WirelessLabs

Xploration Begins Here

数据业务话务阻塞新理论

目录

话务阻塞理论应用

应用1：基于话务量需求的系统容量调整方法 .................................................................................. 11

应用2：基于实际体验阻塞统计的系统容量调整方法....................................................................... 11

研究展望............................................................................................................................................. 12

话务阻塞研究方法论.....................................................................................................................4

研究背景............................................................................................................................................... 2

摘要..........................................................................................................................................................1

话务阻塞理论分析及典型结果

会话体验硬阻塞定义与计算方法 ......................................................................................................... 6

会话体验软阻塞定义与计算方法 ......................................................................................................... 7

包延迟阻塞定义和计算方法 ................................................................................................................ 8

话务阻塞典型结果 ............................................................................................................................... 8

话务阻塞计算SDK ............................................................................................................................... 10

01 数据业务话务阻塞理论白皮书

摘要

随着 4G 为代表的移动宽带网络快速部署，视频观看时长和流量消耗均出现了爆发式增

长。当前以用户体验为目标的移动宽带网络，还没有出现针对数据业务的话务阻塞理

论。华为无线 X Labs 下属的 mLAB 联合 2012 未来网络理论实验室，与国内外相关高

校合作，从现网数据分析、理论推导、仿真模拟等多个路径，提出了适合移动宽带数据业务的新

话务阻塞理论，构建了体验阻塞（Experience Blocking，EB）表。利用体验阻塞 EB 表，既可以根

据系统容量、话务模型统计、单用户体验带宽需求，评估系统中当前用户的体验阻塞状况；也可

以基于一定体验阻塞需求，从理论上和仿真上进一步评估需要规划的系统信道容量。

02数据业务话务阻塞理论白皮书

研究背景

呼叫阻塞概率理论，由丹麦数学家 Agner Krarup Erlang 于 1909 年提出，已被广泛应用于硬阻塞

模式下的语音网络中，用于系统容量仿真和规划、现网呼叫阻塞率分析等。当前的 Erlang B 公式考虑

的场景是当信道占满时，新到达的呼叫被阻塞掉；或 Erlang C 的场景是当信道占满时，新到达的呼叫

可排队接入，不影响系统中正在服务的用户，信道空闲后才被提供服务。

Erlang B 呼叫阻塞例子 ( 信道数为 3，第 4 个呼叫被系统阻塞 )

呼叫中心

呼叫到达 1

呼叫到达 2

呼叫到达 3

呼叫到达 4

呼叫服务 1

呼叫服务 2

呼叫服务 3

不管是 Erlang B 还是 C 公式都不适用于移动宽带网络中的数据业务。数据业务以亚健康方式接入

系统，新接入用户会影响并发用户的体验。如果并发用户数大于系统规划用户数，导致并发的用户体

验都下降：对于视频业务则会出现卡顿（非自适应码率）或视频质量下降（自适应码率）；对于文件

下载或网页浏览业务，下载时延会增大。

业务都接入移动宽带网络，用户体验会降低

呼叫到达 1

呼叫到达 2

呼叫到达 3

呼叫到达 4

呼叫服务 1

呼叫服务 2

呼叫服务 3

呼叫服务 4

移动宽带

03 数据业务话务阻塞理论白皮书

研究背景

当前，不区分用户、不区分会话、小区（全网）级平均体验速率，掩盖了用户实际体验不满足状

况（体验阻塞率）。而会话级别的体验阻塞客观存在，但理论和监测支撑手段缺失，亟需会话级甚至

数据包级体验阻塞评估和相关理论体系。

另一方面 Erlang B 考虑的是呼叫到达过程服从泊松分布的情况，这对于语音电话业务是非常适用

的。而移动宽带数据业务到达过程和服务过程更多呈现出长尾分布（幂律分布）特点，即少量时间集

中到达大量呼叫，少量呼叫占用大量信道容量。

无论呼叫到达是泊松分布还是幂律分布，都会带来用户会话瞬时高度并发，导致用户体验速率瞬

时下降。这种并发行为在轻负载和重负载网络中都客观存在。因而，根据平均并发用户数及单用户体

验速率需求推算的信道容量难以满足用户体验需求。

呼叫到达泊松过程下，呼叫瞬时并发数和平均并发数间的关系

瞬时并发用户数 > 平均并发用户数，体验速率达不到用户体验需求

并发用户数

平均并发用户数

时刻 : 秒

[Wikipedia] 泊松分布和幂律分布例子

λ= 1

λ= 4

λ= 10

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.08

0.000 5 10

k

P(X

=k)

15 20

P(X=k)=---- e-λ,k=0,1,…k!

