LTE中具省電機制與服務品質保證之效能分析
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(2) LTE 中具省電機制與服務品質保證之效能分析 學生：楊承儒. 指導教授：黃政吉. 國立臺灣師範大學應用電子科技學系碩士班. 摘. 要. 本論文將提出一個針對 LTE 省電機制的數學分析模型，我們將利用我們的 數學模型針對在 LTE(Long-Term Evolution)無線網路系統下的 DRX 省電機制進行 分析，我們將針對封包到來(packet arrival)的特性、在睡眠期間(DRX cycle) 所累積的封包數量與其造成延遲(delay)的機率、與封包遺失率(packet loss rate)進行數學分析，除此之外我們在佇列模型(queuing model)的部分，希望能 夠以 M/G/1 為目標進行實驗，希望在封包處理時間方面，能夠達到 G(general) 的效果，在本篇論文中我們在封包處理時間方面，將先以均勻與幾何機率模型為 例進行分析，希望本篇論文的研究能夠達到拋磚引玉的效果，為後續數學分析相 關的研究者提供一個可以參考的數值結果。. 關鍵字：長期演進、排隊理論、DRX 省電機制、封包延遲。 ii.
(3) Performance Analysis of QoS guarantee with DRX mechanisms in LTE Student：Yang, Chen-Ju. Advisor：Dr. Huang,Jeng-Ji. Institute of Applied Electronics Technology National Taiwan Normal University. ABSTRACT. This paper presents a mathematical analysis model, we will use our mathematical model to analyze the power saving mechanism for DRX in LTE (Long-Term Evolution) wireless network system, we will focus on the arrival of the packet arrival characteristics, the number of packets in the sleeping period (DRX cycle) the cumulative probability of their delay , and the packet loss rate to mathematical analysis, in addition to our queue model (queuing model) part, want to be able to experiment with M/G/1 goal, hope packet processing time, to achieve G (general) effect, in this paper we have in terms of packet processing time will be Uniform and Geometric probability model as an example for analysis, I hope to achieve this thesis studies the effect of forward for the subsequent mathematical analysis related to the researcher provides a numerical results can be referenced.. Keywords: Long-Term Evolution、Queuing Theory、DRX power saving system、packet delay. iii.
(4) 誌. 謝. 在這篇感謝文的最一開始，我想由衷的感謝我的指導教授黃政吉博士，本論 文得以順利完成，多虧了老師在學業上的諄諄教誨與指引,黃老師無論在學術領 域與私生活的個人品德上，都是我非常好的一個榜樣與模範，黃老師除了在本研 究過程中，不厭其煩的給予我專業領域上的教導之外，也很能夠舉一些日常生活 上的例子來提醒我們做為一個學生與成年人應該要盡的責任與道理，當我們犯錯 時，也能夠從老師嚴厲的話語中感覺到老師對我們的期許，對此我尤其感謝，老 師在學術科目上與研究領域的專業上的敏感度更是讓我景仰，同時也讓我能夠獨 立作業的能力有了一定程度的提升，也讓我身心上的抗壓力有別於以往的更加堅 韌，在此對老師致上最深的謝意，同時也特別感謝嘉義大學的梁教授與師範大學 的王教授特別撥冗前來擔任口試委員並給予我許多研究上的建議來讓本論文更 加的完整與全面。. 在此我也要特別感謝學長姐唯耕、書樺、雯琪、筑淵與琬真在我剛入學還對 研究生生活懵懂無知的我伸出了友誼之手，由於我個性較為慢熱怕生，所以跟人 相處起來難免比較彆扭，但是學長姐的熱心與熱情幫助我很快的能夠適應環境與 課業上的壓力並且融入研究的生活，也不會因為自己是學長姐就擺架子這點讓我 印象深刻，同時也要特別感謝琬真學姊在專業知識上給予我莫大的幫助，也不吝 iv.
(5) 與我分享一些生活上的趣事。我同時也要感謝我的同學資涵，沒有你，我想那些 因為做研究碰到瓶頸而感到沮喪的日子，我一定熬不過去，也因為有你讓我在實 驗室的日子不再寂寞，我們一起分享生活上的瑣事，在研究上互相扶持，感謝有 你與我一起渡過研究所的時光，我非常滿足也非常慶幸遇到你。另外還有學弟昱 翔、庭翰，你們的加入，為實驗室注入了許多歡笑與活力，其中特別感謝昱翔， 我們一起渡過了許許多多艱難的時刻，在研究領域上互相幫助和討論進而激盪出 來的火花，我將銘記在心。. 最後我想感謝我的爸媽和哥哥對我這個不成材的兒子和弟弟的栽培與體諒， 即便我的求學之路一路跌跌撞撞，但是你們總是給予我相當大的自由與包容，在 生活常規上我也不曾讓你們擔心過，雖然我很少說出來，但是我真的很愛你們。. 承儒. 謹致於. 中華民國一零三年二月 v.
(6) 目. 錄. 中文摘要............……………………………………………………………………..…i 英文摘要............………………………………………………………………………iii 誌. 謝 ....................................................................................................................... iv. 目. 錄 ................................................................................................................... vi. 圖 目. 錄 ................................................................................................................. viii. 表 目. 錄 ................................................................................................................... ix. 第一章. 緒論 .............................................................................................................1. 1.1. 研究動機與背景 ............................................................................................1. 1.2. 研究目的 ........................................................................................................3. 1.3. 其他相關研究 ................................................................................................4. 1.4. 論文架構 ........................................................................................................4. 第二章. LTE 系統相關知識介紹 ..............................................................................6. 2.1. 3GPP LTE 長期演進技術無線網路系統概述 .............................................6. 2.2. LTE 系統模型架構簡介 ...............................................................................11. 2.3. LTE 系統之 QoS 類型 .................................................................................15 2.3.1 會話類型(conversational) ...................................................................16 2.3.2 串流類型(streaming) ...........................................................................20 2.3.3 互動類型(interactive)..........................................................................21 2.3.4 背景類型(background)........................................................................21. 2.4 LTE 系統中的省電機制 ..............................................................................22 第三章. 本論文提出之數學模型演算法 ...............................................................25. 3.1. 研究作法之動機 ..........................................................................................27 vi.
(7) 3.2. 以馬可夫鏈為基礎的數學模型分析 ..........................................................26 3.2.1 封包的累積情形與處理時間 .............................................................28 3.2.2 累積的封包會超過 delay bound 的機率 ..........................................28 3.2.3 沒有封包會再到來的機率(收斂) ......................................................29. 第四章. 數值分析與模擬結果 ...............................................................................34. 4.1. 模擬環境與參數設定 ..................................................................................34. 4.2. 模擬結果呈現 ..............................................................................................36 4.2.1 封包收斂情形 .....................................................................................36 4.2.2 睡眠期間封包的累積與 delay 情形 .................................................38 4.2.3 封包超過 delay 的情形 .....................................................................39. 第五章 參 考. 結論與未來研究方向 ...............................................................................42 文. 獻 ...........................................................................................................43. vii.
