上海交大张文军：网媒融合趋势下，大塔广播还将扮演怎样的作用？

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7月6日，第一届网媒融合前沿论坛举行期间，上海交通大学未来媒体网络协同创新中心主任张文军以《网媒融合：大塔广播的作用分析》为题做了主旨演讲。


蜂窝小塔实现了对点播和直播视听内容的强效支撑，在网媒融合的趋势下，大塔广播还有着怎样的作用呢？


张文军团队采用了随机几何分布描述网络节点，基于真实数据集的统计结果搭建了直播业务模型和点播业务模型共存的情况，基于的通信资源为多个广播大塔+多个蜂窝基站共存，采取了随机几何理论和排队论的数学方法，尝试评估了平均等待时间、网络容量及功耗等方面性能指标，以对比分析融合网络在广播打开和关闭时的性能，并探究不同系统参数对网络性能和调度策略的影响。

通过对广播大塔、基站、直播用户、点播用户的分布模型建立，可以看出广播大塔服从密度一般是均匀分布的，蜂窝基站、直播用户、点播用户则要服从泊松点过程(PPP)。

在建立的融合网络协同传输模型中，有效融合了蜂窝单播网络和大塔广播网络的各自特征。内容业务包含点播和直播两类，传输通道同时具备为广播网络和蜂窝网络，广播网络只传输流行度最高的部分直播内容，蜂窝网络负责点播服务、流行度较低的直播服务以及广播接收失败的直播服务。对于蜂窝网络，设置了缓存，当子信道完全占满时，到达的请求在缓存中按照先进先出原则排队等待子信道释放。

性能定义中，平均等待时间（W）即从直播或点播用户发出请求起，到所需要的视频从源端(从基站或大塔)发出的时间称之为“单用户等待时间”，其所有用户的等待时间的平均值；系统容量（C）即在选定的平均等待时间Tw以内，系统可支持的用户数的密度(每平方公里的用户数)，包括每方公里的直播用户数和每平方公里的点播用户数；系统功耗（P），也就是系统范围内所有广播大塔与蜂窝基站发射功率之和。

通过对仿真模型测算，可以发现，广播对用户（直播+点播）容量具有提升的作用。一旦直播用户数超过一定数值，用户等待时间会陡峭上升，系统也会迅速崩溃，这是在广播关闭时的直观情况。


广播也能降低系统总功耗（大塔功率+基站功率）的作用，经过测算，当直播用户密度大于5.36个/k㎡时，打开广播可帮助减少系统总功耗。


在广播大塔间距与打开广播门限（直播用户密度）的关系中，广播大塔越稀疏，打开广播越容易节省功耗，但容量会下降；广播内容的流行度越高，打开广播越容易节省功耗；成功接受率越高，打开广播也越容易节省功耗。


随着大塔间距的增大，系统容量显著下降，但从功耗角度来看，大功率大塔间距越大，也是更容易节省功耗的。

综合以上的一些典型值，当点播用户达到1500个/k㎡、直播用户达到270个/k㎡时，关闭广播看直播或点播的延时将达到776秒，而打开广播的直播、点播延时几乎为0；当直播用户达到5.36个/k㎡时，打开广播和关闭广播时的系统功耗是一样的，当直播用户超过5.36个/k㎡时，打开广播可帮助减少系统总功耗(包括大塔功率+基站功率)，可减少系统功耗高达1688千瓦。


当然，以上的模型建立及计算还不包括对天线扇面、具体地形、非线性功率回退等方面的数值。通过上述整体的测算，可以发现，大塔在分发以及融合应用方面可以实现与蜂窝基站的互相协同，广播大塔模式也是能在节省功率等方面发挥着巨大的作用。


相关计算方法及参数值一览：