基于OPNET+Modeler的UMTS性能分析仿真平台
备的开发和研究以及算法的验证等。目前，移动通信网络已经从以话音业务员为主的第二代（２Ｇ）以移动通信网络向提供多种业务的第三代（３Ｇ）移动通信网络演进，ｕＭＴＳ用户层面根据不同服务质量需求定义了四种业务类型：会话类、流媒体类、交互类和后台类。因此，面对复杂的第三代（３Ｇ）移动通信网络，利用系统级仿真平台进行系统性能分析，无疑成为必要而有效的研究手段之一。
１ＵＭＴＳ系统级仿真平台
１．１ＵＭＴＳ系统介绍
ｕＭＴｓ（通用移动通信系统）是ＩＴｕ的ＩＭＴ一２０００的重要组成部分，目前ＩＭＴ一２０００的三种主要无线接入方式为ｗＣＤ】ＩｌＡ、Ｔ沪ＳｃＤＭＡ、ｃＤ姒２０００。咖ＳＴ采用的ｗＣＤＭＡ标准是ＧＳＭ网络向３Ｇ过渡的最好选择，同时它是一种低费用、高容量的第三代移动通信系统，提供高达２Ｍｂ／ｓ的数据业务。它与ＩＰ结合将更好的支持交互式多媒体业务和其他宽带业务（如可视电话和会议电视等）。ｕＭＴＳ采用了与第二代移动通信系统类似的体系结构，分为ＵＭＴＳ地面无线接入网络（ＵＴＲＡＮ）和核心网络（ｃＮ）。ＵＴＲＡＮ包括无线网络控制器和节点Ｂ，ＣＮ包括电路交换和分组交换两个部分负责对话音及数据业务进行交换和路由查找，电路交换和分组交换两个部分分别与外部网络相连。
Ｌ２ＵＭＴｓ系统模型
软件中ＵＭＴｓ模型中的分组无线网是基于３ＧＰＰ１９９９版标准“１（Ｒｅｌｅａｓｅ啕９）开发的，采用ｗｃＤ幔Ａ无线接入方案，无线接入网络的Ｉｕｂ、Ｉｕｒ、Ｉｕ接口都基于Ａｎｌ传输。ｗＣＤＭＡ系统是宽带直接序列扩频码分多址（ＤＳ弋ＤＭＡ）系统，马片数率３．８４Ｍ码片／秒，载波带宽５姗ｚ。从网络物件层次关系看ｕＭＴｓ系统模型可分为三层。
第一层即最上层为网络模型。如图１。其中ＵＥ表示移动用户设备，Ｎｏｄｅ—Ｂ表示ＵＭＴＳ中的节点Ｂ，ＲＮＣ表示ＵＭＴＳ中的无线网络控制器，ｃＮ表示Ｕ町Ｓ中的核心网络，ｗｅＤ—ｓｅｒｖｅｒ表示ｗｅｂ服务器，ｆｔｐ－ｓｅｒｖｅｒ表示ｆｔｐ服务器，ｅ畹ｉ１一ｓｅｒｖｅｒ表示ｅ眦ｉ１服务器．而ｐｒｏｆｉｌｅ—ｄｅｆｉｎａｔｉｏｎ和ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ—ｄｅｆｉｎａｔｉｏｎ则表示业务主询和业务应用的定义。
第二层为节点模型。由相应的协议模型构成，反映设备特性。从协议间关系看，节点模型建模完全符合ＯｓＩ标准，业务层ｊＴＣＰ层一ＩＰ层一ＩＰ封装层一ＡＲＰ层一姒ｃ层—｝物理层。ＵｌｌＴＳ网络模型中ｕＥ节点模型包括应用层、ＴｃＰ（ＵＤＰ）／ＩＰ协议栈、Ｇ删层（ＧＰＲｓＭｏｂｉｌｉｔｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔ）、ＲＬＣ／ＭＡｃ层和收发信机以及天线。Ｇ嘲层包括ＧＰＲｓ连接，会话管理和无线资源管理等功能；ＲＬＣ／ＭＡｃ层包括ＲＬｃ和姒ｃ层，负责处理数据流优先权、选择ＲＬｃ模式以及上层数据包的分割和重组。ＲＬｃ／雌Ｃ层与无线收信机（ｒｒ．０模块）和无线发信机（ｎ—ｏ模块）之间的链路表示传输信道。上行链路建模包括ＲＡｃＨ（随机接入信道）、ＤｃＨ（专用信道）、ＣＰＣＨ（公共分组信道：ＤｃＨ信道中的每个传输信道都有唯一的扩频码
（扰码）将他与别的传输信道区分开来，上行链路采用的扰码序列可以分为：短扰码和长扰码。长扰码由２５阶生成器多想式生成，并截短为ｌＯｍｓ的帧长度，包含３８４００个马片，速率为３．８４Ｍ码片／秒。短扰码的长度为２５６码片从引申的Ｓ（２）码族中挑选出来的，当短扰码由两种码联合而成，或者当其他序列都是一序列的延迟，而长扰码是来自此序列时，就会形成复数扰码序列。复数扰码是由实数码ｃ１和ｃ２根据下面的法则合成的：
Ｃｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ＝ｃ１（∞Ｏ＋Ｊｃ２（２盘）∞１），七＝０，Ｉ，２…。
序列‰和劬是如下的码片序列：％＝｛１ｌ｝，ｑ＝｛ｌ—１）。第二个码序列的抽取因子为２，这将减少星座图中的过零次数，以及调制时的幅度扰动。下行链路建模包括ＦＡｃＨ（前向接入信道）、ＤＳｃＨ（下行共享信道）、ＡＩＣＨ（捕获指示信道）、ＤｃＨ（专用信道在这里包括一个专用信号信道和四个数据信道）。在Ｇ删和ＲＬＣ／姒ｃ层中采用队列的形式存放数据，在Ｇ埘层中有四个队列，分别对应ＵＥ支持的四种不同ＱｏＳ业务，当Ｇ删层收到从应用层传过来的数据包时，如果有信道已经收到根据数据包的ＱｏＳ等级建立了ＲＡＢ（无线接入承载）的信息，那么数据就直接传送到ＲＬＣ／ＭＡＣ层，否则，数据包将放到相应ＱｏＳＧ删层队列中。同样ＲＬＪＣ／ＭＡＣ层也有相似的队列结构，但是每类中多一个信令队列。ＲＬｃ／ＭＡＣ层利用队列传输从高层传过来的分组数据；在ＲＬＣ提供确认数据传输模式下转发分组数据；接收低层分组数据并将他们重新组装成ＰＤｕ。