(8) 圖. 目. 錄. 圖 2- 1、LTE 系統設施基礎架構 ................................................................................13 圖 2- 2、ITU-T 建議會話類型之用戶端傳輸延遲時間 ............................................18 圖 2- 3、LTE系統中DRX省電機制流程解析圖............................................................22 圖 2- 4、LTE系統中DRX省電機制架構圖.....................................................................24 圖 2- 5、LTE 系統中 DRX 省電機制架構圖(2) ........................................................24 圖 3- 1、本研究中數學模型封包處理的示意圖 ........................................................26 圖 4- 1、在處理時間為均勻機率分布的情況下的封包收斂情形 ............................34 圖 4- 2、在處理時間為幾何機率分布的情況下的封包收斂情形 ............................34 圖 4- 3、睡眠期間封包的累積與 DELAY 情形 ..............................................................35 圖 4- 4、在處理時間為均勻機率分布的情況下的封包 DELAY 情形 ..........................36 圖 4- 5、在處理時間為幾何機率分布的情況下的封包 DELAY 情形 ..........................40. viii.
(9) 表. 目. 錄. 表 2- 1、LTE 與 LTE-A 系統之比較 .............................................................................10 表 2- 2、UMTS QOS 類型 ...............................................................................................15 表 2- 3、各種編碼方式的 MOS 值 .............................................................................20 表 4- 1、環境模擬參數 ................................................................................................31 表 4- 2、省電機制相關參數 ........................................................................................32. ix.
(10) 第一章 緒論. 1.1 研究動機與背景. 基於用戶在高速環境下能獲得更快的傳輸性能與更高的資源使用 效率，國際電信聯盟(International Telecommunication Union, ITU)定 義之 IMT-Advanced(International Mobile Telecommunications Advanced) 的報告中對 4G 有明確定義與期望，也就是至少在低速的移動中支援 1Gbit/s 的傳輸速率，且在高速的移動中希望能支援 100Mbit/s 的傳輸速 率 。 然 而 近 年 來 由 於 多 媒 體 技 術 仰 賴 其 應 用 與 服 務 品 質 (quality of service, QoS)方面的要求下，對時下的 3G 系統造成不小的衝擊，未來的 應用如視訊會議(mobile conference)、網路電話(Voice over IP network, VoIP) 、線上遊戲(online game)、線上影片(video message)、視訊電話 (video telephony)、(High Definition Television，HDTV)、高品質影 片(high-quality video)、 高解析度電視串流影音(Streaming Video)等 對無線傳輸的需求將遠大於現今多媒體技術所能提供之速度。. 為了提升行動通訊網路技術，第三代行動通訊夥伴計畫組織 (third generation partnership project, 3GPP)於 2009 年持續發展長期演進技 1.
(11) 術(Long-Term Evolution, LTE)以作為第四代行動通訊(4th Generation, 4G)的標準。目前 LTE 之版本在 Release 10 之後被稱為 LTE-A(Long-Term Evolution Advanced)。目前 LTE-A 在下行鏈路使用無線寬頻多工存取技 術(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)，內部訊 號處理則捨棄舊有電信架構中的封包交換領域(Packet-Switched Domain, PS domain)及線路交換領域(Circuit-Switched Domain, CS domain)，進 而把網路整合全 IP 網路(all-IP Network)，使得語音和數據資料，完全 以封包(packet)作為基本傳送單位，此方法可提升網路使用率，針對多元 使用者之多媒體應用用戶也可保證其服務品質，系統架構也因此簡化。. 因為即時(RT- real-time)用戶在延遲時間(delay)和封包遺失(loss) 上的嚴格限制，所以維持全 IP 網路中的即時服務(Real-time service, RT) 品質相對困難，而且網路受限於封包交換的特性，會造成長時間封包延遲 時間(Long Delay)、封包傳送時間顫動 (Jitter)以及封包遺失 (Packet Loss)等問題。. 同時為了因應日新月異的手機技術，耗電量對於用戶來說可是非常重 要的題材。考慮耗電量，不僅僅能節能，更能達到減少能源消耗，可說是 綠 色 議 題 的 核 心 部 分 。 因 此 近 年 來 的 研 究 專 注 於 DRX 省 電 技 術 2.
(12) (Discontinuous Reception, DRX)，以期達到降低耗電量的目的。 因此本研究除了考慮封包傳送時間延遲以及封包遺失等條件中，我們 還加入了省電題材，並根據即時服務流之實際狀況來確實地進行分析，也 是本論文所要探討的重點。. 1.2 研究目的 因為無線網路技術不斷的在進步，在各種應用程式及資料傳輸的發 展上，影音多媒體發展的部分最為重要，需求量也最大，所以對於傳輸具 有高服務品質之多媒體資料的要求也日益著重，如網路電話(Voice over IP, VoIP)、串流影音(Streaming Video)或視訊會議(Video Conference) 等。利用這些多媒體技術可以廣泛運用在像是視訊點播、即時戰略、即時 線上轉播、遠程教學、遠程醫療等等。此類資料屬於即時服務應用，需維 持時間關係，對於服務品質的要求相對嚴謹，且具有嚴格的時效性需求； 但是又需要達到省電的功能，勢必是會在時間方面有所延遲。為了達到上 述要求，如何有效地分析即時服務的封包情形與分配有限的無線資源成為 大部分學術研究人員的思考重點。. 本論文欲達成之目的如下： 1. 可服務 RT 用戶於含有 DRX 機制的 LTE 混合網路中。 3.
(13) 2. 分析 RT 用戶之封包到來與封包處理時間情形。 3. 建立數學模型，分析延遲時間與封包遺失機率。 4. 提供其他研究相關議題之研究者分析結果。. 1.3 其他相關研究 文獻[1]為介紹整個省電架構，以此為基礎，發展出各種不同的省電 機制，並提出幾個簡短的省電方法，期望達到導引往後研究的目的；文獻 [2]中以LTE為基礎，提出省電分析的研究方法，但並沒有考慮到真正的省 電區段中起始的活動區間，因此在之後的研究中，我們提出加入了省電區 間之活動區間，以期達到更精確的分析；文獻[3]將省電和活動區間，以 各個狀態做區分，並導入不同的資料封包型態來進行數學分析，旨在用另 一個角度，來分析在LTE網路下省電機制的效果；文獻[4]主要為將MLWDF 排程器應用到省電議題中，再利用PF排程器的特性，大幅提高快到期的活 動計時器的使用者的權重，以滿足使用者對於即時服務的服務品質的需 求。. 1.4 論文架構 本論文架構如下：第一章為緒論簡介，第二章我們說明3GPP LTE 中 的相關知識與介紹，並加入在LTE網路系統中DRX省電機制的架構與相關的 4.
(14) 說明，第三章則將解釋本論文所提出的針對在LTE網路中在含有省電機制 下因為睡眠而造成的封包累積還有期相對應的處理時間與造成延遲的數 學分析，接著在第四章將呈現出我們的分析與模擬的結果並做進一步的討 論，最後第五章則將為本研究所得出的結果做一個統整並提出一些後續研 究的展望與結論。. 5.
