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  • 业务建模七大关键应用场景

    万次阅读 2013-08-27 17:23:49
    WebSphere Business Modeler是IBM 业务流程管理解决方案重要产品之一,企业业务人员利用它对业务流程进行建模、设计、仿真、分析、优化并生成报表,还可以业务流程导出到开发工具中对流程进行进一步实现和运行监控...

        WebSphere Business Modeler是IBM 业务流程管理解决方案重要产品之一,企业业务人员利用它对业务流程进行建模、设计、仿真、分析、优化并生成报表,还可以把业务流程导出到开发工具中对流程进行进一步实现和运行监控。此外,从Modeler 6.2版本开始,Modeler还支持了对运行时引擎的直接部署。

        本文以一个典型的银行信用卡申请的处理流程为背景,以Modeler使用中七个关键的应用场景为章节,重点介绍使用Modeler过程中的一些最佳实践和使用经验的总结,能够帮助业务人员很快的了解Modeler的产品定位和主要功能,并运用到实践中。

    1. IBM业务流程管理和Modeler建模

        IBM WebSphere面向服务的业务流程管理(Business Process Management,BPM)解决方案为企业管理人员实现业务随需应变,提高生产效率的目标提供强有力的基础平台。在IBM WebSphere业务流程管理解决方案中,核心的主要产品包括WebSphere Business Modeler(Modeler)、WebSphere Integration Developer(WID)、WebSphere Process Server(WPS)和WebSphere Business Monitor(Monitor)。这几个产品分别满足业务流程的建模优化、组装实现、部署执行和指标监控四个流程管理关键的四个层次上的需求。他们之间依次输入输出,整体构成一个业务流程管理的闭合环路。通过这一个循环的反馈,企业能够根据自身业务流程特点,准确识别企业运行过程中存在的种种问题,并快速适应外界环境的变化。

        流程建模实质是业务人员用软件的形式描述企业的业务模型,包括业务活动之间的序列关系,定义流程涉及到的资源和人员,帮助业务分析人员识别流程中的瓶颈,从而为流程优化奠定良好基础。Modeler即是业务人员用来对业务流程进行建模的工具,它构建于Eclipse平台之上。业务人员通过Modeler对业务流程进行建模、仿真、优化并生成报表。Modeler可以看成是连接业务人员和IT人员的桥梁,更懂得企业的需求的业务人员设计并优化流程,然后在IT人员的帮助下将流程实现并部署在运行环境中。部署的过程有两种途径,一种是通过WID进一步实现再部署,另一种是Modeler直接部署。下图1.1即是一个各个产品相互连接构成BPM解决方案环路图。

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    图1.1 IBM WebSphere BPM产品集成示意图

        本篇文章重点介绍对运用WebSphere Business Modeler过程中的最佳实践。这些最佳实践和我们在帮助文档中的不一样,更多的是使用经验的总结,能够帮助业务人员很快地了解Modeler的产品定位和关键的功能点,并运用到实践中。本文以Modeler 6.2为介绍对象,引用一个银行信用卡申请处理流程为背景,讲解Modeler在信用卡申请的案例中的应用。

        本文主要从以下几个方面来介绍:

        1. 业务建模

        2. 仿真分析

        3. 报表功能

        4. 导入和导出

        5. 和开发工具WID的集成

        6. 流程向WPS的直接部署

        7. 和监控工具Monitor的集成

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    2. 场景一:业务建模

        流程建模的过程就是将企业流程管理涉及的元素,比如流程、数据、角色、资源、组织等通过定义和图形的形式表示出来。Modeler通过使用标准化的元素,使所创建的业务流程保持一致性并且更加易于理解。常见流程建模对象包括流程,各种任务、循环、存储库、服务以及控制节点比如决策、合并等。Modeler流程建模的过程比较简单,主要操作从画板里拖拽出自己需要的元素即可,使用流程画板提供的基本元素即可以组装出用户常见的各种业务流程。

        Modeler根据用户不同角色提供了不同的建模视角,例如初级的视角为用户屏蔽掉很多技术的细节,高级的用户能够设置更多的流程和数据模型的技术细节。

        业务人员在设计流程的之前,推荐的方式是与企业IT架构师或咨询人员一起确定下来流程中哪些任务将来可以做成服务,或者利用企业已有的服务,在Modeler中设计成可以共享的全局任务或服务。IT人员可以将这些业务流程以Web Service的形式实现以供在运行时直接调用。

        为了使业务流程的各个属性更加直观易读,用户还可通过使用颜色、标签以及泳道布局能功能。

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    图2.1 Modeler流程编辑图

        像很多常见的软件开发工具一样,Modeler对模型信息支持存储库和文件的多用户共享。通过连接CVS或ClearCase,可以进行共享、版本比较、跟踪报告、同步、更新等操作。

        除了支持常见的版本控制功能,Modeler同时提供丰富的企业内部建模相互合作的功能。Modeler发布包括一个Publishing Server版本,在用户安装好服务器端的Publishing Server以后,业务人员可以将建好的模型发布到网络中,其他的业务人员可以通过网页去浏览发布的流程,并发表评论。除此以外,Modeler也可以将流程通过RAM以Asset的形式在企业内部共享。

        Modeler流程可以模型化现实业务中形形色色的各种流程,有的时候需要利用工具的使用技巧去达到目的。比如,借助于本地存储库( Local repository)去实现外部流程和循环内流程之值传递,从而达到控制循环的流程。

        例如,在信用卡审批流程中,信用卡有一个征信的子流程要实现这样一个利用循环的场景。客服人员需要给客户打电话,当电话接通后,客服人员将客户的反馈记录下来,如果电话不通,客服人员隔四个小时再打。这可以借助于While Loop来实现。While Loop的循环条件是客户应答存储库的值不为真。父流程包括一个本地存储库,它包含了传递到循环内部的客户信息。循环里的第一个任务可以从存储库读取数据,客户应答任务的输出给存储库赋值。

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    图2.2 信用卡通知客户循环子流程 内容导航

    3. 场景二:仿真分析

        流程优化是建模的主要目的之一,仿真分析是优化的前提,同时对于理解业务流程非常重要。仿真功能是Modeler一个很重要和有特色的功能。现实的情况是用户因为业务流程的复杂性,往往对自己建好的模型不够了解。比如流程分支一共有多少种可能性,每一个分支成本的差异等。仿真分析的功能让用户能从成本、时间、分支等多个角度验证流程,评估流程的性能,对流程的模拟执行生成统计分析,从而帮助用户找到流程中的瓶颈并加以优化。

        运用仿真比较典型的场景是用户首先创建一个现实中流程的现状模型(AS-IS Model),然后通过Modeler进行分析优化,针对已有流程的缺陷提出流程改进方案,得出一个期望部署实现的模型(To-Be Model)。Modeler提供了两个模型间的的对比分析功能。

        在用户使用仿真过程中,最大的困难是仿真之前工具提供的看起来纷繁复杂的设置项。以下就把主要设置项列表如下,对于其他设置,若没有特殊需求,可以保留默认值。

    表3.1 仿真主要设置表

    常用的仿真设置项 作用描述
    任务的成本,持续时间,盈利(Task cost,Duration,Revenue) 设置任务的时间,成本等属性。这些值是仿真计算的主要依据。
    输出路径选择方式(Method of selecting an output Path) 流程遇到分支所基于的原则,包括概率和表达式的选项。基于概率的模拟能更快地设置和运行模拟。基本表达式可以更精确的表达业务规则。基于表达式的模拟中,流程根据业务项的属性和表达式设置选择分支。
    输入的设置(Token creation) 设置流程输入的数据属性。包括输入的数量,分组,也可以设置基于一个特定的时间表或某一特定的概率分布来输入。
    将资源的时间需求用作任务处理时间(Use resource time required as a task processing time) 使用资源需求时间来决定每个任务的持续时间,覆盖针对该任务本身设置的持续时间值。
    任务的输入输出业务项设置(Task Ouput Business item) 对于全局或局部任务,用户可以指定其仿真时地输出规则。例如,按照一定的概率分布输出特定的业务数据项。
    随机数种子值(Random Number Seed) 允许复制特定模拟结果的任意数字。每次运行模拟时,该数字都会发生变化。
    使用Form表单(Enable Form. Simulation) 在基于表达式的仿真过程中,人工任务可以启用Lotus Viewer来让用户填入输出。