λk

p(x) = cx-k

p(x)

x

04数据业务话务阻塞理论白皮书

针对当前以体验满足为目标的移动宽带网络，还没有成型的相关阻塞理论来加以应用。带着这些

问题和挑战，华为 mLAB 和 2012 未来网络理论实验室，以及国内外高校合作，从现网数据分析抽象、

理论推导、仿真模拟多个路径，展开了相关分析。

数据业务网络的新话务阻塞理论研究框架由三部分组成：业务到达过程建模、系统服务模型抽象、

体验阻塞度量，如下图所示。

其中，系统服务模型：系统容量 C = 频谱效率ρ(bps/Hz) * 系统带宽 b(Hz)。若单用户体验速率需

求为 r bps，则系统等效信道数 N =[ρb/r]；调度策略假设为轮询调度。 业务到达过程分别从会话级和

数据包级来进行建模。

为表征会话体验速率满足度和包时延满足度，分别从会话级和包级定义数据业务体验阻塞如下

（注：体验阻塞、体验不满足度、体验呼损指的是同一概念）：

• 会话体验硬阻塞：当新接入用户后，如果小区容量（等效信道数）不足，并发用户体验速率等比例下降，

导致并发的用户体验都得不到满足。硬阻塞可以表征基于 UDP 协议以固定码率进行实时视频通话过程

中视频花屏的占比；

• 会话体验软阻塞：当新接入用户后，如果小区容量（等效信道数）不足，并发用户体验速率等比例下降，

导致并发的用户体验都部分满足。软阻塞可以表征基于 TCP 协议的视频传输过程中视频卡顿的时长占比；

话务阻塞研究方法论

业务到达模型 业务服务模型 体验呼损度量

会话级

会话到达时间间隔分布模型、会话业务量大小分布模型

会话

会话体验速率满足度

会话体验速率

包级

包到达时间间隔分布模型、包大小分布模型

包

包时延满足度

包时延

系统服务模型

系统容量 C：频谱效率ρ bps/Hz *

系统带宽 b Hz

单用户速率需求：r bps

等效信道数 N = [ρb/r]

