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标题: 3G网络规划业务模型构建探讨 [查看完整版帖子] [打印本页]

时间: 2005-8-27 19:33

作者: scayer 标题: 3G网络规划业务模型构建探讨

摘要：业务模型构建是3G网络规划的基础，本文从实际应用的角度出发，构建了一种3G业务模型。其中突出了模型的实用性、简易性。该模型与业务特性及业务实现机制紧密相扣，物理概念清晰。可为网络规划工程师提供思路上的参考。

前言

      3G通信时代将是以移动数据业务为代表的多业务个性化通信时代，多业务、多应用是3G的重要特性。业务与技术并重，在技术层面考虑的是采用何种技术来搭建一个能达到预期质量要求的3G网络。在业务层面考虑的是3G业务开发与业务市场培育，某一项业务能否被市场接纳是一个很复杂的问题，受技术体制、用户习惯、资费等多方面的影响。预期中的3G业务很多，特性要求各异，多业务开发、规划设计成为移动通信领域的崭新课题。

      本文主要着眼于3G多业务容量规划，构建一种3G业务模型，为网络规划提供参考。考虑到3G移动通信核心网络将是一个全IP的宽带分组网络，因此这里主要分析以IP技术为核心的分组业务数据模型。给出的模型对电路域也有直接的借鉴作用。

3G业务模型构建工程性考虑

      对各种业务特性进行分析研究是开展3G多业务网络规划的基础。首先，系统的许多关键性能参数与业务特性直接相关，如覆盖容量指标等。其次，不同的3G业务往往具有不同的特性，为有效地利用有限的频谱资源，需要在掌握业务特性的基础上建立一套有效的资源分配策略。

      而一般来说，3G业务特性研究至少包括以下内容：

      1、3G可以提供哪些种类的业务
      2、每种业务的有多少人使用
      3、某业务的使用者使用该业务的频繁程度
      4、从数据传输的角度，每种业务具有怎样的特性
      5、用户使用某业务时期望怎样的服务质量

      上面问题1、2、3是话务模型的研究内容，“渗透率”和“忙时会话次数”是其中两个基本的参数。某业务的渗透率是指在总的用户中使用该项业务的比例。问题4、5是业务模型研究的主要内容。

      在实际工程中，话务模型与业务模型要同时给出，这样才能进行容量规划。一般来说话务模型更多地被运营商的销售计划部门所关注。而业务模型更多地与业务数据流特征、用户习惯及实现机制有关，系统提供者要更多地关注。

      在研究业务模型时，需要弄清楚某项业务的内容特性、实现机制、承载方式、质量要求等方面体现出来的容量特征。根据这些特征来构建业务模型，选取合适的模型参数来刻画这些容量特征。一个良好的工程性业务模型应该符合以下要求：

      1、体现业务的内容特征，为正确估计业务流量提供良好基础
      2、体现业务的质量要求
      3、体现技术实现特点，业务模型与技术实现密不可分
      4、模型描述简单、物理概念明确、模型参数容易优化调整

3G业务分类及主要代表业务

      3G业务繁多，一般可按功能及QOS特征来分类。

1、按业务功能分类
      按业务功能可分为：通信类、信息类、效率类、商务类、娱乐类等几类。如表所示，按功能分类的典型3G业务

业务分类代表业务其他业务
通信 EMAIL/电话 SMS/MMS
信息 WEB浏览城市黄页
娱乐视频动画移动游戏/图片下载/ICQ
金融移动证券手机付费
效率个人助理移动office

2、按QOS特征分类
      不同的业务性质不同，所要求的业务质量QOS也不同。按数据业务的QOS特征可分为：会话、流、交互和后台。其中会话和流承载实时业务，交互与后来业务承载非实时业务。

按QOS分类的3G业务

业务分类                      业务特征                代表业务
会话业务类（Conversational）  较小的延迟容限             电视会议
                        要求数据速率的对称          语音业务

交互业务类（Interactive）       对误差容限有较高的要求    网络游戏
                              对延迟容限的要求相对低一些 Web浏览
                           只有一个方向要求由较高的数据速率

