一个字符的信息丢失) ，都会使t e l n e t 应用的性能受到显 著影响。 模型中列举的应用并没有完全覆盖实际可能存在的各种应用类型，对于其他类型 的应用，可以根据它们和某些样本的相似性来决定如何将该应用在模型中定位。 2 3 用户移动性分析 假设网络中共有n 个用户，其中有某一特定的比例因子厂( 0 厂1 ) ，确定总共有 加个用户是q o s 驱动用户，还有小部分数量为s n 的用户属于静态用户，剩下( 1 一厂一s ) n 个用户属于活动( 活跃) 用户。活跃用户j g 艮q o s 驱使用户一样都对q o s 水平敏感，但他 们的特征是在感知到q o s 水平下降时不会改变移动习惯。比如某用户在徒步上班过程中 发起v o l p 业务。尽管能明显感知到q o s 恶化，但他的移动模式已被限制，不会因为q o s 恶化做出改变( 尽管小范围的绕道对q o s 水平有较小影响) 。如果在q o s 水平恶化很厉 害的时候，他可能放弃通话并在稍后进行重呼。 q o s 驱使用户的移动遵循以下原则：多数情况下都是满意的，他们不会随意移动， 除非感知到q o s 水平下降可接受门限值以下。因为假设该类用户是“懒散”的，唯一使 他们移动的原因是较低的q o s 水平，在该模型中，不满意的q o s 驱使用户首先会选择改 变无线接入点，常称之为信道切换【2 0 1 。如果信道切换是可行的，将选择无线接入点来 提供最好的q o s 。由于用户感知到的q o s 不仅受无线信道质量影响，还受连接到该a p 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 的负载影响，所以评估从周边a p 获得的q o s 并不是很直接。因此，选择新的a p 必须基 于一个准则，即计算该a p 的信号强度和负载情况。为降低仿真复杂度，在选择新a p 时 主要考虑最近日志记载周期( 默认设置为6 0 秒) 内的负载情况。 如果信道切换不可行，也就是在用户所在位置没有重覆盖的a p 或者其他a p 已经过 载，这时不满意的用户决定做一个物理位置的移动。假定移动的规则根据a p 流行度来 确定，由于流行度是针对活动用户的，致使q o s 驱使用户选择低流行度区域。评估a p 流行度对于用户来说是困难的，在实施中随机选取周边的接入点。 接下来考虑活动用户，为降低模型复杂度，认为他们一段时间在某路标点停留， 一段时间在经过一些连续的路标点，如此交替进行【2 1 1 。最初，每个用户被分配确定的 路标点，根据加权非均匀分布来确定，模拟a p 不同的流行度。无线数据网络中各接入 点表现出不同的流行度，这已经被很好的证明 2 2 讲】。分配每个a p 口一个初始的流行度 p ) p m i n ，p 一】，p 曲，p 一分别是流行度所取的最小值和最大值，根据有界幂次法则 来实现。在选择初始路标点和新路标点时，首先，选择的a p 随机获得流行度，选择的 具体路标点均匀随机的分布在该a p 覆盖区域内。在路标点停留的时间服从强度为j t p ， 为避免停留过长或过短时间带来退化，需确定上界和下界。停留时间的分配容易实现， 比如v o i p 用户的停留时间服从对数正态分布 2 5 1 ，但中间路标点( 起点、终点之间的路 标点) 是随机选择的，导致路径是非线性的。本模型中路径经过的路标点是线性的。 q o s 驱使用户和静态用户初始位置的选择同样遵循以上原则，都基于a p 流行度方 法来确定。 2 4 用户话务量特性 在 2 6 1 中，用户被划分为三种情况：低、中、高话务量用户。低话务量用户使用网 络多数会发送接收e m a i l 、聊天、轻度网页浏览等，这类用户的平均带宽需求是一个常 参数，而实际情况会因为产生突发性话务使得带宽需求变化很大。这类用户的平均带 宽需求为6 4 k b p s 。中话务量用户使用网络多数会下载文件、频繁网页浏览、播放音频 流等，这类用户平均需求的带宽同样也是常参数，产生的实际话务带宽需求呈现均匀 分布。为了降低仿真复杂度，假定用户发起的是恒定比特率( c o n s t a n tb i tr a t e ，c b r ) 业务，这类用户的平均带宽需求为2 5 6 k b p s 。高话务量用户会大额占用网络资源，比如 播放视频流，其平均带宽需求同样是常参数。同中话务量业务类似，高话务量用户使 用网络带宽也呈现均匀分布，因此这类用户产生c b r 业务，平均带宽需求为2 m b p s 。 针对这3 类话务类型，用户实际产生的带宽占用要么服从有上下界的均匀分布，要 么服从以平均带宽需求为中点的高斯分布。为简化起见，仿真时各类用户产生的业务 速率可以取相应的平均带宽需求。 分配用户到各话务类型分别占有一定的比例，由确定的组合，m 和h 来分配，是 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 低话务量用户所占的比例，m 是中话务量用户所占的比例，剩下h = 1