移动互联网环境下业务模型建模方法研究

陈燕雷，董源远，韩云波，刘玮（ 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 00080； 北京邮电大学, 北京 00876）



移动互联网环境下业务模型建模方法研究

陈燕雷1，董源远2，韩云波1，刘玮1
（1 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080；2 北京邮电大学, 北京 100876）

摘 要在移动互联网时代，随着网络能力的不断提升，用户的使用行为习惯也发生了巨大变化，业务模型的特性也随之发生着改变。本文通过研究通信业务模型标准以及分析总结各种业务的参数，建立了统一的无线网络规划仿真业务模型，确定了模型各个参数的含义。利用现网核心网分组抓取以及固网分组抓取分析统计，得到了模型各个参数的随机特性与期望值，针对参数期望值差异进行了分析，并给出了模型参数取值建议。

关键词规划仿真; 业务模型; 参数; 随机特性; 期望值

1　引言

随着4G网络建设的深入，越来越多的用户已经习惯移动互联网时代带来的便捷，因此由用户应用特性带来的业务特性也发生了根本的变化。首先从业务类型上，与以往CS域业务独享无线资源不同的是，在LTE网络中所有业务共享无线资源，基于这种前提下，业务特征的不同，也带来了对于网络资源利用率的区别，反过来网络容量也会影响用户对于数据业务的应用；其次4G网络的高带宽特性，也刺激了终端用户进一步应用不同数据业务的需求与频次。综合以上两方面，可以看出如果要研究LTE网络容量，那么对于业务模型的研究将是首当其冲的重要任务。

在国际上ITU组织给出了一些业务模型的特性数据，但是并没有与具体的用户习惯与网络特性相结合，因此直接应用这些业务模型作为LTE网络性能的评估与研究对实际网络规划与建设的指导性较差。

为此，本文主要从业务特性描述的研究出发，基于固网分组抓取、不同时间段不同移动网络下的分组抓取数据进行统计分析，来对比研究不同种类数据业务的特点参数。同时，将这些业务模型固化应用于无线网络规划仿真平台中，作为今后精细化网络性能评估的技术基础。

2　业务模型研究方法

业务模型[1]的研究应首先根据现网实际情况确定其各种指标参数及参数含义从而对其进行建模，在模型参数含义确定的基础上确定各个参数的取值范围，随机特性以及期望值，从而完成整套业务模型的建立。

2.1业务模型参数

在无线网络规划仿真[2]中，所研究的业务模型应用在容量仿真中，针对单个用户每个调度单位上、下行的分组到达情况，从而计算上行与下行网络的性能。其中，下行针对单个用户的分组应关注基站侧，上行应关注用户终端侧，从而执行小区的调度算法和资源分配算法。无论上行还是下行，业务模型所关注的指标基本一致。在针对各种主流业务模型参数指标以及3GPP标准化组织针对业务模型描述进行研究后，抽取其中共性的模型参数建立统一的业务模型，定义无线网络规划工具软件业务模型参数模型如图1。

图1　业务模型参数建模

图1所示，横轴为时间轴，在规模仿真过程中，通常以1 ms为一个调度单位，在每1 ms调度时，都会有相应的分组随机到达，分组的大小以及到达时间也是遵循一定分布随机的。参数含义如下：(1）OFFLong会话间隔（长间隔）：在某一业务中，用户长时间没有数据传送的时间，通常为一次会话的结束，以ms为单位。结合规划仿真实际情况，OFFLong分割多次对话。(2）OFFShort页间间隔（短间隔）：在某一业务中，用户在某次会话内短暂没有业务数据传送的时间（如网页阅读时间，VoLTE的静默时间），以ms为单位。OFFShort在一次会话中分割多个页。(3）分组大小：在某一会话期中，某1ms到达的TCP分组，在本模型中，分组可能是多个TCP分组的总和。(4）分组间隔：在某次会话的某个页中，分组之间的时间间隔（如VoLTE激活期的分组时间间隔），以ms为单位。(5）所属QCI等级：在业务模型中，所有业务均需要有其QCI等级，以便容量仿真时资源分配时进行优先级判断。

业务模型的所有参数取值都应是满足一定分布的随机数，所以，该模型包含了随机数分布模块，可以为某种业务选择某个参数的随机分布函数以及该函数的期望值。

2.2参数特性的确定研究

在业务模型参数含义确定的基础上，需要根据现网实际数据对参数随机特性进行确定，从而更好地模拟现网业务数据到达模式以便支撑仿真。本研究方法中通过固网分组抓取分析以及现网核心网侧分组抓取分析两种方式进行随机特性的研究。