(15) 第二章. 2.1. LTE 系統相關知識介紹. 3GPP LTE 長期演進技術無線網路系統概述. 在上世紀末，寬頻無線技術網路發展快速，其中WiMAX 最受注目， 它針對微波和毫米波頻段而提出的一種全新的無線上網通訊技術，目前正 日趨成熟。然而這個世紀初，由3GPP 規範的一項新興技術被提出，也就 是目前大家所熟知的LTE，以目前通訊產業的發展而論，LTE 擁有比WiMAX 更 加 廣 大 的 市 場 ， 也 更 具 有 發 展 前 景 ， 而 3GPP 所 發 佈 LTE-Aadvanced(LTE-A, 又稱作LTE Realese 10,LTE Rel-10)中，測試估 計出LTE-A 在行動終端為靜止或是慢速移動的狀態之下，可使用的最大頻 寬為100MHz，其下行鏈路傳輸速率最高可達約1Gb/s，而上行鏈路傳輸速 率也可達約500Mb/s，由此可見未來的4G 網路備受期待。. 接著將簡單介紹一下行動通訊技術的發展歷史, 第一代行動通訊技 術(first generation，1G)如類比蜂巢式系統(analog cell system)於1947 年於貝爾實驗室以蜂窩概念作為基礎，然而第一代蜂窩系統缺乏統一的標 準，阻礙了1G的發展。第二代行動通訊技術 (second generation, 2G)之 全球行動通訊系統（Global System for Mobile Communications, GSM） 6.
(16) 只針對語音訊息(voice)作傳遞處理，然而隨著網際網路(Internet)逐漸 發展，數據資訊(data)的傳遞被逐漸重視，因此在2.5G技術中，加入了通 用封包無線服務技術(General Packet Radio Service, GPRS)，可分別傳 遞 語 音 訊 息 與 數 據 訊 息 。 而 在 2.75G 系 統 中 增 強 資 料 GSM 演 進 技 術 (Enhanced Data rates for GSM Evolution, EDGE)由於使用了8PSK(Phase Shift Keying )，相較於GSM系統之傳輸速率可至原來的三倍。在第三代 行動通訊技術 (third generation, 3G)系統中，多媒體(multimedia)服 務逐漸盛行，透過系統提供的高畫質影像及視訊，使人們的生活品質逐漸 提升，無論是歐洲之寬頻分碼多工 (Wide band Code Division Multiple Access, WCDMA)、美國之CDMA2000(Code division multiple Access 2000) 以及大陸發展之TD-SCDMA(Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access)等技術在網際網路上進行資料傳送已無問題。目前3G的 國際標準有三個，分別為：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三種，雖然此三 種標準都是CDMA的技術，但在關鍵參數上仍有許多不同，因此彼此是並不 相容的。 基於提升現行行動通訊網路技術，WCDMA 陣營從 1998 年年底開 始，歐洲的 ETSI，日本 ARIB，美國 ATIS，韓國 TTA 等即發起成立了第三 代行動通訊夥伴計畫組織(third generation partnership project, 3GPP) 以優化 WCDMA 標準，在 2004 年開始持續發展長期演進技術(long-term 7.
(17) evolution, LTE)以作為第四代行動通訊(4G，4th Generation)之標準， 2008 年 12 月正式發佈 LTE Release 8 版本定義了 LTE 的基本功能，在 Release 9 版本增加了 Beam forming 與定位之功能，而 Release 10 版本 為根據國際電信聯盟 (International Telecommunication Union, ITU) 所定義的進程：用戶靜態在下傳(Downlink)傳輸速率達到 1Gbps，高速移 動狀態下傳輸速率達到 100Mbps，就可作為 4G 的技術之一，在 Release 10 之後發展之版本則被稱為 LTE-Advanced，簡稱 LTE-A。 再來將稍微介紹一下本論文的核心實驗的背景系統,也就是LTE標準的 發展歷史,並在後面附上LTE與LTE-A之間的比對表格來做一些明確且清楚 的區隔。在2004 年提出的一套新系統主要為改善UMTS 陸面無線接入 (Universal Terrestrial Radio Access, UTRA)系統並最佳化3GPP 的無 線存取架構，主要目標為提升用戶平均吞吐量，在下行鏈路傳輸部分期望 達到第六版高速下行封包接入（High Speed Downlink Packet Access, HSDPA）的三到四倍，上行鏈路傳輸則預計能達到高速上行封包接入（High Speed Uplink Packet Access, HSUPA）的兩到三倍；而直至2007，LTE 正 式由可行性研究階段進展為被認可的第一代規範，開始制定整套通訊系統 的標準；當年的11 月，經由3GPP 工作組織會議通過LTE TDD 融合技術提 案。直至2008 年4 月， LG 電子 (LG Electronics)和 北電網路（Nortel Networks）展示了當傳輸終端在每小時110 公里時速的狀態下移動時,使 8.
(18) 用LTE 系統可以達到50Mb/s 的傳輸速度，直至年底，整套的規範標準已 經漸趨穩定，已經可以作為正式的商業用途。而為了使LTE的標準規格更 加明確清楚,LTE系統在標準的制定上擬訂了下列幾項需求:. 1. 增加上行及下行的傳輸技術。 2. 可變性的上行及下行鏈路頻寬分別為 1.4 MHz, 3.0 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz and 20 MHz。 3. 高度的頻譜使用效率(下行/上行= 2.1/0.9 (bps/Hz/cell))。 4. 最高行動終端移動速度可支援到350km/h。 5. 可和GSM/HSPA/WCDMA 同時存在並且是全 IP 網路系統。. 值得一提的是,在LTE-A系統中,與本來的LTE系統相比,延伸出不少功 能,諸如載波集成技術(Carrier Aggregation)、多點協作(Coordinated Multipoint)技術、中繼站(Relay)的設置與增強型多天線傳輸(Advanced MIMO)等等。下表列舉出 LTE 與 LTE-A 不同處，除了用戶在下傳傳輸速率 從過去之 150Mbps 提升至 1Gbps，上傳傳輸速率從 75Mbps 提高至 500Mbps 之外，下傳傳輸頻寬從過去的 20MHz 大幅提高至 100MHz，而上傳傳輸頻寬 也從 20MHz 增加至 40MHz，系統容量與 LTE 比較也多出三倍。. 9.
(19) 表2- 1、LTE與LTE-A系統之比較[14]. Technology. LTE. LTE-Advanced. Downlink Peak data 150 Mbps. 1 Gbps. 75 Mbps. 500 Mbps. 20 MHz. 100 MHz. rate (DL) Uplink Peak data rate (UL) Transmission bandwidth (DL) 40 MHz Transmission 20 MHz. (requirements. bandwidth (UL) defined by ITU) Optimized. for low. speeds (<15 km/hour) High Performance at Mobility. speeds up to 120 km/hr Same as LTE Maintain speeds. up. km/hour. 10. Links to. at 350. as.
(20) Same as LTE Should. be. Full performance up to optimized. or. Coverage 5 km. deployment in local areas/micro. cell. environments Scalable. Band 1.4,3, 5, 10, and 20 Up to 20–100 MHz. Widths. MHz 200 active users per cell 3 times higher than. Capacity in 5 MHz. that in LTE. 值得一提的是最近台灣有關於 4G LTE行動網路系統的頻帶標案剛結 標,相信在這兩年之間,LTE系統就會藉著各家電信行號的系統更新在台灣 正式啟用,同時在未來我們相信LTE系統的進步將會日新月異，而且成為4G 廣域無線的主流技術。. 2.2. LTE 系統模型架構簡介 LTE 是現在最被人所熟知的4G 廣域無線網路系統，其在基地台與其. 他網路架構之名稱及功能都與過往的3G 系統有些不同，在這方面的實體 11.
