WCDMA R6無線網(wǎng)絡(luò)的流量特性和流量模型

1  引言

在WCDMA R6中增加了一系列新的業(yè)務(wù)：WSS（Wideband Speech Service），PSS（Packet-switch Streaming Service ），MMS（Multimedia Messaging Service），IMS（IP Multimedia Services）。這些新業(yè)務(wù)的共同特點(diǎn)就是對(duì)多媒體的支持，這也正是WCDMA R6所強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)所在。實(shí)際上，MSS和PSS標(biāo)準(zhǔn)就是3GPP針對(duì)短消息（SMS）之后的龐大市場(chǎng)而專門制定的標(biāo)準(zhǔn)，可見其意義之重大。

WCDMA R6將為核心網(wǎng)提供全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，這樣，就形成了一個(gè)支持音頻和視頻服務(wù)的IP多媒體網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)能夠保障所提供的音頻和視頻服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（QoS），另外還支持音頻和視頻通信的無縫集成。這樣，就對(duì)WCDMA的流量分析造成了以下兩方面的影響。

首先，與傳統(tǒng)的請(qǐng)求/應(yīng)答的HTTP流量相比，多媒體流通常有更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間。一般情況下，多媒體流采用UDP協(xié)議作為下層的傳輸協(xié)議，這樣就對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞反應(yīng)較慢。所以，多媒體流的流量特性與Web流量的差異很大。隨著多媒體流流量的增加，網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)受到重要影響。所以，WCDMA R6新業(yè)務(wù)對(duì)多媒體的支持極大地加大了對(duì)系統(tǒng)帶寬的要求，對(duì)系統(tǒng)資源的設(shè)計(jì)、配置增加了不小的壓力。為設(shè)計(jì)新的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分配，人們需要了解WCDMA新業(yè)務(wù)的流量特性和流量模型。

其次，這些新業(yè)務(wù)極大地豐富了客戶的選項(xiàng)和需求。為了更加有效地使用系統(tǒng)資源、滿足不同客戶的各種要求，QoS對(duì)WCDMA R6的重要性相應(yīng)地上升到前所未有的高度。為了在WCDMA R6的網(wǎng)絡(luò)中有效地提高QoS，人們也需要了解WCDMA新業(yè)務(wù)的流量特性和流量模型。

從以上兩方面出發(fā)，WCDMA R6的運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備供應(yīng)商都迫切需要了解WCDMA新業(yè)務(wù)的流量特性和流量模型，這也是本文所關(guān)注的重點(diǎn)。

2  3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)流量模型

WCDMA R6的新業(yè)務(wù)有WSS，PSS，IMS，MMS。其中，PSS是包交換業(yè)務(wù)流服務(wù)，IMS是實(shí)時(shí)IP多媒體服務(wù)，MMS是非實(shí)時(shí)多媒體消息服務(wù)。

在這3類新業(yè)務(wù)中，WSS為音頻業(yè)務(wù)流，其余均為多媒體流，本文分別予以討論。

2.1  WSS業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)流量模型

WSS為音頻業(yè)務(wù)流，包括用戶的語音通話。盡管在WCDMA R6中，可用帶寬增加了，但這對(duì)用戶的語音通話的行為方式?jīng)]有影響。所以WSS的流量特性仍然符合傳統(tǒng)的語音通話流量模型。

語音通話行為用交替的活躍時(shí)段和安靜時(shí)段表示，一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)模型（見圖1）被用來刻畫這兩種隨機(jī)時(shí)段。實(shí)際上，活躍時(shí)段和安靜時(shí)段均符合負(fù)指數(shù)分布。Tactive表示通話處于活躍時(shí)段，并且在上行鏈路上進(jìn)行發(fā)送的平均時(shí)間，Tsilent表示通話處于安靜時(shí)段，并且在下行鏈路上進(jìn)行接收的平均時(shí)間。并且，兩者的均值滿足：Tsilent+Tactive=3s。這使得一條通話信道的活躍期大約為50%～60%。這里需要注意，所有移動(dòng)用戶的通話行為彼此無關(guān)。

圖1 通話行為模型

如圖2所示，一次語音通話服務(wù)的會(huì)話持續(xù)時(shí)間的均值為tD，Speech=120，該會(huì)話持續(xù)時(shí)間符合負(fù)指數(shù)分布。而且在這一時(shí)段，建立該會(huì)話的連接將獨(dú)占系統(tǒng)的相關(guān)資源。

圖2  話音業(yè)務(wù)服務(wù)模型

2.2  PSS，IMS和MMS業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)流量模型

由于WCDMA R6增加了可用帶寬，這幾種新業(yè)務(wù)都能夠?yàn)橐苿?dòng)設(shè)備同時(shí)提供多媒體服務(wù)，并且支持以下多種媒介類型：音頻業(yè)務(wù)流（包括語音），視頻業(yè)務(wù)流，靜態(tài)圖片，2D和3D圖形及動(dòng)畫，文本（包括簡(jiǎn)單文本類型和復(fù)雜文本類型，如可描述字體、顏色、大小），合成的音頻流，元數(shù)據(jù)（Metadata）。

這樣，我們就可以將這幾種新業(yè)務(wù)的流量分為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流（包括以上媒介類型的后5種，因?yàn)樗鼈兌际且詳?shù)據(jù)流的形式來傳輸?shù)模?、視頻業(yè)務(wù)流和音頻業(yè)務(wù)流服務(wù)這3類。當(dāng)然，就流量來說，前兩者占了絕大多數(shù)。

PSS，IMS和MMS業(yè)務(wù)以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流、視頻業(yè)務(wù)流和音頻業(yè)務(wù)流這樣的流傳輸?shù)臋C(jī)制提供服務(wù)。

對(duì)于音頻流而言，可以用符合截?cái)嗍絇areto分布的ON/OFF模型來刻畫：

　?。?）

　　（2）

該模型的具體參數(shù)為：

● 會(huì)話時(shí)段：形狀參數(shù)α＝1.6，均值m＝2.4s的Pareto分布。

● 兩次會(huì)話間的間歇時(shí)段：參數(shù)λ=36/0.16K的指數(shù)分布，K是一個(gè)用戶建立的音頻連接數(shù)的均值。

● 會(huì)話數(shù)傳率：20kbit/s。

● 包大小：500bytes。

● ON時(shí)段：參數(shù)為0.2s的指數(shù)分布。

● OFF時(shí)段：一個(gè)確定值，均值m＝2.4s。