2.2.1固网分组抓取分析

固网分组抓取分析方式是采用通过PC机进行大量的网络应用的访问，同时利用分组抓取工具实时进行抓取记录，然后针对大量的分组抓取数据分业务进行统计分析，根据分析结果最终得到随机特性与分布。固网分组抓取的优点是：采用此分析方式能够有效地模拟业务下行时在核心网传送后到达基站侧等待调度的分组到达情况；在上行时，采用此方式分析能够有效模拟某种业务请求的分组发送情况。但缺点是由于样本数量相对于实际网络应用时用的业务数量较小，是否能够用固网分组抓取的数据代表现网规律有待验证。

因此，此方法针对每个业务本身特性较为适合，但难以统计由用户本身行为而产生的分组特性。

2.2.2现网核心网侧分组抓取分析

现网核心网分组抓取分析是在某个城市核心网侧进行分组抓取，针对数据进行统计分析，从而得到该城市网络中产生的所有业务的随机特性。该方法优点是：在现网的核心网侧进行分组抓取分析的数据样本量大，能够表征某个城市业务模型参数的随机特性；数据样本是在现网的核心网侧进行抓取分析的，所以能够真实反映现网中业务分组到达状况；通过分析长期进行抓取的海量大数据结果能够定量的反映用户使用业务的习惯，以便更好的丰富业务模型的随机特性。但缺点是：由于是在核心网侧进行监控，所以用户上行数据已经经过了调度和资源分配，不能很好地反映上行分组到达情况。

3　实际数据对比

通过固网分组抓取以及现网核心网侧分组抓取分析统计，得到了相关业务模型的参数随机分布特性以及期望值，并对其进行分析。

3.1固网分组抓取分析

固网分组抓取方式为：在计算机中发起某种业务请求，利用工具软件抓取该次请求上行以及下行的分组大小、分组间隔等重要信息，经过多次大量针对相同业务的分组抓取，得到数据。图2为利用工具进行抓取的示例。

图2　通过工具进行分组抓取分析

通过大量固网分组抓取数据统计得到的三种主要业务的随机分布特性如表1所示。

表1　通过固网分组抓取得到的统计数据

3.2现网核心网分组抓取分析

针对A、B、C三个城市的不同制式进行了现网核心网分组抓取分析，包括：

* 针对A城市和B城市TD-SCDMA、GSM网络的抓取分析；

* 针对A城市与C城市是TD-LTE现网数据进行抓取统计。

抓取过程中的数据格式为多条记录，每一条记录的格式为：用户号码、业务大类、业务小类、上行分组数、下行分组数、上行流量、下行流量、会话时长。其中用户号码经过混淆处理。

数据解析方式是通过程序实现，以业务小类为单位，统计每种业务小类单用户的平均上行分组大小、上行分组间隔、下行分组大小和下行分组间隔。

分组间隔（上、下行）统计公式为：

（session：会话时常，packagenum：分组数量，num：记录数量，interval：分组间隔）

分组大小（上、下行）统计公式为：

（packagesize：流量，packagenum：分组数量，num：记录条数，size：分组大小）

将统一业务大类下所有业务小类结果取平均值，形成3城市不同制式主要业务大类参数期望值表（如表2）。

表2　 三城市现网分组抓取主要业务统计分析结果

3.3差异分析

3.3.1现网核心网侧三城市对比分析

A、B两个城市的2G/3G现网数据之间没有本质的量级之间的差异，在建立确定业务模型参数时，可以根据城市发达程度、时间段等因素对参数进行调整。

通过针对A、B、C 3个城市的主要业务进行对比发现，3个城市不同制式在相同业务的上行分组大小以及下行分组大小没有明显差异，A、B城市相同业务的所有参数几乎没有明显差异，但A、B两个城市的2G/3G数据与A、C两城市的4G数据在上、下行分组间隔存在明显量级差异，A城市自身的4G数据与2G/3G数据同样对比差异明显，说明由于4G网络较之2G/3G网络无线侧能力的提高，使4G网络分组间隔明显缩短，单位时间内的分组数量明显增加。

3.3.2现网核心网分组抓取与固网分组抓取差异分析

通过对比，固网分组抓取与现网分组抓取各个参数之间存在较明显差异，产生差异的原因及影响分析如下：首先，通过计算机（固网）与手机请求业务产生流量存在差异：这是由于资费、内存等因素的差异，造成通过计算机（固网）与通过手机请求业务时参数存在较大差异，此因素对于视频等大流量业务影响较大。其次，通过现网统计数据为一次会话时常，期间包含了忙时数据与闲时数据。一次会话往往时间较长，特别是针对于浏览下载业务（http业务），一次浏览下载业务的会话从十几秒到几分钟甚至几个小时，而忙时分组间隔往往只有几毫秒，对于平均统计结果有较大影响，此因素对于浏览下载业务的分组间隔参数影响较大。再次，现网统计数据在核心网侧挂表，对于上行数据有较大影响：在核心网侧挂表测试，对于所得上行数据，已经被调度以及进行了资源分配，此因素对于所有业务的上行数据影响较大。