        在进行仿真设定时,Modeler支持多种数据分布的设置作为数据输入,包括指数分布、Gamma分布、统一分布、加权和随机数列等。例如,本案例中可以采用概率论中的泊松分布来模拟信用卡中心每天收到的客户申请之间的延迟时间。

        Modeler的分析功能分析可以分为静态分析和动态分析。静态分析是对模型使用的原始数据进行归纳总结,例如比较建好模型中分析出资源的相关信息属性。而动态分析是从多次仿真运行的实例结果中进行分析,例如分析流程在多个数据项启动的多个实例中运行的平均成本的时间,流程的运行中的关键路径、最短路径等。基于仿真模拟运行结果的动态分析对各种业务流程提供了强大的分析计算功能。

        流程中使用数据驱动对用户使用仿真功能来说是比较困难的地方。所谓数据驱动,是用户在仿真过程中根据流程中数据项的属性使用表达式的驱动流程运行。仿真设置两个比较实用的技巧是对于Map任务节点的使用和Human Task节点。Map节点能够对两个不同数据类型的数据进行连接,用户可以定制连接的属性,这个节点在仿真是支持的,在实际的流程中会频繁用到。另一个是人工任务节点,在使用Form的情况下,它可以将数据项的输入展示出来,用户可以利用这个结点作为一个调试的功能来检查仿真时一些节点的输出是不是期待的结果

        在本案例的信用卡审批流程中,对于一个用户资料是否完整的决策节点,我们即可以根据概率设置80%选择资料完整的分支,也可以设置表达式完全取决于决策节点输入数据的属性来决定分支。仿真的过程根据用户的选择对这两个设置进行取舍。

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    图3.1 决策节点的概率和表达式设置

        仿真运行的结果以表格的形式显示出来,用户也可以将结果导成文本或Excel等格式。本例中的银行的信用卡审批流程,用户可以模拟用户在1000个卡申请请求发出后,所有可能的路径以及各种情况所消耗的平均处理时间和平均成本如下图3.2所示。

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    图3.2 仿真动态分析流程可能性分析结果

        在对已有流程进行分析后,用户会去试图对流程进行调整优化,比如调整节点的批卡率、应用新的自动业务规则以减少人工开支等。在相同输入的情况下,用Modeler重新仿真运行,并且和刚才的运行结果进行对比分析出平均成本和时间的变化,如下图3.3所示。

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    图3.3 改进前后动态对比分析结果 内容导航

    4. 场景三:报表

        报表是用户常见的一个需求,业务人员期望通过报表把流程和业务模型信息从不同的角度展示出来进行查看、分享和打印。Modeler为用户提供了丰富的多种预定义形式的报表模版,用户可以使用这些模版来生成基于某一个流程模型的报告,用户也可以设计自己的报表模版。

        报表功能使用的基本过程是用户首先定义一个报表的模版,报表模版的设计是通过报表模版设计器来完成,用户选择报表所需的数据源(Data Source)中的数据项(Data Field)并拖拽到模版中,再去绑定一个特定的项目对象来生成报表。用户最终可将报表导出pdf、docx等多种格式,也可以直接预览打印。此外,Modeler还集成了水晶报表(Crystal Reports)的功能,用户把Modeler提供的数据项导出成水晶报表所支持的数据对象,利用水晶报表强大的编辑能力完成模版定义,再在Modeler中与流程项目数据绑定,生成报表。

        Modeler中生成报表的位置可以在项目树上创建,也可以在流程图中,查询结果视图和仿真分析结果中生成。为了帮助您快速的设计美观,专业报表模版,下面是使用报表功能时常见的一些注意事项和技巧以供参考。

        (1)在开始编辑报表模版前,最好能提前好规划报表所需数据项的细节。可以先查找一下有没有合适的预定义报表模版可以借鉴。在创建报表的时候,把预定义的模版内容拷贝出来进行修改,可以起到事半功倍的效果。

        (2)许多企业都有统一的报表基本“框架”信息。例如,所有类型的报告中都需要包含一个一致的首页内容。用户通过构建包含这些共同元素的通用报告模版,在想要创建更具体的报表时,复制这个模版。如果用户期望多个报告模版中的所有页面使用相同的页眉和页脚信息,例如公司名称或页码信息等,那么可以创建一个包含这些信息的主报告样式(Style. Master),然后将这个主报告样式应用到相应的报告模版上。主报告样式其实可以被看作是一个报表模版的模版。

        (3)用过报表功能的用户,可能对于Data field复杂性有所了解,用户往往期望跨多个数据源的进行报表生成。用户可以利用报表导出成Word.docx格式的方法。用户可以先创建不同的报表利用不同的数据源,再将报表导出成.docx到Word中.然后就可以将报表内容进行合并了得到同一个报表.

        (4)报表编辑器中的组元素是在报表模版的编辑中是有个很有用的功能,它能够用来帮助用户对报表数据进行划定范围、组织和排序。

        例如,在本信用卡的流程中,为用户定制通用的报表模版,具有统一的包含页码和日期信息的页眉显示。用户想在一页的报表中显示出流程中用到的所有人工任务的信息,如下图4.1所示,在报表编辑器中将数据项的信息拖拽到报表中。同时将组(模版编辑器中红色框图显示)放到相应的数据项字段。对报表模版绑定流程对象并创建报告,发即可生成如下期望的报表页面。

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    图4.1 报表编辑器和生成报表截图 内容导航

    5. 场景四:导入和导出

        WebSphere Business Modeler作为BPM的建模工具,不仅强调业务人员之间的协作,重用现有的和已存在的业务流程模型,节省企业在流程创建和整合的成本,准确把握业务需求和明确业务目标。同时也强调业务人员和IT人员之间的协作,让IT人员在实施过程中也能够直接利用其工作成果,进一步提高开发工作效率,降低实现和维护成本。为此,Modeler提供了丰富的导入导出方式供用户使用。

        Modeler支持多种文件格式的导入,业务人员既可以很方便地导入以各种形式存储的流程和数据模型,实现业务模型的重用和共享,也可以将企业流程的具体实现中的一些元素直接引入到自己的流程模型中。下图展示了Modeler支持的各种导入方式依据其在建模过程中的作用的分类。基本可以分为业务模型重用或共享、以及业务模型完善两类。

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    图5.1 Modeler的各种导入方式

        其中,业务模型的重用或共享包括了数据模型和流程模型的重用和共享。通常业务人员需要利用现有流程来把握业务需求和目标。而在将流程管理应用到实际流程中之前,业务人员需要依据IT人员提供的实现技术细节和属性来进一步完善业务流程模型。因此业务人员可以通过Modeler提供的导入方式来引入现有的业务模型和相关的实现技术细节。

        除了在业务人员之间,包括业务分析人员、业务主管之间,实现业务模型共享。业务人员还可以在Modeler中,利用相关的技术特性和细节,对业务流程模型进行细化,并利用导出功能将业务流程模型转换为技术设计模型给IT人员。类似地,我们可以将Modeler各种导出方式,依据其功能进行分类:

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    图5.2 Modeler的各种导出方式

        同样地,业务人员可以通过导出Modeler业务模型来与其他业务人员共享,也可以通过导出将完善的业务流程模型转换为IT设计模型,提供给相关IT人员。而IT人员将在此基础上实现业务流程。

        结合上述的信用卡申请流程实例,让我们来看看Modeler的导入导出功能如何在BPM生命周期中帮助业务人员和IT人员进行协作。首先,在业务主管和分析人员明确和定义相关业务需求和目标时,我们需要导入已有的业务流程模型。信用卡部门之前一直将相关的数据格式和业务角色都记录在Microsoft Excel中。Modeler支持直接导入Excel中的模型元素,而无需在Modeler中重建对应的对象。下图展示了存储在Excel中的数据模型。

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    图5.3 存储在Excel中的数据模型

        导入完成后,相应地会为各数据格式和业务角色生成对应的Modeler数据项和角色。接下来,当业务分析人员开始定义和创建信用卡处理流程过程中,可以直接使用这些模型元素并把他们作为流程建模的一部分。

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    图5.4 从Excel导入到Modeler中的数据

