WCDMA R6無線網絡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務：WSS（Wideband Speech Service），PSS（Packet-switch Streaming Service ），MMS（Multimedia Messaging Service），IMS（IP Multimedia Services）。這些新業務的共同特點就是對多媒體的支持，這也正是WCDMA R6所強調的重點及其優勢所在。實際上，MSS和PSS標準就是3GPP針對短消息（SMS）之后的龐大市場而專門制定的標準，可見其意義之重大。

WCDMA R6將為核心網提供全IP網絡，這樣，就形成了一個支持音頻和視頻服務的IP多媒體網絡。該網絡能夠保障所提供的音頻和視頻服務的服務質量（QoS），另外還支持音頻和視頻通信的無縫集成。這樣，就對WCDMA的流量分析造成了以下兩方面的影響。

首先，與傳統的請求/應答的HTTP流量相比，多媒體流通常有更長的持續時間。一般情況下，多媒體流采用UDP協議作為下層的傳輸協議，這樣就對網絡擁塞反應較慢。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，網絡性能會受到重要影響。所以，WCDMA R6新業務對多媒體的支持極大地加大了對系統帶寬的要求，對系統資源的設計、配置增加了不小的壓力。為設計新的網絡，對系統資源進行合理分配，人們需要了解WCDMA新業務的流量特性和流量模型。

其次，這些新業務極大地豐富了客戶的選項和需求。為了更加有效地使用系統資源、滿足不同客戶的各種要求，QoS對WCDMA R6的重要性相應地上升到前所未有的高度。為了在WCDMA R6的網絡中有效地提高QoS，人們也需要了解WCDMA新業務的流量特性和流量模型。

從以上兩方面出發，WCDMA R6的運營商和設備供應商都迫切需要了解WCDMA新業務的流量特性和流量模型，這也是本文所關注的重點。

2 3G移動通信網絡新業務的網絡流量模型

WCDMA R6的新業務有WSS，PSS，IMS，MMS。其中，PSS是包交換業務流服務，IMS是實時IP多媒體服務，MMS是非實時多媒體消息服務。

在這3類新業務中，WSS為音頻業務流，其余均為多媒體流，本文分別予以討論。

2.1 WSS業務的網絡流量模型

WSS為音頻業務流，包括用戶的語音通話。盡管在WCDMA R6中，可用帶寬增加了，但這對用戶的語音通話的行為方式沒有影響。所以WSS的流量特性仍然符合傳統的語音通話流量模型。

語音通話行為用交替的活躍時段和安靜時段表示，一個事件驅動的狀態模型（見圖1）被用來刻畫這兩種隨機時段。實際上，活躍時段和安靜時段均符合負指數分布。Tactive表示通話處于活躍時段，并且在上行鏈路上進行發送的平均時間，Tsilent表示通話處于安靜時段，并且在下行鏈路上進行接收的平均時間。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，所有移動用戶的通話行為彼此無關。

圖1 通話行為模型

如圖2所示，一次語音通話服務的會話持續時間的均值為tD，Speech=120，該會話持續時間符合負指數分布。而且在這一時段，建立該會話的連接將獨占系統的相關資源。

圖2 話音業務服務模型

2.2 PSS，IMS和MMS業務的網絡流量模型

由于WCDMA R6增加了可用帶寬，這幾種新業務都能夠為移動設備同時提供多媒體服務，并且支持以下多種媒介類型：音頻業務流（包括語音），視頻業務流，靜態圖片，2D和3D圖形及動畫，文本（包括簡單文本類型和復雜文本類型，如可描述字體、顏色、大小），合成的音頻流，元數據（Metadata）。

這樣，我們就可以將這幾種新業務的流量分為數據業務流（包括以上媒介類型的后5種，因為它們都是以數據流的形式來傳輸的）、視頻業務流和音頻業務流服務這3類。當然，就流量來說，前兩者占了絕大多數。

PSS，IMS和MMS業務以數據業務流、視頻業務流和音頻業務流這樣的流傳輸的機制提供服務。

對于音頻流而言，可以用符合截斷式Pareto分布的ON/OFF模型來刻畫：

　　（1）

　　（2）

該模型的具體參數為：

● 會話時段：形狀參數α＝1.6，均值m＝2.4s的Pareto分布。

● 兩次會話間的間歇時段：參數λ=36/0.16K的指數分布，K是一個用戶建立的音頻連接數的均值。

● 會話數傳率：20kbit/s。

● 包大小：500bytes。

● ON時段：參數為0.2s的指數分布。

● OFF時段：一個確定值，均值m＝2.4s。