一種用於lte的多層次時延-容量模型的製作方法

2023-06-12 03:04:41 3

專利名稱：一種用於lte的多層次時延-容量模型的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於LTE的多層次時延-容量模型，屬於無線移動通信技術領域。
背景技術：
隨著技術的飛速發展和需求的不斷增加，用戶對網絡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於IP分組交換技術的開放式網絡，在整體上具有三個主要特徵基於IP分組技術、具有開放的分層體系結構、網絡發展由業務驅動，NGN網絡日趨扁平化，即更多的功能被融入更少的協議層中。NGN提供包括網際網路和電信業務在內的多種業務，能夠利用不同的傳輸介質和帶寬進行具有服務質量保證的數據傳輸，實現上層業務功能和底層傳輸技術的分離。而LTE是NGN中重要的無線接入部分。LTE現在被用來表示UMTS的長期演進方案，其基本元素包含演進UMTS陸地無線接入(Evolved UMTS Terrestrial Radio Access, E-UTRA)和演進 UMTS 陸地無線接入網 (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network，E-UTRAN)，前者包括用戶設備(User Equipment, UE)或手機，後者目前主要指基站(eNodeB)。然而整個系統不僅僅包括上述的演進無線接入網(Evolved Radio Access Network, E-RAN)E-RAN，還包括另一個平行的
3GPP計劃-----系統結構演進(System Architecture Evolution, SAE)，用於定義一種新
的全IP分組核心網，即演進分組核心網(Evolved Packet Core，EPC)。因此包含EPC和 E-RAN的整體被稱為演進分組系統(Evolved Packet System, EPS)。雖然EPS是整個系統的唯一正確名稱，但是人們往往使用LTE來表述這個概念。目前，LTE的若干演進版本中， Rel-8是各大公司正在實現商業化LTE系統的標準，同時整個規範仍然在不斷演進，目前最新版本是Rel-10，即通常所說的LTE-A。在向全IP網絡演進時保持與傳統標準的共存(向下兼容性)。QoS指網絡中有嚴格時間要求的協議與服務。在下一代網絡QoS的性能參數中，時延和容量是十分重要的，它們關係到用戶可以直接感知的服務質量，諸如VoIP和視頻通話的實時業務和大數據量傳輸業務與這兩個參數是密切相關的。因此建立針對時延和容量的分析模型，對於網絡設計、管理層網絡動態資源配置的建立和提高對用戶的服務質量有著重要的意義。同時，針對實際的網絡環境進行性能測試也是構建包括NGN在內的所有網絡的重要過程。在網絡鏈路的各個參數中，網絡中鏈路容量表示該鏈路中所允許的IP層最大可能傳輸率，因此容量的評估對網絡底層結構的規劃和管理都十分重要。另外在新型網絡容量模型中還涉及了服務時間的概念，從某一角度來說這可以被認為是網絡上某一層的服務時間。因此容量和服務時間與QoS性能相關，直接影響著終端用戶可以感知的服務質量。約二十年前，容量評估技術和工具便已得到較好的發展，且在有線網絡中取得得至丨J 廣泛應用° R. S. Prasad 的文獻"Bandwidth estimation :Metrics, measurement techniques and tools」中提出了有線鏈路容量評估技術並且介紹了相關的測試方法。然而，由於無線網絡發展迅猛，在無線網絡環境下，採用有線網絡性能評估技術和工具，使得性能評估的準確性下降。其原因在於無線環境下潛在的信道內部幹擾，但更重要是原有針對有線鏈路的經典容量評估模型忽略了網絡架構中的一些因素，雖然這些因素對於有線連結的容量評估結果影響甚微，卻對無線連結的容量參數產生不可忽略的影響。因此在趨於扁平化的下一代網絡中，傳統的時延-容量模型已經不能很好的滿足實際需求。在過去的幾年裡，一 些針對無線鏈路容量測量的工具被開發出來，R. Kapoor,的文獻"CapProbe :A simple and accurate capacity estimation technique」提出了用於無線鏈路容量測試的方法，雖然它修正了原有有線環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邑；之後L. Angrisani 的文獻「Capacity Measurement in Communication Networks」提出一種多層容量模型並被不斷改良，它在協議棧的所有層中擴展了容量的概念，這種模型的進步和優勢已經在已有的研究和試驗中的到一定程度的驗證，但是對於含有中間件和趨向於扁平化的下一代網絡仍然存在著一些缺陷和不足。傳統多層容量模型中，通過建立簡單的時延-容量模型，計算上一層向其同級層接收端發送信息的時間，得到該層對於上一層的服務時間，並且通過遞歸表達出該層的服務時間，其與容量的關係呈線性關係。然而數據包在同一端不同層之間傳輸時，時延與數據包大小的關係，還存在非線性因素。由於NGN扁平化結構，導致影響數據包處理時間的因素發生了一些變化，且失去了原本依賴於上一層的某些信息。