        业务人员可以利用Lotus Form的Designer来设计人工任务(Human Task)的交互表单和操作界面。完成表单设计后,业务人员通过Modeler的Lotus Form导入功能将生成的表单描述(xfdl)文件通过Modeler Lotus Form导入功能转换为Modeler中的Form对象,添加到人工任务的属性中,供系统在制定人工任务的交互界面时使用。例如在本案中,图5.5是一个为客户网上提交信用卡申请所设计的表单界面。

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    图5.5 Lotus Form. Designer设计完成的表单 内容导航

    6. 场景五:与实现工具WebSphere Integration Developer的集成

        如前所述,业务人员可以将其设计好的业务模型,通过Modeler的WID导出为技术设计模型(WPS Module project),再由IT人员导入到WID的工作空间中进行完善和实现。在将BPM方案实现之前,IT人员和业务人员之间会针对业务模型的变化或者技术实现的变化进行协作,保持两者之间变更的同步。Modeler为用户提供了两种同步方式:通过WID导出功能以及比较合并功能来保持同步;或者通过Rational Asset Manager来管理两者的同步。这里将主要分析常用的通过Modeler WID导出功能来保持同步。

        需要指出的是,Modeler的WID导出支持多种不同格式,以适应不同的需要。Modeler的推荐格式是将模型导出为业务逻辑模块,实现模块以及应用库三个项目。这其中,业务逻辑模块项目中包含了除具体实现之外的业务逻辑和业务规则;而实现模块项目中包含了针对业务模型中抽象模块的具体的实现;至于应用库项目则是存放所有共用的接口描述文件和数据模型。通过这样的导出结构可以很好地将业务逻辑的变更与具体实现分离,从而将任何变更带来的影响降低到最小。

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    图6.1 Modeler WID导出向导

        这里我们先将前面完成的信用卡挂失流程导出到WID的工作空间。假定业务人员发现需要对部分流程做出修改,并希望能够以某种方式通知IT人员,而IT人员能够以较小的代价,将这些变化尽快体现在他的技术设计模型中。

        通常在将BPM技术应用到流程中的阶段,业务流程模型和技术设计模型的完善需要业务分析人员和IT架构人员多次反复进行协作。为了更有效地完成这一迭代过程,WID提供了同步功能。在业务流程模型导出为技术设计模型,并加入到WID的工作空间后,如果业务人员在对Modeler模型做了一些修改,并重新导出。IT人员获得再次导出的更新后的模型时,可以有选择性的接受并自动更新流程的修改。反之,IT人员也可以在WID中对技术设计模型进行修改之后,将修改后的模型与前期导入的模型进行比较,生成一个变更报告返回给业务人员。业务人员在Modeler一端可以导入这个报告,帮助它在Modeler对流程进行同步修改。这样,业务人员和IT人员可以通过这样的协作方式,对业务或实现上的变更进行同步。

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    7. 场景六:向运行服务器WebSphere Process Server的直接部署

        在上述BPM生命周期中,最大的挑战在于如何有效地保持业务流程模型和技术设计模型之间的同步。虽然Modeler和WID提供了多种机制来帮助用户进行此类同步,由于技术上的局限,目前业务分析人员无法直接将技术设计模型中的变化导入。因此随着变更的产生,业务分析人员与IT架构人员之间的协作将变得越来越困难。这也使得整个BPM生命周期过于复杂和冗长。

        为此,从Modeler6.2开始,业务分析人员在完成业务流程模型后,只需要IT人员有限的协作,就可以将业务流程直接向WPS服务器部署,以验证业务流程模型的正确性。通过引入直接部署,使得业务人员和IT人员的分工更加明晰:业务分析人员能够更专注于创建业务流程模型本身,IT人员则致力于为流程测试和运行提供必要的环境和技术支持。这一方面极大地减少了由于保持业务人员和IT人员的同步所带来的成本。另一方面,也改变了BPM生命周期中,业务人员和IT人员的协作方式,大大缩短了企业业务流程从设计,分析到上线部署的时间。完成流程直接部署主要分为以下两个步骤:

        (1)流程和环境准备。用户用Modeler创建流程并定义相关的KPI度量值,利用Modeler的验证功能来确保流程符合直接部署的条件。IT人员创建运行时环境,包括WPS,Monitor,Business Space,WSRR等多个服务器端产品。IT人员安装好环境以后将配置XML文件导入业务人员使用的Modeler去指定直接部署中的运行时服务器。IT人员还可以对流程中一些自动化任务通过Web service实现以在运行时被调用。

        (2)直接部署运行。业务人员在Modeler中对流程进行直接部署操作。流程会直接部署到配置文件中指定的各个服务器上去。业务人员通过登录业务空间浏览器(Business Space)去触发流程的运行。业务人员同时能够对流程进行调试和测试运行,监控流程的运行状况,查看运行时这些业务度量的值。当流程运行遇到问题的时候,业务人员可以很方便的通过点击按钮将相关的流程状态信息和日志打包发送给IT人员协助解决。

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    图7.1 直接部署的基本流程 内容导航

    8. 场景七:与监控工具WebSphere Business Monitor的集成

        业务流程在WPS上布署运行之后,业务人员为了实现业务流程管理,可以利用WebSphere Business Monitor从流程运行中获取流程运行状况信息,观测所提供丰富的监控内容。业务流程管理极为重要的一步是关键业务指标(Key Performance Indicator,KPI)和业务度量(Metric)的定义。在WebSphere Business Modeler中业务人员可以对这两类业务度量信息分别进行定义,生成业务流程的监控模型(Monitor Model)。

        KPI是对于当前企业运营流程的度量,它通常是从高层描述了企业运营的某一个方面,如信用卡申请中的业务增长率和不良信用者申卡率等。KPI通常可以使用数值来度量,并且业务人员会为其设定变动的上限和下限范围。业务度量值则是对于KPI的细化,它代表了一个可独立计算的数据项,但是可能在业务上并没有明确的含义,如信用卡申请流程的启动时间和结束时间。通常而言,每一个业务度量都代表了一次业务流程执行实例的特定指标,而关键业务指标则是对于这些指标的统计度量。

        在Modeler所定义的监控模型中,主要包括KPI,流程实例度量值以及聚合度量值。另外,还包括了业务度量对输入事件的依赖、保证业务操作的条件,以及报告此类条件并且可能触发业务操作的输出事件,以及维度等信息。维度是在定义监控模型时很重要的一个概念,它是为了分析数据的方便,业务人员可以定义选择和展示业务度量值的数据类别,如时间、帐户、产品和市场。

        Modeler可以将监控模型的从Modeler传递到监控工具集中的监控模型编辑器( Monitor Model Editor,MME )中进行进一步的完善。同时,业务人员还可以在Modeler中指定需要从运行时收集导回到流程模型的数据项,例如特定过程的任务持续时间和某一分支的决策概率等。在过程模型在部署执行一段时间后,就可以从Monitor中将这些值导出为XML文件,然后重新导入Modeler以进一步更新流程,从而能进行更准确的模拟。

        Modeler定义的KPI和度量值从Modeler 6.2开始也可以直接部署到Monitor 服务器上。业务人员在直接部署以后,登录业务空间以后可以直接查看运行时这些业务度量的值并在过程运行时配置各个仪表板视图。推荐用户在定义度量值时使用预定义的一些模版定义,使用这些模版通常不需要在MME中进行修改。另外,Modeler还为用户提供了一些常见的工业界的监控模型,主要是KPI的定义库,用户可以直接参考使用。图8.1即为Modeler提供的工业KPI库截图。

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    图8.1 工业KPI库

        在业务人员定义监控模型之前,推荐的思考过程是回答如下几个问题,需要收集什么样的信息,用怎样的信息或变量去定义。类似于以下的一个表格,通过这个表格,业务人员能够决定它需要从流程中定义怎样的监控模型。在本案的信用卡申批流程中,我们可以用如下表格去设计监控模型的定义。