流业务类（Streaming）          单向性业务                视频流
                              对误差容限有较高的要求    音频流
                              对速率有较高的要求


背景业务类（Background）       有较小的延迟约束             电子邮件
                              要求实现无差错传送       短消息

实时与非实时的3G数据业务模型

      业务模型的建立要体现出业务的QOS要求及主要特征。对实时性较强的如语音、流媒体等业务，这类业务在传送速率方面一般都有明确的要求，这样系统容量就可以参考业务的源速率来确定。而有的非实时性业务如无线Web、FTP、Email等业务，这类业务对系统的带宽方面没有明确的要求，那么它对系统容量的影响主要体现在被传送文件的大小。由此看出，对于实时业务与非实时业务其容量特征的描述方法有明显的不同。需要用不同的模型参数来描述这种容量要求。首先用下图来统一描述3G业务的传输过程：

时间: 2005-8-27 19:36

作者: scayer

  结合上图，根据3G业务在传送过程中体现出来的容量特性来构建业务模型。

1、业务源输出容量特征
      3G业务源是指各种不同的具体业务及应用协议。这些协议的选择会在一定程度上影响3G业务的容量特性及对容量的要求，但这并不是本质上的。因为承载层的具体实现技术是可随业务而变的，不变的是3G业务的自身对容量的要求。从容量特征方面考虑，实时业务输出可以用下面两个参数来描述：平均业务呼叫时长、平均业务速率。对于非实时业务，用下面两个参数来描述其容量特征更为合适并且更容易把握：平均数据呼叫流量、平均数据呼叫次数。因为一次业务交互过程可能包含多次数据呼叫。这两项参数可描述非实时业务的容量需求。

2、协议层的选择对容量影响
      传输层的协议选择也应适应业务要求，如实时性较强的业务可以选用UDP协议，而非实时性业务选用TCP。当然在3G网络中IP承载高层的数据包中，不仅仅单纯的是TCP或UDP了,可能还包含其它的很多协议。这里为简便起见只考虑TCP及UDP。

      不同的业务在传输层的选择方面可能会有所不同，而不同的协议选择对系统容量是有影响的。这部分的影响在容量规划时也要考虑进去。

3、协议开销及质量控制对容量的影
      业务从传输层、IP层、到链路层及物理层，每层都会带来额外的协议开销。另外一些质量控制机制，也会带来数据传输效率的降低。各种业务出于各自需要，选择的协议可能不同，各层的质量控制机制也会有些差别，因此其业务的传输效率不同。在容量规划时，要考虑各种业务不同的传输效率因子。

      传输效率因子定义为：
      η=ηTCP/UDP×ηIP×ηRLC×ηPHY

      公式左边代表各协议层的效率，总的效率因子等于各层效率因子之积。

      下面参考CDMA2000 1X协议结构来给出各层效率因子，以供参考。

      典型的TCP协议头长20字节，IP协议头长20字节，UDP协议头长8字节。IP包长480字节。因此，对于TCP/IP协议开销引起的效率降低为8.3%，UDP/IP协议开销引起的效率降低为5.8%；通过某些头压缩算法，对于TCP/IP协议开销引起的效率降低为0.83%，UDP/IP协议开销引起的效率降低为0.58%；

      无线链路层带来的协议开销在5%左右，效率因子为95%。

      物理层带来的协议开销在9%左右。效率因子为91%。

      一般数据FER设计要求在5%，包丢失1%。对每一出错单元平均重传2次。

      对于非实时性业务，考虑数据重传引起的效率下降后，TCP/IP层的效率因子在97.18%，链路层的效率因子在85.5%左右。对于实时性业务，链路层可以采用"不重传"的方式进行传输，UDP/IP层效率因子为99.42%。链路层的效率因子在95%左右。

      由此得到实时性业务传输效率因子为86%；非实时性业务的传输效率因子为75.6%。

      上面的所有示例数据是在一定的假定条件下得到的，在实际网络的业务规划时要参考该业务对应的具体的网络协议结构来分析，思路是一致的。

4、业务激活因子对容量的影响
      当业务数据在空口传送时不是以信道的全速率发射时，部分信道容量就没有被该业务用上。但是这些没有被该业务用上的容量可以被其它业务或其它用户自然使用。这是CDMA技术体制决定的。如下图所示：