(21) 機房架構還是必須考慮原本3G 架構，以利硬體相互接軌，降低LTE 實行 時之建設成本，並使之能夠向下相容其他世代的通訊系統，這同時也是在 次世代的無線網路系統中，LTE系統較WiMAX更為人所熟知的原因之一，因 為在根本的建設架構上，LTE系統的向下相容性與WiMAX系統相比之下要高 上許多。LTE 不但支援多多輸入多輸出（Multi-input Multi-output, MIMO） 機制，也可因應通道變化進行多方調變傳輸，如QPSK、BPSK、16QAM 等， 在下行鏈路以OFDMA 作為主要的通道存取方式，而上行鏈路則不同於過往， 使用SC-FDMA 系統。LTE 僅使用封包交換技術(Packet-Switch,PS)，除卻 過往的線路交換技術(Circuit-Switch, CS)，將所擁有的資源做最大的利 用。 在系統的架構方面，如同我們在前一段所提及的，LTE 原是3GPP 既 有技術的一項改善計畫，因此系統上也是利用3GPP 原始的系統架構進行 演進，但對應原始的3G 架構做了部分功能上的整合及改善，例如:原本3G 系統中的基地台(NodeB)和無線網路控制器(Radio Network Controller, RNC)結合，而在LTE 系統中此一新型的基地台被稱為eNodeB，這一項合併 是減免了此區段在3G系統中協議的程序，使得4G 網路系統在用戶層中的 節點較過往的架構要來的更少。. 12.
(22) 圖2-1,LTE 系統設施基礎架構[14]. 根據前一段落所提出的內容，我們接著利用圖 2-1 進行更詳盡的解 說，演進通用陸地無線接入網路(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, E-UTRAN) 是 由 eNodeB 、 移 動 管 理 實 體 (Mobility Management Entity, MME) 和 演 進 的 系 統 架 構 (System Architecture Evolution, SAE) 所 組 合 而 成 。 eNodeB 會 透 過 S1 協 定 的 空 中 介 面 與 MME/SAE 進行資料的交換，而eNodeB 彼此相互之間的訊息交換則是經由 13.
(23) 使用X2 協定的空中接口。eNodeB 會去執行無線存取介面多項的功能，例 如:封包的排程技術、換手機制、IP 表頭壓縮以及用戶資料流加密等。而 MME 顧名思義即為LTE 無線網路系統中主要的管理裝置，負責處理移動裝 置處於閒置模式(Idle Mode)時的管理、演進型數據封包系統(Evolved Packet System, EPS) 業 務 承 載 (Bearer) 的 管 理 機 制 、 非 存 取 層 (Non-access Stratum, NAS)的安全管理等多項功能皆在MME 當中實行， 並且在4G 系統中，MME 與Gateway 的裝置分開設置，這樣的做法可以最 佳化網路的設置並且使得系統承載量的調整更具彈性，此外MME利用S3介 面與2G/3G無線通訊系統進行移動控制的溝通。服務閘道S-GW負責核心網 路中資料傳輸部分，處理系統中用戶層面的訊息，並利用S4傳輸介面與 2G/3G無線通訊系 統 進行資料封包的傳 遞與交換 ，封包資 料網路閘道 PDN-GW則是核心網路與外部網路連接之介面，為LTE網路與其他非3GPP網 路資料收送與訊息控制的閘道器，與S-GW則是透過S5傳輸介面溝通。主要 提供手機和外界封包資料網路連線，負責支援計算費用，扮演3GPP無線通 訊網路與非3GPP通訊網路間移動的中介點。整體來說，目前3GPP 系統(GSM 和 WCDMA/HSPA)以及3GPP2 系統(CDMA2000 1xRTT，EV-DO)以標準化它們 的介面，使其可以跟新的4G LTE 系統整合，並且能夠期望做到無縫接軌， 彈性並且向下的相容轉移所有原有的系統裝置來將建設方面的成本降 低。 14.
(24) 2.3 LTE 系統之 QoS 類型. 在LTE系統規格書 TS 23.107當中指出，LTE將用戶之應用與服務分為 不同之類型，其根據UMTS系統定義之業務類型，分別為會話類型、串流類 型、互動類型與背景類型。這些類型之間主要的區別在於服務業務對時間 延遲的敏感度(delay-sensitive)，其中會話類型與串流類型都是屬於即 時類型(Real-time, RT)之業務，而互動類型與背景類型被歸類在非即時 (Non-real-time, NRT)之業務，在表2-4對UMTS 得付物類型之QoS做了歸 納整理。. 表 2- 2、UMTS QoS 類型 [14] 服 會話類型 務. 互動類型. 背景類型. NRT-Interactiv. NRT-Background. e Best effort. Best effort. 串流類型 RT-conversationa. 類. RT-streaming l. 型. 15.
(25) - 資料接收目的端 - 保持串流中資料 基. - 請求-回應模式 實體的時間關係. 並不在某一時間. - 保持串流中. 本. 內期待資料送達 資料實體的. 特. - 須保持資料之 - 會話模式(低延遲. 時間關係. 性. 完整性. - 須保持資料之完. 要求) 整性 應 用. - 語音、視訊電話、 - 串 流 式 多 媒 - 網頁瀏覽. 範. 視訊會議. - E-mail 背景下載. 體. 例. 2.3.1 會話類型(conversational) RT-會話類型是發生在對等(或群組)的終端用戶之間，其服務特性 是點對點(end-to-end)之延遲時間小，資料量為對稱的(symmetric)或幾乎是 對稱的，常見的應用是在封包交換領域(packet switch domain)上的語音服務， 例如網路語音電話(Voice over IP Protocol, VoIP)。近年來 VoIP 服務用戶有 逐漸增長的趨勢，並且有取代傳統 PSTN 的趨勢，其原因主要是 Skype 所 引發的風潮，亦或者是現今智慧型手機中的各種應用程式諸如 LINE 或 VIBER 等等的網路電話功能亦是此種付物類型的代表。然而語音封包在 IP 16.
(26) 網路傳送中，倘若網路訊務過於繁忙而產生壅塞，變會造成封包遺失之問 題，使得 VoIP 聲音品質下降，難被使用者所接受。 為了提供高通話品質予用戶，LTE 系統中排程器須考量會話類型 服務之項目有： 1. 延遲(delay)：從發話者說話的瞬間到接聽者聽到聲音所需的時間 稱為延遲，由於語音封包對於傳輸的延遲非常敏感，因此語音封 包必須遵循 LTE 系統規格書 ITU-T G.114 提出之規範。 2. 顫動(jitter)：顫動是延遲的變異度(delay variance)。由於語音封包 在網路中可能透過不同之路由器(router)傳送造成封包抵達接收端 的時間有很大的差異。處理顫動的方法通常在接收端添加佇列， 讓接收之封包依據時間播放。 3. 封包遺失(packet loss)：語音封包具有某些程度的容錯性，傳輸語 音封包時若遺失些許封包，仍然可以辨識出正確的聲音。 4. 迴音(echo)：迴音是因為訊號遇到終點被折回所造成的效應，會讓 通話者自身聽到自己說出的話。 5. 通話設定時間(setup time)：從發話者發送出電話號碼到接收端回 應有通話訊息這段時間設定通話線路的時間，稱為通話設定時 間。 VoIP 服務之最大可容忍延遲時間(maximum allowable delay)要根據用 17.