    表8.1 监控模型的定义需要考虑的问题列表

    回答的问题 需要的信息 Modeler中如何定义监控模型
    某一个信用卡的申请是否被批复? 信用卡申请的批复结果 Instance Metric
    申请卡的用户来自哪个城市? 信用卡申请的城市属性 Instance Metric
     一个月有多少用户提交了申请? 申请卡的总数 Aggregated Metric
    其中有多少批卡申请被批准? 批卡的总数 Aggregated Metric
    批卡的比率是多少? 批卡比率 KPI
    信用卡从申请到批准要用多长时间? 批卡平均处理时间 KPI
    业务客户资料不全的情况比率 拒绝卡的比率 Monitor Value
    信用卡一共要消耗多少资源? 申请平均处理成本 Monitor Value

    9. 小结

        本文的主要目的是帮助业务人员很快地了解Modeler的产品定位和主要功能,并运用到实践中。通过本文对WebSphere Business Modeler七个关键应用场景的介绍,读者应该对Modeler的为业务人员所提供的主要功能有了较深入的认识。通过文中引用典型的银行信用卡申请处理流程中在各个功能中的应用,希望读者能够更容易理解本文中提到的一些使用技巧和实践经验。

    10. 参考资源

        · IBM WebSphere Business Modeler产品网站,

        http://www-01.ibm.com/software/integration/wbimodeler/

        网站包括Modeler Basic, Advanced和Publishing Server版本的详细功能介绍和技术支持信息。

        ·IBM WebSphere Integration Developer产品网站,

        http://www-01.ibm.com/software/integration/wid/

        网站包括WID版本的详细功能介绍和技术支持信息。

        ·特别感谢Jimmy的帮助,文中的很多内容和图片都来自Jimmy的贡献。


    http://tech.sina.com.cn/s/2009-08-25/10501042665.shtml

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  • UMTS移动流媒体业务及其关键技术 作者:吴伟 类型:转载 来源:泰尔网 摘要 本文首先介绍了移动流媒体业务的概念、实现移动流媒体业务的系统结构以及流媒体的编解码类型,随后重点描述了实现移动流媒体业务的相关...

    UMTS移动流媒体业务及其关键技术

    作者:吴伟   类型:转载   来源:泰尔网

    style="PADDING-RIGHT: 0px; PADDING-LEFT: 0px; PADDING-BOTTOM: 0px; MARGIN: 0px; WIDTH: 400px; PADDING-TOP: 0px; HEIGHT: 25px" src="teachInfo.aspx?id=4535" frameborder="0" scrolling="no">
      摘要 本文首先介绍了移动流媒体业务的概念、实现移动流媒体业务的系统结构以及流媒体的编解码类型,随后重点描述了实现移动流媒体业务的相关协议,最后介绍了相关标准的进展情况。

    关键词 移动流媒体 Streaming 3GPP RTSP SDP RTP


    1、引言

      流媒体业务是从Internet上发展起来的一种多媒体应用,指使用流(Streaming)方式在网络上传输的多媒体文件,包括音频、视频和动画等。

      移动流媒体业务就是流媒体技术在移动网络和终端上的应用,主要是利用目前2.5G或3G的移动通信网,为手机终端提供音频、视频的流媒体服务。移动流媒体业务的内容包括新闻资讯、影视、MTV、体育、教育、行业和专项应用等多种形式。移动流媒体业务根据数据内容的播放方式可以分为以下三种业务类型:

      (1)流媒体点播(VOD):内容提供商将预先录制好的多媒体内容编码压缩成相应格式,存放在内容服务器上并把内容的描述信息以及链接放置在流媒体的门户网站上。最终用户就可以通过访问门户网站,发现感兴趣的内容,有选择地进行播放。

      (2)流媒体直播:流媒体编码服务器将实时信号编码压缩成相应的格式,并经由流媒体服务器分发到用户的终端播放器。根据实时内容信号源的不同,又可以分为电视直播、远程监控等。

      (3)下载播放:用户将流媒体内容下载并存储到本地终端中,然后可以选择在任意时间进行播放。对于下载播放,主要的限制指标是终端的处理能力和终端的存储能力,内容提供商可以制作出较高质量的视音频内容(高带宽、高帧速率),但需要考虑内容的下载时间及终端的存储空间。

      流媒体传输技术的主要特点是以流(Streaming)的形式进行多媒体数据的传输。把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放到网络服务器上,客户端在播放前并不需要下载整个媒体文件,而是在将缓存区中已经收到的信息进行播放的同时,多媒体文件的剩余部分将持续不断地从服务器下载到客户端,即“边下载,边播放”。

      移动流媒体技术是网络音视频技术和移动通讯技术发展到一定阶段的产物,它是融合很多网络技术之后所产生的技术,它会涉及到流媒体数据的采集、压缩、存储、无线网络通信以及移动终端等多项技术。

      由于流媒体的技术特点,决定了其在移动网络中的广阔应用前景。首先,流媒体技术有效降低对传输带宽和抖动的要求,使得在无线传输环境实现实时媒体播放业务成为可能。移动终端体积小、低能耗的要求决定了有限的存储空间,而媒体文件不需要在终端中保存,避免了对存储空间的要求。其次,有效的版权保护,能够确保移动流媒体应用的商用模式。

      随着第三代移动通信技术的逐步成熟,将移动流媒体技术引入移动增值业务,已经成为目前全球范围内移动业务研究的热点之一。目前,3GPP,3GPP2等标准化组织早已经开展了移动流媒体的应用研究工作,并已经制定了相应的标准。

    2、移动流媒体业务的系统结构

      如图1所示,一个端到端的移动流媒体系统包括流媒体客户端(终端)、移动通信网接入网、移动通信网核心网、IP网络、流媒体内容服务器、流媒体内容缓冲服务器、用户终端档案服务器、门户网站、业务管理、DRM服务器、门户服务器等。其中,流媒体内容服务器(包括媒体制作和内容管理)和内容缓冲服务器构成了移动流媒体服务器的核心内容,而用户终端档案服务器、业务管理服务器(或综合业务管理平台)、DRM服务器、门户服务器等作为公共的业务功能实体,构成了流媒体服务器的外围功能实体。移动流媒体业务可以采用IP或其他方式承载。下层承载网络支持GPRS,CDMA分组网络以及未来的3G分组域网络。


    图1 移动流媒体逻辑结构图


      (1)流媒体内容服务器(Content Server)为移动流媒体业务平台的服务器,是提供移动流媒体业务的核心设备,主要负责移动流媒体内容的保存、编辑、格式转换等,功能还应包含SP/CP和用户的管理等方面。

      (2)内容缓冲服务器(Cache Server),用于在运营商间接提供内容,而需要在用户访问的时候向Content Server获取内容并进行缓存。在用户访问并播放远端的流媒体内容时,Cache Server使得媒体内容更靠近用户,可以平滑IP网络造成的时延抖动。

      (3)直播内容采集服务器对电视信号或实时监控信号进行编码,将需要传送的内容自动制作编码成符合用户使用要求的流媒体数据流,并转发给流媒体终端。可与内容服务器合设,也可单独设置。

      (4)用户终端档案服务器(User Agent Profile),也可以称为用户设备能力数据库,主要用于终端的流媒体业务支持能力协商。

      (5)数字版权管理服务器(DRM)负责流媒体内容的数字版权管理,可以是移动流媒体业务专用的DRM服务器,也可以作为公共的DRM服务器为其他业务提供数字版权管理的功能。

      (6)业务管理服务器负责SP/CP的管理,包括鉴权和认证等。

      (7)门户服务器实现用户浏览移动流媒体内容的入口和导航功能,可进行用户个性化设置、QoS设置等,并可实现业务推荐和排行、流媒体业务预览和查询界面等功能,可为不同类型的终端提供不同的业务界面和业务集合。

    3、移动流媒体的编解码类型

      移动流媒体系统所支持的媒体内容编解码格式与业务类型无关,即无论是点播、直播,还是下载播放,这些格式都是适用的。

      依据3GPP的PSS规范,UMTS系统的移动分组流媒体支持的编码类型包含视频、音频、静态图像、位图、向量图、普通文本和定时文本等,其中音频和视频的编解码类型可以有多种组合。

      视频的媒体编解码类型主要有三种,即H.263,MPEG-4和H.264。具体包括:H.263 profile 0 Level 45;H.263 profile 3 Level 45;MPEG-4 Visual Simple Profile level Ob;H.264(AVC)Baseline Profile Level 1b,且constraint_setl_flag=1,不要求输出的时间顺序。

