摘要：首先简要介绍无线多媒体网络中的语音业务、流媒体业务、交互类业务和背景类业务4种，接着对影响无线多媒体业务QoS性能的三个主要因素（时延、抖动和丢包）进行分析，最后提出利用无线多媒体业务的可升降级QoS动态带宽分配与优化策略来保障用户的QoS、提高带宽资源的利用率。
0、引言
目前，无线网络提供的服务已从过去单一的语音业务，经过语音/数据综合业务阶段，发展到现在的语音/流媒体/数据的多媒体业务。随着用户需求的变化和服务提供商提供业务种类的增加，3G系统等多媒体网络对业务模型进行了新的划分。文献[1，2]通过不同的连接准入控制（CAC）策略和资源预留机制来完成资源的动态分配。然而，先前多媒体业务的动态资源分配，仅限于区分实时和非实时业务的特性，并未考虑到其中某些业务的变比特率特征。
本文采用3GPP定义的4种业务模型作为业务源模型，为满足各类型用户的QoS需求，同时减少不必要的资源占用，提出了一种可升降级QoS动态带宽分配与优化策略。即在带宽资源完全被占用的情况下，根据各业务类型的QoS等级，按照一定的升降级准则令某些用户接受降级服务，以保证有新的带宽资源分配给更多的用户[3]。
1、无线多媒体网络
1.1无线网络与有线网络的区别
随着无线通信技术的发展，无线网络己经具备了承载多媒体业务的能力。3G系统在准静止条件下能够达到2Mbit/s的速率，即使是在高速运动的列车上，传输速率也可以达到144kbit/s，能够支持音频或者低速率视频等多媒体业务。而无线局域网可以达到甚至超过54Mbit/s的信道传输速率，完全可以向准静止终端提供宽带的视频多媒体业务。但是，无线网络与有线网络相比，系统存在诸多特殊性，使得其QoS控制机制和有线网络的QoS控制机制存在较大差别。具体来说，网络特性的差别表现在以下几个主要方面：
1）无线网络的频谱和功率资源严格受限，所能达到的带宽远低于有线网络。因此，高效地利用无线资源、减小开销、提高系统容量，是无线多媒体网络面临的主要问题之一。
2）无线信道的特性与终端的地理位置分布相关，信道特性相差很大。通常距离基站近的终端信道条件好，距离基站远的终端信道题条件差，远近终端的业务要达到相同的QoS必须付出不同的代价。
3）在无线多媒体网络中，终端允许移动。移动带来了漫游和切换问题，这是有线网络中没有的。此外，终端移动导致信道特性变化，使得无线链路的QoS随之变化，必须采取适当的措施来维持链路性能。
4）在无线多媒体网络中，系统容量并不是常数。系统容量与业务速率、误码率、时延、抖动、丢包等QoS性能参数密切相关。为了维持系统的稳定、保证己存在业务的QoS，必须采取适当的无线资源测量方法，然后对无线资源实施相应的控制。
1.2无线多媒体业务分类
全球无线通信系统将业务分成四大类[4]，基本上是按照时延要求来划分的：
1）会话式业务：这是一类典型的实时业务，要求端到端延迟和抖动小。此类业务有电话、IP电话、视频会议等。
2）流媒体业务：这一类业务数据流单向传输，也是实时业务，但对延迟要求较宽松。此类业务有视频点播、网络实况广播等。
3）交互式业务：这类业务的特点是请求－响应模式，对延迟几乎没有要求。此类业务的典型代表是Web浏览。
4）背景业务：这类业务通常对传输延迟没有限制。典型业务如E-mail，或者后台的FTP下载等。
2、无线多媒体业务QoS性能分析
2.1时延
在无线网络中，端到端时延是由应用时延和传输时延组成的，是系统传输信息和处理信息所需的时间。应用时延是在两个传输终端上处理信息所需要的时间，它包括音频和视频的编解码时延。传输时延是通过空中接口和无线网络传输信息所需的时间，它包括信道编码/解码、交织和传播时延等。在用户数据平面，空中单向时延小于5ms；在控制平面，用户从空闲状态到连接状态的时延小于100ms。
2.2抖动
抖动是指由于各种时延的变化导致网络中数据分组到达速率的变化，也可以认为是信道时延变动的度量值。它主要由以下几个因素引起的：分组的排队时延、可变的分组大小、中间链路等。补偿抖动的常用方法是在接收端设备（手机、掌上电脑等）上进行缓冲处理，虽然这与减小时延的目标相悖，但对消除抖动带来的影响是必要的。
2.3丢包
无线网络中有两个主要的原因会导致丢包：第一，载波监听多点接入（CSMA）域中流量过大，有冲突的包就会被丢弃；第二，时延变化过大，因为包到达缓冲器过晚或过早而被丢弃。对于语音业务来讲，它具有时实性的特点，所以就没有时间重新发送丢失的包。这些丢失的包会使语音通信产生间断，进而产生静音，如果丢失发生频繁，那么通话就变得毫无意义。
3、无线多媒体业务QoS性能优化
3.1系统模型
假设我们讨论的系统为无线多媒体通信系统，基站资源管理器（RM）同时负责接入控制和带宽分配。基站按一定的周期T对接入用户的传输速率进行检测。假定系统总带宽W一定，带宽分配的基本单位为Wb，它是可以满足基本传输速率为Rb的带宽。
针对未来无线多媒体通信网络的需求，以3GPP定义为标准，本文将无线网络中的多媒体业务分为以下3种优先级：语音业务的优先级最高，设为PRIV=3；视频流媒体业务次之，设为PRIs=2；交互式业务与背景业务对时延的要求有所不同，本文将这两种业务合并为一种数据业务，优先级最低，PRId=1；我们再假设：
1）三类业务的到达服从泊松分布，平均到达率为λv，λs和λd，服务时间服从指数分布，平均服务时间依次为μv，μs和μd，不同类型业务之间的用户的到达是相互独立的。
2）对于语音业务，采用MarkovON/OFF模型。在激活期，传输速率为RVbit/s，
RV=Rb[5]；在休眠期，传输速率为0。
