專利名稱：一種用于lte的多層次時(shí)延-容量模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于LTE的多層次時(shí)延-容量模型，屬于無線移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的飛速發(fā)展和需求的不斷增加，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和功能的要求也在逐漸提高。NGN(Next Generation Network)是以軟交換為核心基于IP分組交換技術(shù)的開放式網(wǎng)絡(luò)，在整體上具有三個(gè)主要特征基于IP分組技術(shù)、具有開放的分層體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)發(fā)展由業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)，NGN網(wǎng)絡(luò)日趨扁平化，即更多的功能被融入更少的協(xié)議層中。NGN提供包括互聯(lián)網(wǎng)和電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)，能夠利用不同的傳輸介質(zhì)和帶寬進(jìn)行具有服務(wù)質(zhì)量保證的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)上層業(yè)務(wù)功能和底層傳輸技術(shù)的分離。而LTE是NGN中重要的無線接入部分。LTE現(xiàn)在被用來表示UMTS的長期演進(jìn)方案，其基本元素包含演進(jìn)UMTS陸地?zé)o線接入(Evolved UMTS Terrestrial Radio Access, E-UTRA)和演進(jìn) UMTS 陸地?zé)o線接入網(wǎng) (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network，E-UTRAN)，前者包括用戶設(shè)備(User Equipment, UE)或手機(jī)，后者目前主要指基站(eNodeB)。然而整個(gè)系統(tǒng)不僅僅包括上述的演進(jìn)無線接入網(wǎng)(Evolved Radio Access Network, E-RAN)E-RAN，還包括另一個(gè)平行的
3GPP計(jì)劃-----系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演進(jìn)(System Architecture Evolution, SAE)，用于定義一種新
的全I(xiàn)P分組核心網(wǎng)，即演進(jìn)分組核心網(wǎng)(Evolved Packet Core，EPC)。因此包含EPC和 E-RAN的整體被稱為演進(jìn)分組系統(tǒng)(Evolved Packet System, EPS)。雖然EPS是整個(gè)系統(tǒng)的唯一正確名稱，但是人們往往使用LTE來表述這個(gè)概念。目前，LTE的若干演進(jìn)版本中， Rel-8是各大公司正在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化LTE系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)整個(gè)規(guī)范仍然在不斷演進(jìn)，目前最新版本是Rel-10，即通常所說的LTE-A。在向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)時(shí)保持與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的共存(向下兼容性)。QoS指網(wǎng)絡(luò)中有嚴(yán)格時(shí)間要求的協(xié)議與服務(wù)。在下一代網(wǎng)絡(luò)QoS的性能參數(shù)中，時(shí)延和容量是十分重要的，它們關(guān)系到用戶可以直接感知的服務(wù)質(zhì)量，諸如VoIP和視頻通話的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和大數(shù)據(jù)量傳輸業(yè)務(wù)與這兩個(gè)參數(shù)是密切相關(guān)的。因此建立針對(duì)時(shí)延和容量的分析模型，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、管理層網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)資源配置的建立和提高對(duì)用戶的服務(wù)質(zhì)量有著重要的意義。同時(shí)，針對(duì)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行性能測試也是構(gòu)建包括NGN在內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)的重要過程。在網(wǎng)絡(luò)鏈路的各個(gè)參數(shù)中，網(wǎng)絡(luò)中鏈路容量表示該鏈路中所允許的IP層最大可能傳輸率，因此容量的評(píng)估對(duì)網(wǎng)絡(luò)底層結(jié)構(gòu)的規(guī)劃和管理都十分重要。另外在新型網(wǎng)絡(luò)容量模型中還涉及了服務(wù)時(shí)間的概念，從某一角度來說這可以被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)上某一層的服務(wù)時(shí)間。