      音频媒体编解码方面,包含4种:Enhanced aac Plus;Extended AMR-WB;MPEG-4 AAC Low Complexity (AAC-LC);MPEG4AACLongTermPrediction(AAC-LTP)。

      其中,MPEG-4音频解码器支持的最高采样率为48kHz。所支持的通道配置为mono(1/0)和stereo(2/0)。对于AAC-LC或AAC-LTP流,应在SDP“a=fmtp”行中包含MIME参数“profile-level-id”和“object”。其值如表1所示。

    表1 profile-level-id和object值

    Object Type

    Profile-level-id

    Object

    AAC-LC

    15

    2

    AAC-LTP

    15

    4



    4、实现移动流媒体业务的相关协议

      图2给出了实现移动流媒体业务的协议栈描述。其中,视频、音频等流媒体数据主要通过RTP/UDP承载,而一些静态的图像、文本则可以使用HTTP进行承载。对于能力交换(Capbility Exchange)和表示描述(Presentation Description)可以使用HTTP或者RTSP进行封装,这取决于不同的实现方式。RTSP和SDP用于会话建立和控制,MIME描述媒体类型,RTP是流媒体负载的传输协议。


    图2 协议栈描述


      (1)会话建立

      会话建立是指移动流媒体客户端获得初始会话描述的方法。初始会话描述可能是一个表示描述、或者一个场景描述、或者仅仅是一个指向该内容的URL。移动流媒体客户端应当支持按以下格式定义的初始会话描述:SMIL,SDP或者简单的RTSP URL。

      除了“rtsp://”以外,移动流媒体客户端还应该支持以“file://”(用于本地存储的文件)和“http://”(用于通过HTTP协议分发的表示描述或场景描述)开头的指向有效初始会话描述的URL,移动流媒体客户端应支持至少其中一种。三种输入:file://temp/morning_news.smil,http://mediaportal/morning_news.sdp,以及rtsp://mediaportal/morning news.3gp或rtsp://mediaportal/morning_news.3g2。

      (2)实时流媒体协议(RTSP)

      RTSP(Real-time Streaming Protocol)是由RealNetworks和Netscape共同提出的一种协议,它定义了如何使一对多应用程序有效地通过IP网络传送多媒体数据。

      连续的媒体是只有内在时间线的媒体。不连续的媒体则不包含自己的时间元素。话音、音频和视频属于连续的媒体,而静态图像和文本则是不连续的媒体。对于不连续的媒体的传输,例如矢量图、同步文本和合成音频,可以采用HTTP/TCP/IP协议。在这种情况下,由于HTTP已经具备这些功能,因此不需要一个独立的会话建立和控制协议。而对于使用RTP/UDP/IP的连续媒体流则需要一个会话控制协议来建立并控制独立的媒体流。流媒体业务使用RTSP协议来进行会话的建立和控制。

      RTSP在体系结构上位于RTP,RTCP之上,它使用TCP或RTP完成数据传输。与HTTP相比,RTP传送的是多媒体数据,而HTTP传送HTML。在使用RTSP时,客户机和服务器均可发出请求,也就是说RTSP可双向服务,而HTTP的请求是由客户机发出,服务器进行响应。RTSP的主要命令包括DESCRIBE,PLAY,PAUSE,SET-PARAMETER,TEARDOWN,OPTIONS,SETUP。

      3GPP的PSS规范中对于RTSP协议在移动分组流媒体中的应用定义了一些扩展字段,主要包括:Range头字段,并在PLAY的响应中包含这个字段;Bandwidth头字段;3GPP-link-Char头字段:用于移动流媒体客户端向移动流媒体服务器报告无线链路特性;3GPP-Adaptation头字段:用于移动流媒体客户端设置速率自适应参数;QoE头字段:用于移动流媒体客户端和服务器协商移动流媒体客户端应发送哪些QoS Metrics,以什么样的频率发送以及如何取消发送这些Metrics;Video Buffering头字段:用于Buffer的管理。

      (3)会话描述协议(SDP)

      RTSP需要一个表示描述(Presentation Description),以便说明一个流媒体会话的基本属性,包括媒体类型和格式、所需要的传输带宽、播放的时间范围、所需Buffer信息等。作为在移动网络中的应用的一种带宽和时延敏感的业务,这些信息对于保证移动终端用户的业务感受是非常重要的。

      SDP协议最初用于描述SIP会话中支持的媒体类型,只是一种用于会话描述的格式(协议),它并不是一个传输协议,也不包含在媒体的编解码之中,而是用于在不同传输协议间的传递消息的通知协议,其主要目的是解决多媒体会话通知、邀请和会话的初始化工作。

      3GPP的PSS规范中使用SDP协议实现RTSP的表示描述,并对SDP进行了必要的扩展,以便满足流媒体业务在移动网络中QoS需求。

      SDP消息中包含两层,即会话层和媒体层。一个会话描述中可能包含一个或多个媒体层的信息。SDP消息的基本内容包括:会话信息(会话名和目的、会话时间、会话使用的带宽、会话的用户信息)和媒体信息(媒体类型,例如视频或音频;传输协议,例如RTP/UDP/IP;媒体格式,例如H.263视频或者MPEG视频;多播地址和媒体传输端口;IP单播会话的联系地址和媒体传输端口等)。

      (4)数据传输协议RTP与RTCP

      为了传输会话控制信息和媒体信息,移动流媒体客户端和服务器应支持基于IP的网络接口。控制信息和媒体信息基于TCP/IP和UDP/IP传输。

      移动流媒体的业务定义是按照实时或点播方式通过移动网络向手机终端进行音视频广播,面向连接的TCP需要较多的开销,所以不适合移动流媒体的应用;移动流媒体传输一般采用实时传输协议RTP/UDP来传输实时多媒体数据,以获得较小的时延和减少数据开销。

      RTP(Realtime Transport Protocol)是实时数据传输协议,RTCP(Realtime Transport Control Protocol)是RTP的控制协议。

      RTP是针对Internet上多媒体数据流的一个传输协议,由IETF作为RFC1889发布。RTP被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作,其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP的典型应用建立在UDP上,但也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作。RTP本身只保证实时数据的传输,并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制,也不提供流量控制或拥塞控制,它依靠RTCP提供这些服务。

      RTCP负责管理传输质量在当前应用进程之间交换控制信息。在RTP会话期间,各参与者周期性地传送RTCP包,包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料,因此,服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率,甚至改变有效载荷类型。

      RTP和RTCP配合使用,能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化,适合传送网上的实时数据。RTCP的一个关键作用就是能让接收方同步多个RTP流,例如当音频与视频一起传输的时候,由于编码的不同,RTP使用两个流分别进行传输,这样两个流的时间戳以不同的速率运行,接收方必须同步两个流,以保证声音与影像的一致。

      RTP只是保证同一媒体流的时间戳功能,但是对于同时需要不同媒体流(音频+视频)的业务时,RTCP把时间戳和实时时钟联系起来,保证了媒体的同步,同时RTCP保证参与会话的成员反馈通信信息,从而保证通信的质量。

      RTCP包的主要类型包括:SR:发送报告,发送者的发送和接收信息的统计;RR:接收报告,非发送者的接收信息的统计;SDES:信息源的描述;BYE:会话参与者会话结束标志;APP:某种应用功能;几个单独的RTCP包可以组合成混合RTCP包进行传输。

      3GPP对用于移动流媒体传输的RTP/RTCP也进行了一些扩展,以支持传输的完整性、RTP重传、拥塞控制和速率自适应等功能。

      (5)能力交换协议

      在移动流媒体业务中,终端能力协商是一个重要的功能,它使得流媒体服务器可以提供广泛的内容给多种类型的客户端设备。其另一个重要功能是在不同版本的移动流媒体间提供平滑转换。因此,移动流媒体客户端和服务器应支持能力交换。

      用户终端档案服务器(User Agent Profile)用于存储用户参数和设备功能信息。这些信息可用于控制如何向移动用户提供流媒体内容。

    5、结束语

      在移动流媒体技术的标准化方面,移动分组流媒体主要在3GPP进行规范,3GPP2对用于cdma2000系统的移动流媒体文件格式有所规定。

      3GPP R6版本的PSS规范项目已经基本完成,在技术内容上与R5兼容。在协议、能力交换、网络适配、DRM等方面有所增强。在编解码方面,3GPP也根据相关组织规范的最新版本进行了更新,与之保持一致,并且在R6引入了视频H.264(AVC)、音频Extended AMR-WB和音频EnhancedaacPlus。
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  • (3)5G无线承载控制 5G Qos参数分为A-Type和B-Type两种 5G Qos管理最小粒度为Qos flow 7.6 5G测量与移动性管理 NR测量 LTE网络中,按照扇区进行覆盖。 在NR/5G中,广播信号可以在波束中传播,SSB可以使用4、8、64...