(27) 戶感官來決定，根據 ITU 所建議之標準，延遲小於 30 ms 之內用戶不會發 覺 任 何 延 遲 情 形 ， 小 於 100 ms 以 內 假 使 系 統 有 提 供 迴 音 消 除 (echo cancellation)且於訊號無失真之情況下，用戶也不會察覺延遲，用戶主觀顯 示點對點延遲必須小於 150 ms，故此類型服務之延遲限制是嚴格的，必須 保證低延遲之特性，才能維持系統業務之品質。根據 LTE 系統規格書 TS 22.105 中指出，會話類型之時間延遲定義上其根據 ITU-T Recommendation G.114，以下列舉單次傳輸延遲時間之範圍，如圖 2-2 所示。. 圖 2- 2、ITU-T 建議會話類型之用戶端傳輸延遲時間[10]. 1. 0 to 150 ms：良好範圍，即代表用戶之滿意度高。延遲時間在 30 ms 以 內用戶不會察覺，100 ms 以內假使系統有提供迴音消除且於訊號無失 18.
(28) 真之情況下，用戶也不會察覺延遲狀況發生。 2. 150 to 450 ms：可接受範圍，然而須注意用戶滿意度會隨著延遲時間 增加而下降。 3. 超過 450 ms：不可容忍範圍，用戶對此通話品質滿意度低。. 在語音品質方面，對於使用者之感受，雖然難有客觀的評斷，但是在電 信領域上仍然有一些量化的方式對語音品質進行評分，常見用於判斷語音 的制度其根據 ITU-T Recommendation P.800 發展之平均意見分數(Mean Opinion Score, MOS)。平均意見分數範圍落點在 0 到 5 分之間，分數越 高表示用戶對語音品質滿意度高，反之若分數越低表示通話品質是糟糕的 亦或是不佳的。表 2-3 是一些語音編碼方式與其對應之 MOS 值，以脈波碼 調變(Pulse Code Modulation, PCM)為例，當使用 64 kbps 之傳輸速率時， 語音的 MOS 值為 4.3，G.729 使用 8 kbps 的傳輸速率，可達到 MOS 值為 4.0 的聲音品質。. 19.
(29) 表 2- 3、各種編碼方式的 MOS 值[10] 編碼標準. 傳輸速率. 聲音品質(MOS 值). G.711 (PCM). 64 kbps. 4.3. G.723 (CELP). 6.3 kbps. 3.8. G.726. 32 kbps. 4.0. G.728. 16 kbps. 3.9. G.729. 8 kbps. 4.0. GSM. 13 kbps. 3.7. 2.3.2 串流類型(streaming) RT-串流類型因接收用戶端收集資料，並轉換為穩定均勻的串流傳遞 給應用程式，應用程式同時處理資料，頻寬要求為變動位元速率(variable bit rate, VBR)，即串流之傳輸率會隨著時間變動。將其轉化成聲音或圖， 顧其應用是非對稱的，與會話類型用戶相比，可以承受更大的延遲。. RT-串流類型是一種即時性的多媒體串流(multimedia streaming)， 將技術處理程支援一個穩定和連續的串流資料。隨著網路的發展，用戶需. 20.
(30) 要足夠快的存取技術來快速上下傳龐大的多媒體資訊，因此串流技術益加 重要。使用 RT-串流技術時，用戶端可以在檔案完整接收前顯示之前所接 收到的資料。由於串流應用是非對稱的(asymmetric)，因此與對稱的 VoIP 相比，串流應用可以承受較大的延遲，也能承受更大的傳輸顫動(jitter)， 且顫動情形可以藉由緩衝處理來緩和。 2.3.3 互動類型(interactive) 互動類型之服務是一種典型的資料通訊機制，即當終端用戶端向遠端 設備請求資料時採用的機制，其範例有網頁瀏覽、資料庫檢索資料、伺服 器存取資料等。其明顯之特徵為用戶端的請求-回應模式，另一項特性是封 包的內容必須被透明地傳送，且必須有較低的位元錯誤率(bit error rate, BER). 2.3.4 背景類型(background) 背景類型之服務諸如電子郵件之收發、FTP 資料下載、接收資料服務 等應用，不需要即刻動作，因此可被歸納為背景類型之業務，其延遲時間 可以依數秒、幾十秒甚至幾分鐘計算。. 背景類型之服務是一種典型的資料通訊機制，為用戶端之請求回應模式，其特徵在於接收端在某一時間內並不期待資料的到來，即 21.
(31) 對時間延遲不敏感，另外資料封包不需透明地傳送，但是資料必須無 錯誤地接收。. 2.4 LTE 系統中的省電機制 我們接著將在這個章節章捷簡單介紹一下再 LTE 無線網路系統中， DRX 省電機制的運作方式與原理。. 圖2-3 LTE系統中DRX省電機制流程解析圖[1]. 22.
(32) 如上圖所示，在LTE系統中，若演進型移動基地台(Node B)有分配 無線端資源讓某個用戶端設備收送控制訊息，則該用戶端設備就處於淺眠 狀態。淺眠狀態下的DRX工作機制，主要目的是讓用戶端設備在傳送資料 的間隔中可以關閉射頻模組以節省耗電量。其透過定時器與DRX週期結合 的工作方式，演進型節點B(eNB)與用戶端裝置會保持相同的DRX設定，因 此當有下行資料要傳送時，eNB可準確地判斷用戶端設備目前是否處於DRX 及可接收資料的時間。在淺眠中，當用戶端設備在大於DRX不活動定時器 連續副幀率子訊框期間，仍未收送資料，系統就會進入DRX模式。進入DRX 方式有兩種，其一為用戶端設備自行進入DRX，其二則是由eNB透過RRC控 制訊息要求用戶端設備進入DRX。而用戶端設備離開DRX回到正常運作模式 的時機有兩種，其一為在DRX週期的期間中正確解讀PDCCH並判斷有下行資 料要接收，另一則是用戶端設備有上行資料須傳送。 在LTE 系統，給手機的通道資源分配在任何一個subframe 都可能 發生，手機必需於每個subframe聽取PDCCH 頻道，以確認是否要解碼下行 資料，因此不管下行資料傳送的頻率是高或低，手機的無線電(radio)硬 體都要開著以確保不會漏接任何資訊，為了節省手機的寶貴的電力，LTE 制定了DRX(Discontinuous Reception)機制，DRX 允許手機如果在一段時 間內沒接收到下行資料時，自動進入睡眠模式，這DRX cycle 醒來的時間 稱為On-Duration，根據資料傳送的特性，如果久久之後才於一個subframe 23.
