基于優(yōu)先級(jí)的IEEE802．16系統(tǒng)接納控制算法研究

摘要：鑒于IEEE802．16標(biāo)準(zhǔn)中未對(duì)接納控制機(jī)制提出定義，為了提高系統(tǒng)帶寬利用率，在分析現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接納控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合IEEE802．16的具體機(jī)制提出了一種基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的接納控制算法。相比于先到先服務(wù)的接納機(jī)制，該算法嚴(yán)格區(qū)分業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)，為不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)預(yù)留帶寬，以保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求。利用NS2網(wǎng)絡(luò)模擬軟件對(duì)算法進(jìn)行了仿真和性能評(píng)估。結(jié)果表明，本接納控制算法可以較好地保障高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)在重負(fù)載情況下系統(tǒng)帶寬利用率有了明顯提高。
關(guān)鍵詞：IEEE802．16；服務(wù)質(zhì)量；接納控制；業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的日益發(fā)展使得其能夠支持各種類(lèi)型的業(yè)務(wù)，因此需要保證各類(lèi)業(yè)務(wù)的QoS，同時(shí)要提高系統(tǒng)利用率，為此需要引入有效的接納控制算法到無(wú)線資源管理機(jī)制中。IEEE802．16作為目前熱點(diǎn)寬帶無(wú)線接入技術(shù)，定義了MAC層和PHY層的機(jī)制。但是標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)接納控制以及調(diào)度算法并沒(méi)有定義，只是采用簡(jiǎn)單的先到先服務(wù)機(jī)制，具體優(yōu)化留給了開(kāi)發(fā)者。
按照ITU-T和ATM論壇的定義，接納控制是網(wǎng)絡(luò)在新連接申請(qǐng)建立的時(shí)刻根據(jù)新連接的業(yè)務(wù)特性(用流量參數(shù)表征)、服務(wù)質(zhì)量要求和網(wǎng)絡(luò)資源(帶寬，緩沖區(qū))的當(dāng)前狀況對(duì)是否接納此連接申請(qǐng)做出決策?？紤]請(qǐng)求流的特性和資源需求，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前資源狀態(tài)，制定合適的接納控制機(jī)制，必須既保證新接入流的帶寬和時(shí)延等QoS要求，而且現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)流的QoS能夠繼續(xù)保持。
目前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)常用接納控制算法有，保護(hù)帶寬算法，基于門(mén)限算法等。保護(hù)帶寬算法是指系統(tǒng)為切換呼叫預(yù)留一些信道，即保護(hù)信道。如保護(hù)信道為C-K，當(dāng)已有呼叫小于門(mén)限K時(shí)，則所有新呼叫都可以被接納，大于門(mén)限K時(shí)只有切換呼叫能夠被接納。基于門(mén)限接納的執(zhí)行基于資源I的可用性，目的是保持I中的每一個(gè)元素小于門(mén)限向量Ith。這些門(mén)限基于系統(tǒng)的擁塞狀況而定義。當(dāng)呼叫到達(dá)時(shí)，算法估計(jì)新呼叫對(duì)當(dāng)前I值的影響δI。準(zhǔn)則基于以下策略：I+δIIth。當(dāng)這個(gè)條件滿足時(shí)，到達(dá)的呼叫被接納，否則被拒絕或加入到隊(duì)列。

1 IEEE802．16系統(tǒng)的QoS機(jī)制
1．1 IEEE802．16系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類(lèi)型
IEEE802．16定義了2～66 GHz固定寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)的空中接口。定義了Mesh網(wǎng)和PMP兩種組網(wǎng)方式。MAC層的多址方式可以是TDMA，對(duì)于OFDMA的物理層，MAC可以采用OFDMA的多址方式。OFDMA將所有可用的載波分多個(gè)子信道，每個(gè)子信道包含若干子載波。可分配的資源不只時(shí)隙，還有子信道。筆者研究基于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式(即一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)BS管理若干個(gè)子節(jié)點(diǎn)SS)，TDMA多址方式，物理層基于OFDM技術(shù)。
IEEE802．16是面向連接的，數(shù)據(jù)傳輸以及尋址是基于連接的，連接對(duì)應(yīng)的服務(wù)流定義了連接的QoS參數(shù)，如時(shí)延，時(shí)延抖動(dòng)、最大可持續(xù)速率等。節(jié)點(diǎn)有業(yè)務(wù)傳輸時(shí)，須建立對(duì)應(yīng)的連接，并激活服務(wù)流。
IEEE 802．16e標(biāo)準(zhǔn)中定義了5種不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型，它們分別為：主動(dòng)授予業(yè)務(wù)(UGS)、增強(qiáng)型實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)(ertPS)、實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)(rt PS)、非實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)(nrtPS)、盡力傳輸業(yè)務(wù)(BE)。不同業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)不同的請(qǐng)求／授權(quán)機(jī)制，提供不同的QoS。根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，定義優(yōu)先級(jí)依次遞減。UGS業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)最高，BE優(yōu)先級(jí)最低。主要特性如表1所示。考慮不同業(yè)務(wù)的QoS參數(shù)，選擇合適的接納控制算法。