排队与调度策略：

• 每用户一个队列

• 轮询调度（Round Robin，RR）

数据业务话务阻塞研究框架

05 数据业务话务阻塞理论白皮书

话务阻塞研究方法论

• 包延迟阻塞：当新接入用户后，如果小区容量（等效信道数）不足，轮询调度策略下，包将得不到及时

调度。包延迟阻塞率度量包延迟超过目标值（如 10ms）的概率。包延迟阻塞可应用于远程控制场景下

包时延不满足度。

数据业务网络的新话务阻塞理论是对传统的 Erlang B 呼叫阻塞概率理论的扩展。从会话体验硬阻

塞、会话体验软阻塞、包阻塞角度，分别考虑不同的呼叫到达过程，包括但不限于，典型的泊松到达

过程和幂律到达过程下，建立话务阻塞新理论：研究系统等效信道数 N、体验阻塞 B 和话务量 A 之间

的关系。

体验阻塞分析场景呼叫到达过程

（呼叫到达次数或呼叫到达时间间隔分布）业务服务时间

泊松到达体验阻塞

（硬阻塞、软阻塞、包延迟阻塞）

单位时间呼叫到达次数服从泊松分布指数分布

幂律分布

单位时间呼叫到达次数服从泊松分布指数分布

幂律分布

幂律到达体验阻塞

（硬阻塞、软阻塞、包延迟阻塞）

呼叫到达时间间隔服从幂律分布指数分布

幂律分布

呼叫到达时间间隔服从幂律分布指数分布

幂律分布

体验阻塞理论分析场景

05 数据业务话务阻塞理论白皮书

06数据业务话务阻塞理论白皮书

话务阻塞理论分析及典型结果

基于数据业务网络的呼叫接入方式、系统服务抽象及话务阻塞特点，下面分别给出会话级的体验

阻塞及数据包级的包延迟阻塞的具体定义、计算方法、理论分析和仿真结果。

会话体验硬阻塞：如果小区容量（等效信道数）不足，新接入用户影响当前并发用户体验，全部

并发用户体验速率等比例下降，导致并发的用户体验都得不到满足。

会话体验硬阻塞率计算方法：统计周期 [T1, T2] 内，对于每单位时间 ti ∈ [T1, T2] ，如果并发用户

数大于信道数，则该 ti 内并发用户的实际速率都不满足体验需求。硬阻塞率为统计周期所有未满足的

（硬阻塞）话务量 / 总话务量，即硬阻塞率 =Σti ∈ [T1, T2] 未满足的话务量 [ti] / 总话务量。

每 ti 时间，计算满足话务量、未满足话务量的方法为：

1 ) 当并发用户数 > 信道数时

满足话务量 = 0

未满足话务量 = 并发用户数

2 ) 当并发用户数 < = 信道数时

满足话务量 = 并发用户数

未满足话务量 = 0

硬阻塞率计算示例：假设系统容量（等效总信道数）为 10

会话体验硬阻塞定义与计算方法

话务量统计（信道容量为 10）

第 1 秒 第 2 秒 第 3 秒 第 4 秒 第 5 秒 第 6 秒 第 7 秒 第 8 秒 第 9 秒 第 10 秒

并发用户数 10 9 8 7 12 15 16 7 8 9

满足的话务量 10 9 8 7 0 0 0 7 8 9

未满足的话务量 0 0 0 0 12 15 16 0 0 0

硬阻塞率 0.43

硬阻塞率计算示例

07 数据业务话务阻塞理论白皮书

话务阻塞理论分析及典型结果

会话体验软阻塞定义与计算方法

会话体验软阻塞：如果小区容量（等效信道数）不足，新接入用户影响当前并发用户体验，全部

并发用户体验速率等比例下降，导致并发的用户体验都部分满足。

会话体验软阻塞率计算方法：统计周期 [T1, T2] 内，对于每单位时间 ti ∈ [T1, T2] ，如果并发用户

数大于信道数，则该 ti 内并发用户的实际速率都部分满足体验需求。软阻塞率为统计周期所有未满足

的（软阻塞）话务量 / 总话务量，即软阻塞 率 =Σti ∈ [T1, T2] 未满足的话务量 [ti] / 总话务量。

每 ti 时间，计算满足话务量 / 未满足话务量的方法

1 ) 并发用户数 > 信道数时

满足话务量 = 并发用户数 * 单用户实际速率 / 单用户速率需求

未满足话务量 = 并发用户数 * （1 - 单用户实际速率 / 单用户速率需求）

2 ) 当并发用户数 < = 信道数时

满足话务量 = 并发用户数

未满足话务量 = 0

软阻塞率计算示例：假设系统容量（等效总信道数）为 10

话务量统计（信道容量为 10）

第 1 秒 第 2 秒 第 3 秒 第 4 秒 第 5 秒 第 6 秒 第 7 秒 第 8 秒 第 9 秒 第 10 秒

并发用户数 10 9 8 7 12 15 16 7 8 9

满足的话务量 10 9 8 7 10 10 10 7 8 9

未满足的话务量 0 0 0 0 2 5 6 0 0 0

软阻塞率 0.13

软阻塞率计算示例

08数据业务话务阻塞理论白皮书

话务阻塞理论分析及典型结果

包延迟阻塞定义和计算方法

包延迟阻塞率分析模型

RB 1 RB 2 RB M

资源池

业务到达

TTI 间隔

队列 1

队列 2

队列 K

Round robin 轮询调度