扩展激活因子示意图

      扩展激活因子定义为业务实际传输需要的容量除以分配的信道标称容量。扩展激活因子越小的业务，对系统容量要求也越小。

      对于非实时性的数据业务，系统可以根据业务需要的容量来确定信道速率与时长，容易保证在分配的时长内以分配信道的全速率来进行数据的传送，其扩展激活因子近似为1。对于实时业务，它的速率要求与系统提供的标称速率会有一定的差别，其扩展激活因子一般会小于1。如语音业务，其扩展激活因子一般取0.5。

5、数据平衡性对容量的影响
      鉴于数据业务的上下行业务不对称性，一般上下行应该分开进行规划。具体业务其上下行的数据流量关系基本上是确定的。这里定义一个平衡因子来描述数据业务的这种特性：

      平衡因子=上行业务流量/下行业务流量
      一般来说，下行业务流量要大于上行业务流量，所以该平衡因子一般是小于1的。

6、3G业务模型参数的确定
      结合前面的分析，可以总结出一套3G业务模型。同时结合3G业务的发展预期来给出3G业务话务模型。以此作为容量规划的重要前提基础。3G业务模型及话务模型参数如下：

      上面的模型首先可以用来确定某业务对系统容量的要求进而确定无线网络规模及配置。

      实时业务下行容量需求＝用户数×渗透率×忙时会话次数×平均业务会话时长×预定信道速率×扩展激活因子
      ＝用户数×渗透率×忙时会话次数×平均业务会话时长×平均业务速率/传输效率因子

      非实时业务下行容量需求＝用户数×渗透率×忙时会话次数×平均数据流量×平均数据呼叫次数/传输效率因子
      在下行容量需求确定后，上行容量需求依据平衡因子也可以随之而定。

主要3G业务的模型参数

      结合上面的分析，在这里再示例性地给出几种主要的3G业务模型参数，以供实际第一阶段3G网络容量规划时参考使用。所有业务的渗透率都是针对3G用户数而言的。

      一、语音业务
      语音业务作为一种典型的实时性业务，其业务源速率与语音编码器的选择有关。这里仅参考WCDMA中采用的AMR编码器输出来给出业务模型数据。其话务模型参数取值可以参考：

语音业务话务模型参数取值

低端用户
中端用户
高端用户

渗透率
100%
100%
100%

忙时会话次数
0.8
1
1.2

业务模型参数取值可以参考：

语音业务模型参数取值

语音业务
平均业务会话时长（s） 72
平均业务速率（Kbps） 5.25
传输效率因子 86%
扩展激活因子（假定预定信道速率为12.2Kbps） 0.5
平衡因子 1

  二、WEB浏览
WEB浏览属于交互非实时业务。话务模型的可参考：

Web浏览话务模型

低端用户
中端用户
高端用户

渗透率
10%
30%
60%

忙时会话次数
0.18
0.24
0.3

业务模型参数取值可参考：

Web浏览业务模型

Web浏览业务
平均数据呼叫流量（Kbit） 93.75kbit
平均数据呼叫次数 5
传输效率因子 75.6%
扩展激活因子 1
平衡因子 0.25

三、FTP业务
FTP属于背景类业务。其话务模型参数取值可以参考：

FTP话务模型参数取值

低端用户
中端用户
高端用户

渗透率
10%
30%
60%

忙时会话次数
0.05
0.1
0.2

业务模型参数取值可以参考：

FTP业务模型参数取值

FTP业务
平均数据呼叫流量（Kbit） 629kbit
平均数据呼叫次数 1
传输效率因子 75.6%
扩展激活因子 1
平衡因子 0

小结
      3G业务种类繁多，为每种业务确立一套业务模型参数是正确进行网络规划的前提。同时应该看到，3G业务本身也在不断地发展的，不断地被赋予新的内容。因此模型参数的取值不是一成不变的，应该随着业务的发展做出适时地调整。由于这套模型其参数物理概念清晰明确，这也为利用实际统计数据对其参数作进一步调整校正提供了良好的基础。

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