    目录

     

    1. 理论知识

    1.1 基站、核心网

    1.2 5G三大场景:eMBB、uRLLC、mMTC

    1.3 速率

    1.4 时延

    2. 5G关键技术

    2.1 5G信道编码LDPC码和Polar码

    2.2 5G调制

    2.3 5G-Massive MIMO:多输入多输出

    2.4 5G-多址方式

    2.5 5G-灵活双工技术

    2.6 UDN技术

    2.7 全频谱接入技术

    2.8 终端直通技术

    2.9 网络技术

    3. 5G帧结构

    4. 5G频谱划分

    5. 5G NR时频资源

    6. 5G系统物理信道与信号

    7. 5G网络架构

    7.1 独立子网概念

    7.2 5G网络逻辑架构

    7.3 网元与接口

    7.4 5G协议栈架构

    7.5 5G网络状态与转换

    7.6 5G测量与移动性管理

    8. 5G无线网络优化覆盖

    8.1 覆盖优化

    8.2 天线基础及参数

    8.3 5G覆盖优化流程

    8.4 5G覆盖问题及优化方案

    9. 5G业务测试方法与验证

    9.1 概述

    9.2 测试验证的基本要求

    9.3 报表输出方法

    9.4 天线系统及参数调整


    1. 理论知识

    1.1 基站、核心网

    5G核心网:5GC,5G基站:gNB

    4G核心网:EPC,4G基站:eNB

    如果把5G的基站接入到4G的核心网中,则构成核心网:EPC,基站:en-gNB

    如果把4G的基站接入到5G的核心网中,则构成核心网:5GC,基站:ng-eNB

    上行速率:是指移动终端给基站发送信息时的数据传输速率,比如手机、笔记本等无线终端给基站传输数据速率;

    下行速率:是指基站向移动终端发送信息时的传输速率,比如手机或笔记本等无线终端从基站或者网络下载数据的速率。

    1.2 5G三大场景:eMBB、uRLLC、mMTC

    1. 超可靠低延迟通信(缩写URLLC),是3GPP定义的一种5G特性标准。该特性将被用于对时延和可靠性具有极高指标要求的工业、物联网应用场景。例如自动驾驶、智能电网、VR、工厂自动化等领域。5G技术中的 URLLC 特性还未实现商用。
    2. eMBB,增强移动宽带  ,是指在现有移动宽带业务场景的基础上,对于用户体验等性能的进一步提升。在3GPP RAN187次会议的5G短码方案讨论中,中国华为公司主推的Polar Code(极化码)方案,成为5G控制信道eMBB场景编码最终方案。
    3. mMTC,海量机器类通信(大规模物联网),主要用于人和物之间的信息交互。
    4. 5G八大关键能力:
    • 流量密度、连接数密度、时延、移动性、能效、用户体验速率、频谱效率、峰值效率

    1.3 速率

                                                                              C=B\ast log_{2}(1+\frac{S}{N})

    • C:信道容量    
    • B:带宽
    • \frac{S}{N}:信噪比
    • C是数据速率的极限值,单位bit/s;B为信道带宽,单位Hz;S是信号功率(瓦),N是噪声功率(瓦)。
    • 当讨论信噪比时,常以分贝(dB)为单位。公式如下:SNR(信噪比,单位为dB)=10 lg(S/N)。

    1.4 时延

    1. 网站/应用的所在机房的网络质量;

    2. 本地宽带的网络质量;

    3. 从本地访问至网站所经过的节点数量;

    2. 5G关键技术

    2.1 5G信道编码LDPC码和Polar码

    • 空间调制:SM
    • 频率正交幅度调制:FQAM
    • 5G信道编码LDPC码和Polar码

    • LDPC码:应用于大数据方面,相比于turbo码更优。一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码。几乎适用于所有的信道。
    • Polar码:控制消息与广播信道。
    • 新型编码技术:LDPC编码和polar码,纠错性能高;

    2.2 5G调制

     

    •  上行调制 :π/2-BPSK, QPSK(正交相移键控),16QAM, 64QAM,256QAM(正交振幅调制)

        载波的相位变化,幅度不变化:π/2-BPSK, QPSK。这就是前面说的PSK(Phase-Shift keying相移键控)。

        载波的相位和幅度都变化:16QAM, 64QAM,256QAM。这一类专业名词叫做QAM(Quadrature Amplitude Modulation,正交振幅调制),调制方式通常有二进制QAM(4QAM)、四进制QAM(l6QAM)、八进制QAM(64QAM)对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图,分别有4、16、64个矢量端点。

    • 下行调制:QPSK(正交相移键控),16QAM, 64QAM,256QAM(正交振幅调制),1024QAM。

       高阶调制技术:1024QAM调制,提升频谱效率。

       新型调制技术:滤波器组正交频分复用,支持灵活的参数配置,根据需要配置不同的载波间隔,适应不同传输场景;

    2.3 5G-Massive MIMO:多输入多输出

     Massive MIMO:大规模天线,被公认的5G关键技术之一。

    大规模MIMO技术:基站使用几十上百根天线,波束窄,指向性传输,高增益,抗干扰,提高频谱效率;

      多进多出(MIMO)是为极大地提高信道容量,在发送端和接收端都使用多根天线,在收发之间构成多个信道的天线系统。MIMO系统的一个明显特点就是具有极高的频谱利用效率,在对现有频谱资源充分利用的基础上通过利用空间资源来获取可靠性与有效性两方面增益,其代价是增加了发送端与接收端的处理复杂度。

    优势:

    • 系统容量和能量效率大幅度提升。
    • 上行和下行发射能量将减少。
    • 用户间信道正交,干扰和噪声将会被消除。
    • 信道统计特性将会趋于稳定。

    挑战:

    • 信道状态信息获取
    • 信道测量与建模
    • 发射机与接收机设计
    • 天线单元及阵列设计

    2.4 5G-多址方式

         非正交多址技术:NOMA、MUSA、PDMA、SCMA等非正交多址技术,进一步提升系统容量。支持上行非调度传输,减少空口时延,适应低时延要求;

         在无线接入网覆盖范围内,建立多个用户无线信道连接时所使用的方法,就是多址技术。

         目前的多址接入技术主要包括:PNMA(功率域非正交多址接入)、华为的SCMA(稀疏码本多址接入技术)、高通的RSMA(资源扩展多址接入)、中兴的MUSA(多用户共享接入技术)等。

    • 基于多位调制和稀疏码扩频的稀疏码分多址(SCMA)技术;(华为)
    • 基于复数多元码及增强叠加编码的多用户共享接入(MUSA)技术;(中兴)
    • 基于非正交特征图样的图样分隔多址(PDMA)技术;(大唐)
    • 基于功率叠加的非正交多址(NOMA)技术;(日本NTT)
    • FDMA(频分多址)、TDMA(时分多址)、CDMA(码分多址)、OFDMA(正交多址)
    • 优势:
    1. 可以避免用户干扰。
    2. 系统容易实现。

    (1)新型多址

    •   非正交多址(NOMA)

            优势:NOMA技术接收端和发送端处理过程简单可观、易于实现、是其最大优点。

            缺点:功率域的用户层不宜过多,否则系统复杂性将徒然增加,系统性能下降比较快。

    •   PDMA(大唐提出):寻址能力比较强,信道容量大,频谱利用率高。系统比较复杂。

            功率域、空间域、码域。

    •   MUSA(中兴提出)