包延迟阻塞率分析模型如上图所示，假设业务到达模型如下：

• 每个传输时间间隔（Transmit Time Interval，TTI）到达的包数 N 服从如下幂律分布（Zeta 分布）：

，其中 为形状参数， ；

• 包的大小 L 服从如下幂律分布： ，其中 为形状参数， 。

系统参数如下：

• TTI 长度为τ，系统中有 K 个用户；

• 在 t 时刻用户 k 到达的业务数量为 Nk(t)，到达包的长度分别为 L1(t), L2(t),…, LNk(t)(t)；

• 系统频谱利用率为ρbps/Hz，带宽为 b Hz，系统容量 C = ρb bps；

包延迟阻塞率定义：设 Qk(t) 表示 t 时刻第 k 个用户的队列长度，Qk( ∞ ) 表示稳态队列长度，

为延迟容忍。由于稳态时，所有用户延迟容忍概率是相等的（因 K 个队列是相互对称的）， 包

延迟阻塞率，即包延迟超过目标值（延迟容忍）的概率，可由下式给出：

)()1(α

α

Zetan −+

=]Pr[ nNk=

1min

−−= βββ xL)(xfL

2>α1>β

n 0≥x Lmin≥

D

≥D=PrC

Bd

∞)(QkKk=1Σ

话务阻塞典型结果

根据前面的定义，我们通过理论推导和仿真模拟，分别针对泊松到达过程和幂律到达过程，推导

了话务阻塞理论公式、构建了体验阻塞 EB 表。

例如，在泊松到达场景下，可得到会话体验软阻塞率公式如下：

1i N= +1i N= +

∑∑ ∑

Bs =

( (𝑖𝑖 𝑁𝑁 𝑁𝑁 𝑁𝑁( (𝐴𝐴

𝑖𝑖𝑖𝑖

𝑖𝑖

𝑁𝑁 !1

1+ 1𝑖𝑖 𝐴𝐴

𝑖𝑖𝐴𝐴+ 1𝑁𝑁 𝑁𝑁−

−−

𝑁𝑁 !!∞

𝑖𝑖 𝑖𝑖𝑁𝑁=1

∞

𝐴𝐴

09 数据业务话务阻塞理论白皮书

其中，A 为话务量，A=λω，λ为统计周期内的会话平均到达次数，ω为统计周期内的会话平

均持续时长， N 为小区的等效信道数。

泊松到达过程下，会话体验软阻塞表如下：

会话体验软阻塞率 Bs 与信道数 N、话务量 A 的关系表（BS 为 %）

N/BS 0.01 0.05 0.1 0.5 1 2

…

3 0.1236 0.2133 0.2701 0.4694 0.5964 0.7577

4 0.3262 0.4972 0.5975 0.9219 1.1142 1.3478

5 0.6123 0.868 1.0118 1.4556 1.7081 2.0069

6 0.9647 1.3043 1.4899 2.0463 2.3543 2.7125

…

会话体验软阻塞表示例

又例如，也可以推导出任意到达过程（含泊松和幂率）下的队列长度 Qk(t) 的概率分布，从而获

得包延迟阻塞率 Bd。队列长度分布的拉普拉斯 - 斯蒂尔切斯变换（Laplace-Stieltjes Transform，LST）可

表示为：

=θ− 1− −𝑒𝑒 Csτ1

1ℒ𝑄𝑄 𝑠𝑠( (

Csτℒ𝐴𝐴 𝑠𝑠 𝑒𝑒( (

话务阻塞理论分析及典型结果

其中， 为业务到达过程的 LST，s 为复参数，C 为系统容量，θ为空闲率。根据上述公式和

包延迟阻塞率的定义，即可获得包延迟阻塞率与其他系统参数的关系。

幂率分布的包个数和包大小的到达下，包延迟阻塞表（包延迟目标 10ms）如下。

注 1：当该表应用于某典型业务场景时，系统等效信道数 N 可由系统容量和该业务的典型速率计算得到；

注 2：话务量 A 为该业务在单位时间内服务需求总时长的归一化值。

包延迟阻塞率 Bd 与信道数 N、话务量 A 的关系表（Bd 为 %）

N/Bd 0.01 0.05 0.1 0.5 1 2

…

3 0.0034 0.0035 0.0036 0.0043 0.0047 0.0102

4 0.0038 0.0036 0.0039 0.0053 0.0091 0.0249

5 0.0041 0.0046 0.0048 0.0096 0.0178 0.0471

6 0.0069 0.0072 0.0076 0.0111 0.0238 0.1434

…

10数据业务话务阻塞理论白皮书

话务阻塞计算 SDK

为了便于产业化和工程应用，华为 mLAB 将推出新话务阻塞理论的应用套件，包含现网话务模

型分析和仿真平台、体验阻塞 EB 表软件开发工具包（Software Development Kit, SDK）和网站。EB 表

SDK 输入参数包括小区 / 站点或局点的话务模型，比如属于泊松还是幂律分布，以及模型的相关参数；

根据话务量、等效信道数、阻塞率已知三个变量中的任意两个，可以输出另外一个。

体验阻塞 EB SDK 套件

利用体验阻塞表，既可以根据系统容量、话务模型（含话务量）统计、单用户体验速率需求，评

估系统中当前用户的体验阻塞状况；也可以基于一定体验阻塞需求，从理论上和仿真上进一步评估需

要规划的信道容量。

话务阻塞理论应用

话务阻塞理论应用