(33) 接收到資料，有很的機率基地台會很快的傳送下一筆資料，因此在 On-Duration 收 到 資 料 時 ， 手 機 隨 即 啟 動 一 個 ” 無 活 動 ” 計 時 器 (inactivity timer)，如果在這個計時器倒數到零之前又收到基地台傳送 出的資料，這個計時器會重新倒數，當這個計時器倒數至零時才會考慮是 否進入睡眠。. 圖2-4 LTE系統中DRX省電機制架構圖[4]. 圖2-5 LTE系統中DRX省電機制架構圖(2)[3]. 24.
(34) 接著我們將根據上面兩個圖來簡單解說在LTE系統中DRX省電機制各個 參數的用途:. 1.DRX Cycle. 由 On Duration、Opportunity for DRX 所組成，具有兩種類型包括短、 長週期(Cycle)。. 2.DRX Inactivity Timer. 當用戶端設備於一段時間沒收到任何資料，將開啟 DRX 週期，這段時間為 DRX 不活動定時器(Inactivity Timer)。要注意的是每當用戶端設備成功 收到實體下鏈控制通道(Physical Downlink Control Channel, PDCCH)資 訊時，用戶端設備必須將 DRX 不活動定時器歸零。. 3.On Duration. 在此期間，用戶端設備會持續監聽隸屬 PDCCH 的基本傳輸單位子訊框 (Subframe)，以確定無任何該接收的資料封包，時程結束後才會進入 Opportunity for DRX。要特別注意的是，雖然此期間(On Duration)包含 在 DRX 週期中，然而此時射頻模組並未關閉，因此尚未進入省電模式。. 25.
(35) 4.Opportunity for DRX. 在此期間，用戶端設備會將射頻模組關閉，進而達到省電效果，若有封包 於此時傳輸，則須在此段時間過後才能接收。. 在 DRX 中，時序被切割成數個連續的 DRX 週期，用戶端設備在每個 DRX 週期初始會持續監控 PDCCH 期間單位子訊框，以判斷是否有下行資料 接收。在此期 間結束後，若用戶端設備未有資料接收就會關閉射頻模組 直到下個 DRX 週期。在此要特別說明，在 LTE 標準規範中只定義部分時段 名詞，但實際上時段長短設定卻未加以給予明確的規範，所以近期也有不 少學者針對 DRX 的參數調整部分去做了延伸的研究，其中包含了在什麼樣 的狀況下分別應該對參數做什麼樣的調整才能讓整體系統的效能達到最 佳化等等。. 26.
(36) 第三章. 本論文提出之數學模型演算法. 3.1 研究作法之動機 LTE 仍舊是一種中央集權方式的系統，也就是說eNodeB 掌管所有的 資源並決策分配，縱使下行鏈路改用OFDMA 系統，在資源的管理上，卻無 太大的改變，在此一機制之下，假使eNodeB 與行動裝置間沒有良好的協 調溝通，在資源的分配上則也不一定能切合用戶的真實需求，這也就是為 什麼我們可以透過過往諸多學者針對排程、資源分配等議題的參考文獻的 數量會如此之多的原因。. 本論文接著將提出一個以Markov-chain為基礎的數學分析的模組， 我們希望可以藉著這個model來來反映實際的封包到來情形與在當下的時 間點到來的封包所看到的buffer佇列情形跟此一封包可能會必須要等待 的時間長短以及該封包可能會超過delay bound的機率,我們希望藉由我們 設計出的數學model來反映出以上的情形。. 27.
(37) 圖3-1 系統模型的示意圖. 圖3-1為我們分析模型的示意圖,其中上圖0到S為系統睡眠時間的區 段,. 則為封包分別的執行時間, 則是封包分別實際等待的時間，單位分. 別都為ms，橫軸則為時間軸。. 3.2 以馬可夫鏈為基礎的數學模型分析 首先,我們根據[2]假設封包的到來情形為一個具有變數 的poisson 機 率 分 布 , 並 且 假 設 封 包 的 處 理 方 式 為 先 進 先 出 (First in First out-FIFO),所謂的FIFO就是封包的處理方式為先進來的就會先被處理傳 送，接著我們預設我們的封包到與個別的處理的時間為排隊理論中的 M/G/1的情形,其中M代表的是封包到來的機率分布,G則是代表每個封包的 處理時間,為任意(general)的機率分布,數字1則代表的是每次處理封包 28.
(38) 的個數，另外在封包的處理時間方面，我們將針對均勻的機率分布與幾何 的機率分布進行實驗。 除了以上對於封包情形與執行時間的假設之外，我們同時還加入了 DRX的省電機制,其中包含了上一章所以提及的各種參數,其中包含了DRX cycle(short & long),ON-duration timer與in-activity timer等等，引 入了這些參數的用意是我們希望能夠除了一般的封包到來與執行的分析 之外，也能夠同時考慮DRX對系統的delay所造成的影響，由於對非即時的 服務來說，封包delay並不會對他們的服務品質造成太大的影響，所以在 本論文中的封包形式我們皆以VoIP的封包類型為例來討論對即時服務的 使用者的影響，並且同時針對即時服務的封包特性訂出一個最大能夠容忍 的delay上限時間,並依據我們的數學model來分析封包的到來密集程度與 佇列情形對封包超過delay bound機率的影響。. 首先，因為對有DRX的系統來說，最需要也最為值得分析的區段為睡 眠時間到剛離開睡眠時間的這兩段區段，這是因為對系統來說，在睡眠時 間因為系統沒有在傳輸封包的關係，所以最容易在此區段造成封包數量的 累積同時也最容易因為封包處在睡眠期間而造成封包必須等待多餘的時 間進而造成delay的情形。在此我們會先計算在睡眠期間封包的累積情形 與其佇列中的封包個數所摺積(convolution)出來的讓後續封包所必須承 29.
(39) 受的可能等待時間，同時為了區隔上述兩段時間區段與後續一般維持連線 的區段，我們主要會將時間區段拆成兩段，分別為(1)睡眠時間與剛離睡 眠直到處理完睡眠時間所累積的封包與(2)後續的一般維持連線的時間區 段。. 3.2.1 封包的累積情形與處理時間. 首先我們將先分析在睡眠時間時累積的封包在當下進來時可能需 要等待的時間長度，也就是前面所累積的封包的處理時間，我們可以用以 下列方式描述: (1)處理時間為均勻機率分布的情形:. Pn ( x) P1 ( w) P2 ( w) ....Pn 1 ( w) (n 1) x m(n 1) 1 Pi ( w) , w 1....m m. …………………….(3-1). 其中n代表的是當下那個進來的封包， Pn ( x) 則是代表現在這個封包所可能 需要等待的時間。 (2)處理時間為幾何機率分布的情形: 30.
(40) P( X x) C nx 11 p n (1 p) x n …………………………..(3-2) x n, n 1.... 其中n為睡眠區段累積的封包個數 ，x則代表的是實際執行的傳送時間單 位，由於每個封包處理時間都是幾何的關係，所以數個幾何的相加則會變 成以執行次數觀點來看的負二項機率分布，p為封包成功傳送的機率，(1-p) 則為封包傳送失敗的機率，我們希望能夠藉由封包處理時間為幾何分布來 反應實際多使用者間通道的競爭情形。. 3.2.2 累積的封包會超過 delay bound 的機率. 接下來我們則會分析在睡眠期間所累積的封包會超過delay bound的 機率:. . S. P[ Z db] P[Y y ] P[ X db y | n] p(n) …….(3-3) n 1 y 1. 其中Z=X+Y，代表的是我們所求的超過delay bound的機率，S代表的 是short DRX cycle的長度，若為long DRX cycle的話長度則為兩倍，X代 31.