因此容量和服務(wù)時(shí)間與QoS性能相關(guān)，直接影響著終端用戶可以感知的服務(wù)質(zhì)量。約二十年前，容量評(píng)估技術(shù)和工具便已得到較好的發(fā)展，且在有線網(wǎng)絡(luò)中取得得至丨J 廣泛應(yīng)用° R. S. Prasad 的文獻(xiàn)"Bandwidth estimation :Metrics, measurement techniques and tools”中提出了有線鏈路容量評(píng)估技術(shù)并且介紹了相關(guān)的測試方法。然而，由于無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅猛，在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，采用有線網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估技術(shù)和工具，使得性能評(píng)估的準(zhǔn)確性下降。其原因在于無線環(huán)境下潛在的信道內(nèi)部干擾，但更重要是原有針對(duì)有線鏈路的經(jīng)典容量評(píng)估模型忽略了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的一些因素，雖然這些因素對(duì)于有線鏈接的容量評(píng)估結(jié)果影響甚微，卻對(duì)無線鏈接的容量參數(shù)產(chǎn)生不可忽略的影響。因此在趨于扁平化的下一代網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)的時(shí)延-容量模型已經(jīng)不能很好的滿足實(shí)際需求。在過去的幾年里，一 些針對(duì)無線鏈路容量測量的工具被開發(fā)出來，R. Kapoor,的文獻(xiàn)"CapProbe :A simple and accurate capacity estimation technique”提出了用于無線鏈路容量測試的方法，雖然它修正了原有有線環(huán)境測量模型的一些缺陷，然而依舊不能提供令人滿意的性會(huì)邑；之后L. Angrisani 的文獻(xiàn)“Capacity Measurement in Communication Networks”提出一種多層容量模型并被不斷改良，它在協(xié)議棧的所有層中擴(kuò)展了容量的概念，這種模型的進(jìn)步和優(yōu)勢已經(jīng)在已有的研究和試驗(yàn)中的到一定程度的驗(yàn)證，但是對(duì)于含有中間件和趨向于扁平化的下一代網(wǎng)絡(luò)仍然存在著一些缺陷和不足。傳統(tǒng)多層容量模型中，通過建立簡單的時(shí)延-容量模型，計(jì)算上一層向其同級(jí)層接收端發(fā)送信息的時(shí)間，得到該層對(duì)于上一層的服務(wù)時(shí)間，并且通過遞歸表達(dá)出該層的服務(wù)時(shí)間，其與容量的關(guān)系呈線性關(guān)系。然而數(shù)據(jù)包在同一端不同層之間傳輸時(shí)，時(shí)延與數(shù)據(jù)包大小的關(guān)系，還存在非線性因素。由于NGN扁平化結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致影響數(shù)據(jù)包處理時(shí)間的因素發(fā)生了一些變化，且失去了原本依賴于上一層的某些信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，解決傳統(tǒng)鏈路容量模型中包長對(duì)時(shí)延的影響僅考慮線性因素而缺乏對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中非線性因素的考慮，提出了一種用于LTE的多層次時(shí)延-容量模型。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一種用于LTE的多層次時(shí)延_容量模型，在鏈路第η層選定一個(gè)不大于最大傳輸單元MTU的大小為Ln的數(shù)據(jù)包，將第η層發(fā)送該數(shù)據(jù)包的時(shí)延&定義為該數(shù)據(jù)包由鏈路發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩说臅r(shí)間，設(shè)定Hi為第i層的報(bào)頭長度，C0為物理層的容量；將時(shí)延\劃分為三個(gè)部分1)數(shù)據(jù)包在發(fā)送從η層到物理層的處理時(shí)間；2)由該數(shù)據(jù)包和第η層以下各層報(bào)頭組成的數(shù)據(jù)總量在物理層上的傳輸時(shí)間；3)數(shù)據(jù)包在接收端從物理層到第η層的處理時(shí)間；因此，在第η層發(fā)送大小為Ln的數(shù)據(jù)包時(shí)延、可寫為
權(quán)利要求