第三层即最底层为进程模型。以有限状态机来描述协议（ＦＳＭ），基于事件出发的有限状态机建模，避免以时间出发，采用以事件出发的建模使得计算效率得到很大得提高。分析ＧＰＲＳ连接状态转移过程：ＩＮＩＴ＿ｌ、ＩＮＩＴ－２、ＤＥＴＡｃＨ为三个非强制状态，但是因为巧妙的使用了两个自中断和一个状态转移条件使得仿真开始就执行到ＵＥ的ＣＯＮＮＥｃＴＥＤ状态，ｕＥ在ＣＯＮＮＥｃＴＥＤ状态下等待，当Ｇ删层收到高层的需要新Ｑｏｓ的分组数据时就会马上发送一个请求到ＳＧＳＮ来激活ＰＤＰ连接，ＰＤＰ连接被激活后信道也即建立，ＵＥ就可以发送数据到目地端。
图１ＵＭＴＳ网络模型
２仿真分析与结果
参照文献幅?６１对ＵＭＴｓ用户层面支持的四类业务类型中的典型业务进行配置。仿真主要研究在话音用户和ｗ删数据用户，对于话音业务数率为１２．２ｋｂｉｔ／ｓ、数据业务数率为
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基于OPNET Modeler的UMTS性能分析仿真平台
作者：龙林德， 张有志， LONG Lin-de， ZHANG You-zhi
作者单位：龙林德,LONG Lin-de(长沙通信职业技术学院,湖南长沙,410015)， 张有志,ZHANG You-zhi(湘潭大学信息工程学院,湖南湘潭,411105)
刊名：
通信技术
英文刊名：COMMUNICATIONS TECHNOLOGY
年，卷(期)：2008，41(7)
被引用次数：0次
参考文献(7条)
1.Susan Spagnola Rutherford.Steven P.Gordon Using OPNET to simulate an IP network 2004
2.裴廷睿.周胜.刘晓宇基于BONeS的WCDMA性能分析仿真平台[期刊论文]-计算机仿真 2005(06)
3.Li Qiang.Zhu Hongzi.Zhang Meng Simulating and Improving Probabilistic Packet Marking Schemes Using Ns2 2005
4.SMG 98-0228-2004,Overview of 3GPP Release 99 Summary of all Release 99 2004
5.Staehle D.Leibnitz K.Tran-Gia P Source Traffic Modeling of Wireless Applications 2005
6.Klemm A.Lindemann C.Lohmann M Traffic modeling and characterization for UMTS networks 2001
7.TS22.105-520 V3.10.0-2001,Technical Specification Services and Service Capabilities 2001 2001
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2.学位论文吴小斌UMTS无线链路控制协议的研究和实现2002
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5.期刊论文李慧.WANG Yu-hao.魏明.XU Li.LI Hui.WANG Yu-hao.WEI Ming.XU Li UMTS网络中切换性能分析的建模与仿真-南昌大学学报（理科版）2008,32(3)
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7.外文期刊H. Qu.Q. Cheng.E. Yaprak UNCONFINED E-HEALTHCARE SYSTEM USING UMTS-WLAN
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multimedia traffic in the uplink of the UMTS WCDMA
This work proposes a cooperative strategy for efficiently multiplexing real time video traffic and non real time data traffic in the uplink of the UMTS WCDMA. Variable bit rate traffic is split in a relatively constant component and a bursty-component. An RRM entity located on network side allocates a share of the resource