(41) 表的是根據前面幾個式子所得到的封包處理時間並將其作帶入做變數變 換後再做計算，Y則代表的是封包處理時間，n則代表的是在睡眠期間封包 進來的個數，參數db則代表的是delay bound的長度。. 3.2.3 沒有封包會再到來的機率(收斂) 接著為了瞭解睡眠區段的封包在使用者醒來之後經過多少時間後會 處理完，我們接著將分析時間區段跑到收斂的機率，也就是直到沒有封包 會再到來的機率，我們可以用以下的式子表示:. P(ab) s it j t e o o0 e s e i t e j t ……...(3-4) i j ... 0! i! j! 0! j 0 i 0 n. n. i. j. 0. 其中s代表的是睡眠區段，而根據文獻[1]，使用者在剛開始進入省電區段 時，會有一段起始的活動區間(on-duration timer)，若是在這段區間之 內都沒有封包進來，才會真正進入睡眠區段，o在上述的式子中，代表的 即是起始活動區間的長度，t代表的是封包處理時間，i與j則分別代表睡 眠時間區段與剛離開睡眠時間的這兩個區段中到來的封包個數，當脫離了 這兩段區域之後一個封包執行時間之內沒有封包在進入的話即會進入收 斂。 32.
(42) 3.2.4 由 short DRX cycle 進入 long DRX cycle 的機率 最後我們將呈現出使用者由 short. DRX cycle 進入深眠(long DRX. cycle)的機率，根據[1][2]的文獻中，使用者要能夠進入到深眠(long DRX cycle)的前提必須為使用者先進入睡眠之後，也就是淺眠(short DRX cycle) 的狀態，之後連續經過數個淺眠區段且都沒有因為封包的到來脫離睡眠狀 態，此時系統便會讓使用者進入深眠(long DRX cycle)模式，又根據文獻 [1][2][3]，在 LTE 系統中的省電機制的標準，深眠狀態的區段長度會是淺 眠狀態的區段長度的兩倍，使用者進入到深眠模式的機率，我們則可以用 以下的式子表示：. e I ( I ) 0 e o ( o ) 0 N e S ( S ) 0 N P ( L) ( ) ( ) …….(3-5) 0! 0! 0!. 其中 I 代表的是 inactivity timer 的長度，o 則代表的是睡眠區段 中的起始活動區間(on duration timer)的長度，S 則代表的是淺眠睡眠區 段的長度，N 則代表的是在進入深眠模式之前，需要經過的淺眠區段的個 數。 我 們 將 接 著 在 下 一 章 呈 現 根 據 我 們 model 的 分 析 結 果 針 對 超 過 delay bound的機率，與packet loss rate跟當下時間點進來的封包所看. 33.
(43) 到的佇列情形等上述幾種參數去做比較與進一步的分析。. 34.
(44) 第四章. 數值分析與模擬結果. 4.1 模擬環境與參數設定. 在這個章節裡,我們將建立一個數學模型並藉此針對封包的到來與 可能等待的時間以及超過我們所設定的 delay bound 的機率等情況進行分 析,並藉由分析的結果圖來反映出我們的數學分析所得到的結果,以下為 我們相關的參數設定,其中如前面的章節所述, 我們封包到來的機率分布 為一個參數為 的 poisson 機率分布模型，其中封包到來率,因為我們主要 是想針對即時服務像是 VoIP 的封包去做分析,所以我們周期則根據 VoIP 的封包特性將其設為每 20ms 會有一個封包到來。. 表 4.1 環境模擬參數 Parameters. Value. Packet delay bound. 10ms. Packet arrival( ). 1/20 ms. TTI period. 1 ms. Service time’s pdf. Uniform,Geomatric. 35.
(45) Queuing model. M/G/1. 如上面表 4.1 所述,我們的 queuing model 為 M/G/1,我們希望利用 我們所建立的馬可夫鏈數學模型並藉由不同的封包執行時間的機率分布 來反映出多使用者間競爭通道進而造成 delay 的情形,並分別的封包遺失 率(packet loss rate)與超過我們所設定的 delay bound 的機率進行討論, 希望能夠當作後續的數學分析相關的研究能夠更為順利。在本研究中,我 們封包處理時間的機率分布,如前面的章節所說,為了方便舉例,在均勻的 機率分布模型方面,我們是使用封包分別有{1/3,1/3,1/3}的機率會有處 理時間{. },其中 =1 ms,而在幾何機率分布的部分,我們成功機率的. 參數 P 則是設為 0.5。. 表 4.2 省電機制相關參數 Parameters. Value. Short DRX cycle. 8 ms. Long DRX cycle. 16 ms. On-duration timer. 2 ms. Inactivity timer. 8 ms. 36.
(46) Numbers of short DRX cycle 4 before entering long DRX cycle. 表 4.2 則是本研究有關於省電機制的參數,如文獻[1][4]中所提及, 在省電機制中,上述幾項參數是決定系統省電機制如何運作的主要根據, 其中 Inactivity timer 則是代表使用者在進入睡眠之前閒置的時間長度, 而上表最後一項參數代表的是使用者在進入深層睡眠區間之前所經過的 淺層睡眠區段的個數,也就是說使用者要能夠進入深層睡眠,必須在前面 數個淺層睡眠區間之內,都沒有因為封包的到來而離開睡眠區段才能夠進 入。. 4.2 模擬結果呈現. 4.2.1 封包收斂情形 首先將討論在我們上個章節中所提及的不會有再有封包進來, 也就是收斂的情形。. 37.
(47) 圖 4.1. 在處理時間為均勻機率分布的情況下的封包收斂情形. 圖 4.2. 在處理時間為幾何機率分布的情況下的封包收斂情形. 38.
(48) 由上圖我們可以看出,在 poisson 的參數 為 1/20ms 的情況下,在進來 五個封包之後便會收斂的機率最高,這是由於我們封包到來率太過稀疏的 關係,所以能夠在封包執行時間中累積一定數量以上的封包機率並不高。 4.2.2. 睡眠期間封包的累積與 delay 情形. 接著我們將呈現在睡眠期間內封包的累積與其 delay 的狀況,我們 想要了解在睡眠期間之內,在必須滿足我們的 delay bound 的前提之下,系 統最多能夠容忍的封包累積個數與其超過 delay bound 的機率。. 圖 4.3. 睡眠期間封包的累積與 delay 情形之 CDF. 由上圖所呈現的結果我們可以看出,對整個系統來說,當在睡眠期間累積 39.
(49) 的封包數量達到 4 個以上時,就會有 0.9 的機率會超過 delay bound,也就 是說會有非常高的可能性會提高我們整體系統的 packet loss rate。. 4.2.3 封包超過 delay 的情形 最後我們將針對封包超過我們所設定的 delay bound 的機率去做分 析與討論,下面兩張圖分別是封包執行時間為均勻分布與幾何分布的封包 delay 情形。. 圖 4.4. 在處理時間為均勻機率分布的情況下的封包 delay 情形. 40.