1. 一種用于LTE的多層次時(shí)延-容量模型，其特征在于在鏈路第η層選定一個(gè)不大于最大傳輸單元MTU的大小為Ln的數(shù)據(jù)包，將第η層發(fā)送該數(shù)據(jù)包的時(shí)延&定義為該數(shù)據(jù)包由鏈路發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩说臅r(shí)間，設(shè)定Hi為第i層的報(bào)頭長度，C。為物理層的容量；將時(shí)延\劃分為三個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)包在發(fā)送從η層到物理層的處理時(shí)間、由該數(shù)據(jù)包和第η層以下各層報(bào)頭組成的數(shù)據(jù)總量在物理層上的傳輸時(shí)間和數(shù)據(jù)包在接收端從物理層到第η層的處理時(shí)間；在第η層發(fā)送大小為Ln的數(shù)據(jù)包時(shí)延、(Ln)為 其中式(1)等式右邊第一項(xiàng)、表示數(shù)據(jù)包從第η層到物理層的發(fā)送處理時(shí)間，為 式⑵中，Φη 是所有與數(shù)據(jù)包大小無關(guān)的處理時(shí)間之和；α ntlLn包括所有與數(shù)據(jù)包大小線性相關(guān)的處理時(shí)間；式⑵中等式右邊除去Φη 禾P antlLn的其他部分由兩階以上的多項(xiàng)式組成，表示與包長非線性相關(guān)的處理時(shí)間； 量在物理層上的傳輸時(shí)間；式(1)中等式右邊第三項(xiàng)^_ (AJ為數(shù)據(jù)包在接收端從物理層到第η層的處理時(shí)間，為 式(3)中，Ctnr是所有與數(shù)據(jù)包大小無關(guān)的處理時(shí)間之和；a mln包括所有與數(shù)據(jù)包大小線性相關(guān)的處理時(shí)間；式⑶中等式右邊除去小 和a mlLn的其他部分由兩階以上的多項(xiàng)式組成，表示與包長非線性相關(guān)的處理時(shí)間； 則式(1)即第η層的時(shí)延表示為式(4)中，下標(biāo)η表示第η層，下標(biāo)t表示發(fā)送端，下標(biāo)r表示接收端，下標(biāo)k表示1^的 k階項(xiàng)；其中Φη是所有與數(shù)據(jù)包大小無關(guān)的處理時(shí)間之和；α nlLn包括所有與數(shù)據(jù)包大小線性相關(guān)的處理時(shí)間；等式右邊除去α nlLn的其他部分由兩階以上的多項(xiàng)式組成，表示與包長非線性相關(guān)的處理時(shí)間；定義鏈路第η層的容量為第η層上從鏈路發(fā)送端到接收端的最大數(shù)據(jù)傳輸率，則鏈路第η層的容量Cn表述為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LTE的多層次時(shí)延-容量模型，其特征在于式(5) 中1_的值由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議決定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于LTE的多層次時(shí)延-容量模型，其特征在于〖_,的值在有線鏈接中其值為空，在無線鏈接中等于幀間間隔、MAC層應(yīng)答信息等時(shí)間的總和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LTE的多層次時(shí)延-容量模型，其特征在于式(4) 中等式右端的系數(shù)通過試驗(yàn)方法確定，具體過程為1)從發(fā)射端向接收端發(fā)送尺寸為Ln的數(shù)據(jù)包，在每次傳輸時(shí)利用軟件探針記錄數(shù)據(jù)包通過收發(fā)兩端不同層的時(shí)間戳信息，再利用該信息計(jì)算得到對(duì)應(yīng)于大小為Ln的數(shù)據(jù)包的第 η層時(shí)延、2)重復(fù)步驟1)三次以上，取全部重復(fù)結(jié)果的平均值作為第η層時(shí)延、(丄 );3)改變數(shù)據(jù)包尺寸Ln，重復(fù)步驟1)和步驟2)，可得到不同數(shù)據(jù)包尺寸分別對(duì)應(yīng)的第η 層時(shí)延、，根據(jù)實(shí)際精度需要選擇式(4)的階數(shù)k，并利用采集到的數(shù)據(jù)回歸得到式中的參數(shù)Φη，α η1，Cin2,... α nk，此時(shí)便得到第η層時(shí)延、(丄 )的具體數(shù)學(xué)表達(dá)式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于LTE的多層次時(shí)延-容量模型，屬于無線移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。模型中描述了數(shù)據(jù)包時(shí)延所包含的三部分的表達(dá)式，并采用多項(xiàng)式的形式進(jìn)行表達(dá)，并采用試驗(yàn)的過程進(jìn)行多項(xiàng)式系數(shù)的確定，通過每一層的時(shí)延來計(jì)算每一層的容量，從而得到用于LTE的多層次時(shí)延-容量模型。相對(duì)于傳統(tǒng)模型中包長對(duì)時(shí)延的影響僅考慮了線性因素，本發(fā)明加入了對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中非線性因素的考慮，模型給出了時(shí)延與包長的非線性關(guān)系，可以測量計(jì)算鏈路各層的時(shí)延與容量，從而為扁平化網(wǎng)絡(luò)性能分析提供了較為合適的關(guān)系。
文檔編號(hào)H04W24/06GK102223661SQ201110185400
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者卜祥元, 盧繼華, 孫翰飛, 安建平, 李祥明 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)