to the mobiles at the beginning of their session for conveying the relatively constant component. The MAC sublayer located in the mobile uses this resource along the session without supplementary assignment delay. The remaining (bursty) component of the trafficc is conveyed by a time-share radio resource dynamically assigned by the RRM entity in response to the mobile MAC requests. Video jitter is advantageously reduced. A performance study using OPNET shows the cooperative protocol brings a real improvement to the UMTS standard, achieving a very high utilization of the radio resource
while satisfying the QoS constraints.
9.学位论文温倩3G系统分组域业务源模型的研究与应用2006
第三代移动通信网络是在循环反复的规划、测试和优化过程中不断完善的。移动通信网络中分组业务的比重不断增加，因此分组业务源模型不仅极大地影响到系统性能评估结果的准确程度，也是规划和优化通信网络的基础。为了更好的研究第三代移动通信网络的性能，以及对无线通信网络进行负载测试，网络业务模型的正确选择非常重要。业务源模型的建模和在3G系统负载测试中的实现、应用是一个很有价值的问题。
本论文首先研究了用于实现3G负载测试模拟器Loadbox的分组业务模型理论基础，建议了一系列分组业务源模型，并提出了一种3G网络规划中的分组业务容量估计方法。根据所建议的3G分组业务源模型，运用OPNET系统仿真工具，在UMTS网络场景中进行仿真，统计每种业务和混合业务的聚合业务流量，分析验证了推荐模型能够在一定程度上模拟真实业务。
本课题采用已验证的3G分组业务模型作为业务源产生的依据，经过软件需求分析、总体设计、详细设计、软件编码和软件测试等各个阶段，在负载测试模拟器Loadbox中完整实现了测试业务模块。经过测试，验证了Loadbox中分组业务源模型模块的实现的正确性。然后对RNC系统在不同业务负荷下的处理能力也进行了测试。
最后本文对第三代移动通信系统自相似流量模型进行了研究。采用具有明确物理意义的重尾ON/OFF自相似流量模型作为3G流量模型的仿真基础，并基于OPNET系统仿真平台，实现了一个针对UMTS网络具体环境的自相似业务流发生模型。通过对仿真数据的分析，验证了该自相似流发生模型的正确性。该模型能够模拟3G分组业务流的自相似特性，为进一步的业务源模型研究提供了很好的参考。
10.外文会议Grewal. Vinit.Sharma. Ajay K Comparative Investigations on Mobility Protocols for WLAN
and UMTS Interworking
This paper investigates different mobility protocols (network layer mobility protocols Mobile IPv4 and Mobile IPv6, the transport layer mobility protocol mSCTP) as an approach to achieve interworking between 3G cellular networks (such as UMTS) and IEEE's 802.11 wireless LANs (WLANs). A simulative model has been developed using OPNET to support the study. Simulation results supported mSCTP as the best approach for achieving desired interworking.
本文链接：https://www.360docs.net/doc/779427825.html,/Periodical_txjs200807043.aspx
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下载时间：2010年11月18日