3.4模型参数期望建议

综上，给出差异较大的典型业务模型参数期望的建议。

网页浏览业务：下行分组大小以现网分析结果数据为主；下行分组间隔以固网抓取数据为主；上行分组大小采用现网数据与固网抓取数据两者区间内数值；上行分组间隔以固网分组抓取为主。

视频业务：视频数据基本以现网数据分析结果为主，上行分组大小、下行分组大小、下行分组间隔与现网数据差异不大，上行分组间隔为现网相应数据的1/4（通常考虑1:3的时隙配比）。

即时通信业务：即时通信用户之间、城市之间存在差异较大，并且忙时、闲时没有明显界限，建议以现网数据为主，取值与视频业务的数据方法一致。

4　应用

无线网络规划业务模型研究成果经过软件设计、编码已经集成到中国移动设计院自主研发的无线网络规划软件APC中得到应用，进行LTE无线网络规划可研仿真以及相关网络规划优化研究。图3和图4分别展示了在APC软件中固化的业务模型建立模块，每一个参数都可以根据分析结果和实际情况选择相应的随机分布。

图3　业务模型配置界面

图4　分布函数配置界面

5　总结与展望

通过对通信标准的研究以及对现有各种业务的分析，抽象提取相关参数，建立了无线网络规划仿真业务模型，确定了业务模型的相关参数的含义。在此基础上，利用固网分组抓取分析以及现网核心网分组抓取分析两种方法综合得到业务模型各个参数的随机分布特性以及期望值，并针对统计差异进行了分析，给出了模型参数取值的建议。

在后续工作中，还会继续针对主要业务进行固网分组抓取分析，扩大数据样本；继续针对现网数据多个城市2G/3G现网数据与4G现网数据进行分析对比；继续针对多类城市的4G现网数据进行横向对比，将业务模型参数取值进行分类；分忙时闲时等多个时段，细化对业务模型的现网数据统计分析。

通过以上研究工作的开展，使得无线网络规划仿真中的业务模型参数配置更加精细，对于省公司规划而言，也可以不断通过现网数据更新业务模型，从而使得网络容量能力的评估与预测更加精准。

参考文献

[1] 杜建凤 著.3G数据业务摸型的建立方法探讨. 2007年中国通信学会“移动增值业务与应用”学术年会论文集, 2007.

[2] 刘玮等 著. LTE-Advanced系统中Relay技术及其性能研究. 电信工程技术与标准化，2015.

Research on traffic model under mobile internet

CHEN Yan-lei1, DONG Yuan-yuan2,HAN Yun-bo1, LIU Wei1
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China; 2 Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China )

AbstractA unified traffic model of wireless network planning simulation is established by studying the traffic model standards, analyzing and summarizing various traffi c parameters. The random nature of model parameters and expectations is got by statistics of data packet which is captured from the existing network and fi xed network. The values of model parameters is recommended by analyzing difference of the parameters of expectations.

Keywordsplanning simulation; traffi c model; parameter; random nature; values of expectations

建一项工程 树一座丰碑——记荣获“国家优质工程奖”的干线工程项目之“高原雄鹰”监理团队

2015年11月16日，中国施工企业管理协会传来喜讯，由中国移动通信集团设计院监理公司承接监理的中国联通长途传输网格尔木——拉萨光缆线路新建唐古拉至那曲段被评为2014～2015年度“国家优质工程”。

中国联通和中国电信考虑到长途传输网现状，结合传输网络发展规划，为进一步完善省际传输网络结构，提高全网的安全可靠性，从战略高度出发，决定共同建设格尔木——拉萨的光缆线路。本工程由中讯邮电咨询设计院有限公司设计，黑龙江国脉工程有限公司施工。监理公司负责监理的唐古拉兵站（青海省界）——那曲段，全长约281.07km，是该项目海拔最高、气候最恶劣、条件最艰苦的段落，其中大约有136公里建设在世界屋脊唐古拉山上。

该工程于2011年9月1日开工，2012年7月15日顺利完成主体建设。其项目建设期跨度较长，中间历经冬季冰雪和冻土期，更是倍增了监理难度；同时，本工程是国家干线工程，工程进度的快慢直接关系到工程建设项目能否按期竣工和投入使用问题。结合本工程具体情况，严格执行监理程序，坚持“诚信、守法、公正、科学”的宗旨，以“认真、严谨、一丝不苟”的工作作风，严格把控进度和质量，督促安全生产，努力打造优质工程。

（摘自：中国移动通信集团设计院有限公司网站)

收稿日期：2015-10-23

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）01-0080-06