            非线性SIC接收机。

    (2)新型多载波

      OFDM传输波形技术:OFDM是当前WiFi和LTE标准中高速无线通信的主要传信模式。

      5G候选新波形:F-OFDM、FBMC(滤波器组多载波)、UFMC

    2.5 5G-灵活双工技术

    • 通过多重干扰消除实现信息同时同频双向传输的物理层技术,有望成倍提升无线网络容量;
    • CCFD:同频同时全双工。CCFD无线通信设备使用相同的时间、相同的频率,同时发射和接收无线信号,使得无线通信链路的频谱效率提高了一倍。

    2.6 UDN技术

      (1)UDN(超密集组网部署)

    • 技术原理

        增加单位面积小基站的密度,通过在异构网络中引入超大规模低功率节点实现热点增强、消除盲点、增强网络覆盖、提高系统容量。

    • 功能优势

        满足热点地区500-1000的流量增长的需求。

    • 技术方案

        干扰管理、5G高密度小区的网络架构、移动性管理、连接管理、节能、SON。

       (2)降低干扰措施

    • 有选择关闭无用户小小簇
    • D-MIMO(分布式MIMO)多天线联合发送
    • 集中控制和C-RAN技术
    • 多小区帧资源协调

    2.7 全频谱接入技术

        全频谱接入涉及6GHz以下低频段和6GHz以上高频段,其中低频段是5G的核心频段,用于无缝覆盖;高频段作为辅助频段,用于热点区域的速率提升。

        (1)毫米波通信

              mmWave,30-300GHZ,1-10mm,毫米波可用于室内短距离通信。

        (2)高频主要技术

    • 高频信道测量与建模
    • 高频新空口
    • 组网技术
    • 器件

    2.8 终端直通技术

    技术原理:满足移动互联网和物联网应用场景扩大对于时延、高可靠的要求。

    D2D技术:引入副链路,数据传输经过宏基站。

    优势:

    • 拓展网络范围。
    • 无线P2P功能。
    • 终端近距离通信,高速率低时延低功耗。

        在该技术的应用下,用户通过D2D 进行通信连接,避开了使用蜂窝无线通信,因此不使用频带资源。而且,D2D 所连接的用户设备可以共享蜂窝网络的资源,提高资源利用率。

    2.9 网络技术

    • 网络切片技术:基于NFV和SDN技术,网络资源虚拟化,对不同用户不同业务打包提供资源,优化端到端服务体验,具备更好的安全隔离特性。
    • 边缘计算技术:在网络边缘提供电信级的运算和存储资源,业务处理本地化,降低回传链路符合,减小业务传输时延。
    • 面向服务的网络体系架构:5G的核心网采用面向服务的架构构建,资源粒度更小,更适合虚拟化。同时,基于服务的接口定义,更加开放,易于融合更多的业务。

    3. 5G帧结构

    • 层结构:无线帧(1024)10ms — 子帧(1ms)— 时隙(n u,n值不确定)— OFDM符号(14个) 

    4. 5G频谱划分

    (1)5G支持的频段

      5G NR中,3GPP主要指定了两个频率范围,一个6GHz以下,另一个是毫米波,分别称为FR1和FR2。

    FR1 450MHz—600MHz
    FR2 24250MHz—52600MHz

    (2)5G支持带宽

    Sub6G 毫米波
    5M 50M
    10M 100M
    15M 150M
    20M 200M
    40M 400M
    50M  
    60M  
    80M  
    100M  

    (3)运营商5G频率分配情况

      3.5G频段:

      4.9G频段:

      2.6G频段:

      覆盖能力优于3.5G。

    5. 5G NR时频资源

    (1)5G 基本时频资源

      物理资源:无线帧、子帧、时隙-slot、基本时间单位T_{c}、RE,RB,REG,CCE、OFDM符号。

      CP:循环前缀,用于多径干扰。

      RE:资源单元,对于每个天线端口p,一个OFDM符号上的一个子载波对应资源单元。

      RB:资源块,一个时隙中,频域上连续的12个RE为一个资源块。

      RG:物理资源组。

    6. 5G系统物理信道与信号

    简称 下行物理信道与信号名称 功能简介
    SS 同步信号 用于时频同步和小区搜索
    PBCH 广播信道 用于承载系统广播消息
    PDCCH 下行控制信道 用于上下行调度,功控等控制信令的传输
    PDSCH 下行共享数据信道 用于承载下行用户数据
    DMRS 解调参考信号 用于下行数据解调、时频同步等
    PT-RS 相噪跟踪参考信号 用于下行相位噪声跟踪和补偿
    CSI-RS 信道状态信息参考信号 用于下行信道测量,波束管理,RRM/RLM测量和精细化时频跟踪等

      PBCH:物理广播信道,调制方式:QPSK

      PDCCH:物理下行控制信道,调制方式:QPSK

      PDSCH:物理下行共享数据信道,调制方式:QPSK、16QAM、64QAM、256QAM、1024QAM

    名称 上行物理信道与信号名称 功能简介
    PRACH 随机接入信道 用于用户随机接入请求消息
    PUCCH 上行公共控制信道 用于HARQ反馈,CQI反馈,调度请求指示等L1/L2控制信令
    PUSCH 上行共享数据信道 用于承载上行用户数据
    DMRS 解调参考信号 用于上行数据解调,时频同步等
    PT-RS 相噪跟踪参考信号 用于上行相位噪声跟踪和补偿
    SRS 测量参考信号 用于上行信道测量,时频同步,波束管理

      PRACH:随机接入信道,调制方式:QPSK

      PUCCH:上行公共控制信道,调制方式:QPSK

      PUSCH:上行共享数据信道,调制方式:QPSK、16QAM、64QAM、256QAM、1024QAM

    7. 5G网络架构

    7.1 独立子网概念

    • 5G网络基本架构—SA

      SA即独立组网,是一套全新的5G网络,包括全新的基站和核心网。

    独立子网简单的来说就是4G核心网对应与4G基站(选项5),5G核心网对应与5G基站(选项2),这样需要大量的资金费用,所以会推出非独立子网的概念。

    7.2 5G网络逻辑架构

    • 接入平面:统一多无线接入技术的融合,无限资源调度与共享
    • 控制平面:控制集中化、简单化、服务差异化、开放化
    • 转发平面:用户面下沉分布式网关,移动边缘内容与计算
    • 用户面协议

    • NR控制面协议

    7.3 网元与接口

    • 5G核心网(5GC)

        三个主要功能模块:AMF、UPF、SMF。

    • 无线接入网

        gNB或者ng-eNB

    • 接口
    1. Xn接口:gNB和ng-eNB通过Xn接口相互连接。
    • 提供双连接性支持
    • 节能功能
    • Xn接口管理
    • 传输gNB之间的数据包

         2. NG接口:gNB和ng-eNB通过NG接口连接到5GC。

    • 建立维护发布NG-RAN部分回话
    • 提供数据包数据流资源保留机制
    • 传输UE和AMF之间的NAS消息

         3. NG-C接口:gNB和ng-eNB通过NG-C接口连接到AMF。

         4. NG-U接口:gNB和ng-eNB通过NG-U接口连接到UPF。

         5. F1-C接口:gNB-DU和gNB-CU之间的信令。

         6. F1-U接口:gNB-DU和gNB-CU之间的数据流。

      CU:中心单元

      DU:分布单元

    5G基站部署方案

    • 传统BBU+RRU方案
    • 一体化基站方案
    • CU-DU分离

    7.4 5G协议栈架构

    (1)层次结构

    (2)SDAP层

    • SDAP子层由RRC配置

    (3)PDCH层

    • 数据传输
    • PDCH SN的维护
    • 加密与解密
    • 完整性保密和验证
    • 重复丢弃

    (4)RLC层

    • 传输上层PDU
    • 重复监测
    • RLC重建
    • 协议错误监测

        NR RLC三种模式:TM(透明模式)、UM(非确认模式)、AM(确认模式)

    (5)MAC层

    • 调度信息报告
    • 逻辑通道优先级

    7.5 5G网络状态与转换

    (1)RRC重建的原因

    • 检测到RLF
    • 重配置失败
    • 完保检测失败
    • 切换失败

    (2)注册与连接管理

      RM(注册管理)

    • 描述在网络中注册或者注销一个UE并在网络中建立该用户的上下文。

      CM(连接管理)