单用户速率需求

体验阻塞 EB

理论计算 SDK

+ 模拟仿真平台

系统容量

体验阻塞

给定系统容量输出体验阻塞

给定体验阻塞输出容量需求

现网原始数据

会话级话务模型

包级话务模型

模型抽象 / 参数拟合

现网数据回放

模型及参数

话务阻塞理论分析及典型结果

输入

话务模型：泊松、幂律

下面三个中的任两个

• 话务量

• 等效信道数

• 阻塞率

输出

下面三个中的另一个

• 话务量

• 等效信道数

• 阻塞率

体验硬阻塞

体验软阻塞

包延迟阻塞

泊松

幂律

EB SDK

11 数据业务话务阻塞理论白皮书

应用 1：基于话务量需求的系统容量调整方法

容量增加从本质上是通过提高空口吞吐量，从而满足并发用户体验速率需求。基于话务量需求的系统

容量调整方法如下：

• 给定小区频谱效率现状ρ bps/Hz，小区带宽 b Hz，及单用户速率需求 r bps，得到当前小区等

效信道数 N = [ρb/r]；

• 在给定体验阻塞率目标值 B’和当前等效信道数 N 的情况下，通过查表，可知空口所能支持的

最大话务量 A’；

• 根据当前系统总数据量和体验速率需求获得话务量需求现状 A；

• 根据 A 和 A’的关系确定是否需要进行网络容量调整；

1) 若当前系统话务量需求值 A < = A’, 系统维持

2) 若当前系统话务量需求值 A > A’, 系统容量调整

• 如需进行容量调整，根据话务量需求现状 A、体验阻塞率目标值 B’查表得到需要调整的等效

信道数 N’。

话务阻塞理论应用

应用 2：基于实际体验阻塞统计的系统容量调整方法

根据系统日志等数据，基于实际体验阻塞统计的系统容量调整方法如下：

• 统计每会话的体验速率，根据单用户速率需求，得到体验阻塞现状 B；

基于话务量需求的系统容量调整方法

若当前系统话务量需求值 A < = A’, 系统维持 若当前系统话务量需求值 A > A’, 系统容量调整

给定阻塞率 B’和信道数 N

EB 表话

务量 A’ 当前系统

话务量 A

EB 表话

务量 A’

当前系统话务量 A EB 表话务量 A

给定阻塞率 B’和信道数 N 给定阻塞率 B’，信道数 N’

12数据业务话务阻塞理论白皮书

话务阻塞理论应用

后续，我们将构建现网话务模型分析和仿真平台，发布体验阻塞理论公式软件开发工具包和相关

网站，并通过与运营商、学术界进行项目合作，进一步优化和完善体验阻塞理论体系。

• 发布体验阻塞表计算 SDK 和相关网站

• 与运营商、学术界进行现网项目合作

• 优化和完善体验阻塞理论体系

如需了解更多详情，请联系 mbblab@huawei.com

研究展望

基于实际体验阻塞统计的系统容量调整

若当前系统阻塞率 B < = B’, 系统维持 若当前系统阻塞率 B > B’, 系统容量调整

当前系统阻塞率 B 阻塞率目标 B’ 当前系统阻塞率 B

信道数 N话务量需求 A

阻塞率目标 B’

信道数 N’话务量需求 A

• 根据小区频谱效率现状和带宽配置，及单用户速率需求，得到小区等效信道数 N；

• 根据体验阻塞率现状 B，及体验阻塞率目标值 B’间的关系确定是否需要进行网络容量调整；

1) 若当前系统阻塞率 B < = B’, 系统维持

2) 若当前系统阻塞率 B > B’, 系统容量调整

• 如需进行容量调整，根据话务量需求现状 A、体验阻塞率目标值 B’查表得到需要调整的等效

信道数 N’。

免责声明

本文档可能含有预测信息，包括但不限于有关未来的财务、运营、

产品系列、新技术等信息。由于实践中存在很多不确定因素，

可能导致实际结果与预测信息有很大的差别。因此，本文档信息

仅供参考，不构成任何要约或承诺。华为可能不经通知修改上述

信息，恕不另行通知。

版权所有 © 华为技术有限公司 2017。 保留一切权利。

非经华为技术有限公司书面同意，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本手册内容的部分或全部，并不得以任何形式传播。

商标声明

、HUAWEI、华为、 是华为技术有限公司的商标或者注册商标。

在本手册中以及本手册描述的产品中，出现的其他商标、产品名称、服务名称以及公司名称，由其各自的所有人拥有。

华为技术有限公司

深圳市龙岗区坂田华为基地

电话: (0755) 28780808

邮编: 518129

版本号: M3-042753-20170313-C-1.0

www.huawei.com

X Labs是一个全新的平台，旨在将电信运营商、技术供应商和来自垂直行业的合作伙伴聚集在一起，探索未来的移动应用

场景，推动业务和技术创新，建立一个开放的生态系统。X Labs建立了三个实验室，探索三个主要领域：人与人之间的连

接，垂直领域的应用和家庭应用。

WirelessLabs