(50) 圖 4.5. 在處理時間為幾何機率分布的情況下的封包 delay 情形. 由上面兩張圖我們可以看出來,由於封包到來間隔大的關係,我們 可以看出封包的等待時間超過我們設置的 delay bound=10ms 的機率並不 大,其中在執行時間為均勻機率分布的情況下,我們模擬與分析部分的 packet loss rate 分別為 0.0053 與 0.0095,誤差約莫是在 0.004 左右,而 在執行時間為幾何機率分布方面,我們模擬與分析部分的 packet loss rate 則個別為 0.0027 與 0.0083,誤差則約莫是在 0.005 左右。. 41.
(51) 第五章. 結論與未來研究方向. 在現今的科技發達的大環境下，人們對於網路的日益升高幾乎已 經達到成癮的程度，人手一支智慧型手機儼然已是非常普遍的3C配備，在 這樣的情形之下，如何滿足使用者們對於即時服務(real-time service) 的服務品質(Qos)已經成為首要課題，在本研究中，我們提出了在LTE系統 下以馬可夫鏈為基礎的數學分析，並導入了DRX省電機制，我們希望利用 我們建立的數學模型來提供一個具有參考性的封包到來與延遲的情形，在 後續的研究中，研究者們可以導入更多封包處理時間的機率分布模型，藉 此來將數學分析結果的貢獻達到最大，並根據這些分析結果來針對可能造 成封包延遲的情形做避免與改進。. 42.
(52) 參. 考 文. 獻. [1] Bontu, C.S, and Illidge, E, “DRX mechanism for power saving in LTE” in Communications Magazine, IEEE. VOL. 47, NO. 6, June 2009. [2] Sunggeun Jin, and Daji Qiao, “Numerical Analysis of the Power Saving in 3GPP LTE Advanced Wireless Networks” in Vehicular Technology, IEEE Transactions on ,VOL. 61, NO. 4, MAY 2012 [3] Huang Bo, Tian Hui, Chen Lan, and Zhu Jianchi, “DRX-Aware Scheduling Method for Delay-Sensitive Traffic” in Communications Letters, IEEE. , NO. 1,. MARCH 2013 [4] Kaijie Zhou, Navid Nikaein, and Thrasyvoulos Spyropoulos, “LTE/LTE-A Discontinuous Reception Modeling for Machine Type Communications” in Wireless Communications Letters, IEEE , NO. 1, FEBRUARY 2013 [5] Jia-Ming Liang ; Jen-Jee Chen ; Hung-Hsin Cheng ; Yu-Chee Tseng , “An Energy-Efficient. Sleep. Scheduling. With. QoS. Consideration. in. 3GPP. LTE-Advanced Networks for Internet of Things” in Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems, IEEE Journal on. VOL. 3, NO. 1, MARCH. 2013 [6] 3GPP, TS 36.300, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN), Overall description, V11.3.0( Release 11), November 2012. [7] 3GPP, TR 36.912, Feasibility study for Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced), V11.0.0 (Release 11), October 2012. [8] 3GPP, TS 25.892, Feasibility study for Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) for UTRAN enhancement, V6.0.0, June 2004. 43.
(53) [9] 3GPP, TS 23.107, Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), Quality of Service (QoS) concept and architecture(Release 10), V10.2.0, January 2012. [10] 3GPP, TS 22.105, Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), Services and service capabilities (Release 10), V10.0.0, May 2011. [11] 3GPP TS 36.211, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA): Physical channels and modulation (Release 10), V10.4.0, January 2012. [12] ITU-T Rec. ITU-T H.264, Serials H：Audio Visual And Multimedia Systems, Infrastructure of audiovisual services - Coding of moving video, Advanced video coding for generic audiovisual services, January 2012. [13] 3GPP TS 36.300, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) Network architecture; Overall description; Stage 2, V11.3.0 (Release 11), November 2012. [14] 3GPP, TR 36.912, Feasibility study for Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced), V11.0.0 (Release 11), October 2012.. 44.
(54) 自. 傳. (一.) 生長背景 我自小生長在一個平凡的雙薪家庭，排行老么，父母對我的栽培一 職是不遺餘力，不僅僅侷限於課業上的關注，同時也鼓勵我養成一些課餘 的興趣來開發我多元的人格特質，由於父母在我人格發長上給予我很大的 自由，造就了我開朗樂觀與總是能夠對新穎的事物產生濃厚興趣的個性， 除了父母之外，哥哥在我的成長過程中也扮演著重要腳色，除了在學業上 給予我指導，在待人處世上也是我的好榜樣。 (二.) 求學過程 與多數人一樣，我在求學的過程中遇過不少挫折與困難的時刻，多 虧有家人在我背後給予支持，幸運地是，在我的求學路上所遇到的師長們， 都對我照顧有加，不僅在學業上不厭其煩地給我教誨，也不吝給予我機會 與嘗試的空間，每每當師長給予我引導時，就會更加激勵我努力朝目標邁 進。在研究所在學期間，我學會獨立思考與解決問題的能力，指導教授教 導我當我遇到問題時，首要之務就是找出問題的癥結點並進一步思考問題 的原因以及為何會遭遇這樣的問題。這些教誨造就日後我培養起凡事都實 事求是的個性，並且在解決問題之餘也能夠維持全方位思考的能力。 在課餘時，由於我本身興趣廣泛的關係，除了熱衷於運動之外，也 參與了音樂表演性質的社團，在國中時期，也曾因為自己嚴以律己的個性 45.
(55) 而被老師指名擔任副班長與體育股長和康樂股長以及衛生股長的位子，而 在擔任幹部的同時，也讓我學習到團隊合作的重要性。 (三.)自我評估 無論面對何種狀況下，樂觀進取及正面的態度是我的優點，同時“無 論發生什麼事情，全面的觀察事情的全貌，冷靜為思考之本”是我的座右 銘，這句話讓我無論在面臨任何狀況之下，都維持冷靜的頭腦，不會因為 突發狀況而亂了陣腳，在未來的日子裡我也會繼續的奉行，也期許自己能 在未來的職場上貢獻自己的所學。. 46.
(56) 學 術 成 就 1. 論文發表： (1) Jeng-Ji Huang,Chen-Ju Yang, Wei-Ken Lin, Wun-Ci Su and Chin-Ming Hong,“A Rapid Delivery Scheme for Emergency Messages in VANET Wireless Networks”,IEEE VTS APWCS 2012,August 23-24,2012 (2) Jeng-Ji Huang ; Ting-Han Kuo ; Tzu-Han Chen ; Chen-Ju Yang,“QoS control over the power saving in 3GPP LTE advanced wireless networks”, IEEE Wireless and Pervasive Computing (ISWPC), 2013, 20-22 Nov. 2013 2.參與研究計畫： (1)師範大學 102 年度校內研究計畫(102/1/1-102/12/31)整合車載網 路與行動電話網路之異質網路中緊急安全訊息傳遞延遲分析. 47.
(57)
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