    • 描述UE与AMF之间的建立和释放信令的连接。

    (3)5G无线承载控制

    • 5G Qos参数分为A-Type和B-Type两种
    • 5G Qos管理最小粒度为Qos flow

    7.6 5G测量与移动性管理

    • NR测量
    1. LTE网络中,按照扇区进行覆盖。
    2. 在NR/5G中,广播信号可以在波束中传播,SSB可以使用4、8、64个波速。
    3. 在5G中不仅有小区间切换,而且也存在小区内的波束切换。
    • NR测量配置

    • NR测量报告触发类型

    • 站间切换基本流程
    1. 测量配置
    2. 测量上报
    3. 切换执行

    8. 5G无线网络优化覆盖

    8.1 覆盖优化

    (1)覆盖率测试法

    • 路测覆盖率
    • MR覆盖率

    (2)波束

    • 波束管理

        通常波束越窄,信号增益越大,但副作用是一旦波束偏离用户,用户反而接受不到高质量的无线信号。

    • 波束管理过程

    • 控制信道设置

    • 5G覆盖增强—SUL

        在第三代合作伙伴计划(3rd generation partnership project,3GPP)新空口(new radio,NR)协议中引入了SUL。SUL主要用来承载NR覆盖边缘的用户,引入SUL可以补充高频NR的上行覆盖。终端可以通过正常上行链路(normal uplink,NUL)或SUL进行上行传输。当上行载波的覆盖变差时,终端可以从NUL切换到SUL。

    8.2 天线基础及参数

    (1)天线基本概念

    • 收集无线电波并产生电信号
    • 把从传输线上传下来的电信号转化为无线电波发射到空间

    (2)MIMO演进

    3G:WCDMA HSPA标准 只能使用SISO,下行峰值速率7.2Mb/s
    3G:WCDMA HSPA+标准 支持2x2MIMO,下行峰值速率42Mb/s
    4G:3GPP LTE标准 支持SISO、2x2MIMO、4x4MIMO,下行峰值速率100Mb/s
    4G:3GPP LTE-A标准 最多支持8x8MIMO,下行峰值速率1Gb/s
    5G 大规模天线:基站使用大规模天线阵列

    (3)AAU基本概念

    • AAU:移动网络创始于宏基站,随后发展到分布式基站节省了馈损,大大提高网络覆盖。
    • AAU的优势:缓解站点空间小问题

    (4)天线类型

    • 全向天线

        全向天线,即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射,也就是平常所说的无方向性,在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束,一般情况下波瓣宽度越小,增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用于郊县大区制的站型,覆盖范围大。

    • 定向天线

        定向天线,在水平方向图上表现为一定角度范围辐射,也就是平常所说的有方向性。同全向天线一样,波瓣宽度越小,增益越大。定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远,覆盖范围小,目标密度大,频率利用率高的环境。

    (5)天线参数

    8.3 5G覆盖优化流程

    (1)覆盖优化流程

    • 数据采集

        通过不同的数据采集系统进行覆盖相关数据采集。

    • 覆盖评估

    8.4 5G覆盖问题及优化方案

    (1)覆盖问题概述

    • 弱覆盖
    • 越区覆盖
    • 覆盖不均衡
    • 重复覆盖

    (2)弱覆盖

      站点中间出现完全没有NR信号区域。

    • 弱覆盖原因及优化方案

    (3)越区覆盖

      越区覆盖:由于基站天线挂高过高或者俯仰角过小引起的该小区覆盖距离过远,从而越区覆盖到其他站点覆盖的区域,并且在该区域手机接收到的信号电平较好

    • 越区覆盖原因及优化方案

    (4)重叠覆盖

      每个小区内的终端用户都会受到来自其他小区的同频干扰。通常把受到较多的同频邻区干扰影响且干扰较大的区域称之为重叠覆盖区域。

    (5)覆盖不均衡

    “上下行不平衡一般是指下行覆盖大于上行覆盖。在只有下行覆盖的区域,当用户因为检测到了基站信号,想要接入或者切换时,因为上行达不到覆盖要求,也就是手机以最大功率发射基站也收不到,就会造成接入失败或切换失败。另外如果上行覆盖是连续的,那么下行信号因为覆盖大于上行,会对邻区造成干扰。”

    9. 5G业务测试方法与验证

    9.1 概述

    (1)无线网络性能测试分类

    • DT车载测试

        开着车在路上测试,在室外进行。

    • CQT通信质量测试

        定点测试

    (2)测试主要工具

    硬件工具: 

    • 笔记本

        USB接口、硬板读写速率。

    • GPS

        外用USB的GSP。

    • 测试终端

    分析工具:

    • LMT:本地维护终端

        LMT是一个逻辑概念。LMT连接到RNC外网,提供NODE B操作维护的用户界面。在NODE B操作维护子系统中,是用户对NODE B进行操作维护的终端。LMT 提供图形化用户界面,使用户可以通过Web 页面对BSC6900 进行操作和维护,实现MML 命令的输入、命令执行结果的显示、告警显示、消息跟踪、性能监测和设备维护等功能。

    • OMC:操作维护中心
    • ATP:自动测试平台
    • 扫频仪

        对网络的阻抗特性、传输特性进行测量的问题。

    应用软件:

    • OMT:操作维护工具
    • Mapinfo:桌面地理信息系统
    • FTP:文件传输协议
    • Dumeter:提供直观的速率呈现

    调整工具:

    • 使用坡度仪测量天线下倾角、使用罗盘测量天线方位角

    (3)测试验证的流程

    • 获取测试任务
    • 工具设备准备
    • 设备连接
    • 数据采集记录观察
    • 数据统计报表输出

    (4)测试验证组织框架

    9.2 测试验证的基本要求

    (1)加扰方式

    • 窄波束模拟扫描
    • 宽波束随机模拟

    (2)测试场景

    • 单站
    • 多站

    (3)关键指标

    • RSRP:参考信号接收频率
    • SS-PSRP:承载同步信号RE的功率平均值
    • RSSI:接收信号强度指示
    • RSPQ:参考信号接收质量
    • SINR:信干噪比

    9.3 报表输出方法

    (1)终端参数

    (2)EN-DC参数

    (3)测量参数

    9.4 天线系统及参数调整

    (1)常用天线类型

    • 全向天线
    • 定向天线
    • 双极化天线

    (2)天线挂高

    • 不同环境下,天线挂高不同。

    (3)天线方位角

    • 取值0到360度

    (4)天线隔离度

    • 天线隔离度是指一个天线发射的信号与另一个天线所接收的信号功率的比值。

    (5)天线下倾角

    • 天线垂直面最大增益处与水平方向的夹角。

     

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  • 云里的资源非常庞大,在一个企业云可以有几十万甚至上百万台服务器,在一个小型的私有云中也可拥有几百台甚至上千台服务器。 (3)高可靠性。云计算使用了多副本容错技术、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠...

    云计算具有以下特点:

    (1)虚拟化。云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。

    (2)规模化整合。云里的资源非常庞大,在一个企业云可以有几十万甚至上百万台服务器,在一个小型的私有云中也可拥有几百台甚至上千台服务器。

    (3)高可靠性。云计算使用了多副本容错技术、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性,使用云计算比使用本地计算机可靠。

    (4)高可扩展性。

    (5)按需服务。云计算是一个庞大的资源池,使用者可以根据需要来进行购买。

    (6)成本低。

    1.2云计算服务模式的系统架构。按照云计算服务提供的资源所在的层次,可以分为IaaS(基础设施即服务),即桌面云、PaaS(平台即服务)和SaaS(软件即服务),

    云计算服务模式的系统架构

    从部署模式来看,云计算又可分为公有云,私有云和混合云。公有云服务对所有人开放,而私有云计算只针对企业内部用户开放,混合云是公有云和私有云两种模式的结合。

    按照云计算服务三大服务模式,IaaS为门户系统提供网络资源、计算资源和存储资源服务,属于桌面云层面。PaaS为门户系统提供高可用数据库集群服务和应用程序运行及维护所需要的平台资源。SaaS提供基于SharePoint门户平台的门户集成应用服务。云计算服务SaaS软件平台博云网表示,云计算管理平台对不同的计算资源和服务统一管理,根据门户系统业务需求和访问量的变化,自动地对计算资源进行分配和调度,实现高度“弹性”的缩放和优化使用。

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