發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術的缺陷，解決傳統鏈路容量模型中包長對時延的影響僅考慮線性因素而缺乏對複雜網絡中非線性因素的考慮，提出了一種用於LTE的多層次時延-容量模型。本發明是通過以下技術方案實現的。本發明的一種用於LTE的多層次時延_容量模型，在鏈路第η層選定一個不大於最大傳輸單元MTU的大小為Ln的數據包，將第η層發送該數據包的時延&定義為該數據包由鏈路發送端傳輸到接收端的時間，設定Hi為第i層的報頭長度，C0為物理層的容量；將時延\劃分為三個部分1)數據包在發送從η層到物理層的處理時間；2)由該數據包和第η層以下各層報頭組成的數據總量在物理層上的傳輸時間；3)數據包在接收端從物理層到第η層的處理時間；因此，在第η層發送大小為Ln的數據包時延、可寫為
權利要求
1. 一種用於LTE的多層次時延-容量模型，其特徵在於在鏈路第η層選定一個不大於最大傳輸單元MTU的大小為Ln的數據包，將第η層發送該數據包的時延&定義為該數據包由鏈路發送端傳輸到接收端的時間，設定Hi為第i層的報頭長度，C。為物理層的容量；將時延\劃分為三個部分數據包在發送從η層到物理層的處理時間、由該數據包和第η層以下各層報頭組成的數據總量在物理層上的傳輸時間和數據包在接收端從物理層到第η層的處理時間；在第η層發送大小為Ln的數據包時延、(Ln)為 其中式(1)等式右邊第一項、表示數據包從第η層到物理層的發送處理時間，為 式⑵中，Φη 是所有與數據包大小無關的處理時間之和；α ntlLn包括所有與數據包大小線性相關的處理時間；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式組成，表示與包長非線性相關的處理時間； 量在物理層上的傳輸時間；式(1)中等式右邊第三項^_ (AJ為數據包在接收端從物理層到第η層的處理時間，為 式(3)中，Ctnr是所有與數據包大小無關的處理時間之和；a mln包括所有與數據包大小線性相關的處理時間；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式組成，表示與包長非線性相關的處理時間； 則式(1)即第η層的時延表示為式(4)中，下標η表示第η層，下標t表示發送端，下標r表示接收端，下標k表示1^的 k階項；其中Φη是所有與數據包大小無關的處理時間之和；α nlLn包括所有與數據包大小線性相關的處理時間；等式右邊除去α nlLn的其他部分由兩階以上的多項式組成，表示與包長非線性相關的處理時間；定義鏈路第η層的容量為第η層上從鏈路發送端到接收端的最大數據傳輸率，則鏈路第η層的容量Cn表述為
2.根據權利要求1所述的一種用於LTE的多層次時延-容量模型，其特徵在於式(5) 中1_的值由網絡協議決定。
3.根據權利要求2所述的一種用於LTE的多層次時延-容量模型，其特徵在於〖_,的值在有線連結中其值為空，在無線連結中等於幀間間隔、MAC層應答信息等時間的總和。
4.根據權利要求1所述的一種用於LTE的多層次時延-容量模型，其特徵在於式(4) 中等式右端的係數通過試驗方法確定，具體過程為1)從發射端向接收端發送尺寸為Ln的數據包，在每次傳輸時利用軟體探針記錄數據包通過收發兩端不同層的時間戳信息，再利用該信息計算得到對應於大小為Ln的數據包的第 η層時延、2)重複步驟1)三次以上，取全部重複結果的平均值作為第η層時延、(丄 );3)改變數據包尺寸Ln，重複步驟1)和步驟2)，可得到不同數據包尺寸分別對應的第η 層時延、，根據實際精度需要選擇式(4)的階數k，並利用採集到的數據回歸得到式中的參數Φη，α η1，Cin2,... α nk，此時便得到第η層時延、(丄 )的具體數學表達式。
全文摘要
本發明涉及一種用於LTE的多層次時延-容量模型，屬於無線移動通信技術領域。模型中描述了數據包時延所包含的三部分的表達式，並採用多項式的形式進行表達，並採用試驗的過程進行多項式係數的確定，通過每一層的時延來計算每一層的容量，從而得到用於LTE的多層次時延-容量模型。相對於傳統模型中包長對時延的影響僅考慮了線性因素，本發明加入了對複雜網絡中非線性因素的考慮，模型給出了時延與包長的非線性關係，可以測量計算鏈路各層的時延與容量，從而為扁平化網絡性能分析提供了較為合適的關係。
文檔編號H04W24/06GK102223661SQ201110185400
公開日2011年10月19日 申請日期2011年7月4日 優先權日2011年7月4日
發明者卜祥元, 盧繼華, 孫翰飛, 安建平, 李祥明 申請人:北京理工大學