基于優(yōu)先級的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，為不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)預(yù)留帶寬，以保證實(shí)時業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求。利用NS2網(wǎng)絡(luò)模擬軟件對算法進(jìn)行了仿真和性能評估。結(jié)果表明，本接納控制算法可以較好地保障高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的實(shí)時性，同時在重負(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

無線網(wǎng)絡(luò)的日益發(fā)展使得其能夠支持各種類型的業(yè)務(wù)，因此需要保證各類業(yè)務(wù)的QoS，同時要提高系統(tǒng)利用率，為此需要引入有效的接納控制算法到無線資源管理機(jī)制中。IEEE802．16作為目前熱點(diǎn)寬帶無線接入技術(shù)，定義了MAC層和PHY層的機(jī)制。但是標(biāo)準(zhǔn)中對接納控制以及調(diào)度算法并沒有定義，只是采用簡單的先到先服務(wù)機(jī)制，具體優(yōu)化留給了開發(fā)者。
按照ITU-T和ATM論壇的定義，接納控制是網(wǎng)絡(luò)在新連接申請建立的時刻根據(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)前狀況對是否接納此連接申請做出決策?？紤]請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。
目前無線網(wǎng)絡(luò)常用接納控制算法有，保護(hù)帶寬算法，基于門限算法等。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)已有呼叫小于門限K時，則所有新呼叫都可以被接納，大于門限K時只有切換呼叫能夠被接納。基于門限接納的執(zhí)行基于資源I的可用性，目的是保持I中的每一個元素小于門限向量Ith。這些門限基于系統(tǒng)的擁塞狀況而定義。當(dāng)呼叫到達(dá)時，算法估計(jì)新呼叫對當(dāng)前I值的影響δI。準(zhǔn)則基于以下策略：I+δIIth。當(dāng)這個條件滿足時，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)類型
IEEE802．16定義了2～66 GHz固定寬帶無線接入系統(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子信道，每個子信道包含若干子載波?？煞峙涞馁Y源不只時隙，還有子信道。筆者研究基于點(diǎn)對多點(diǎn)模式(即一個中心節(jié)點(diǎn)BS管理若干個子節(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，連接對應(yīng)的服務(wù)流定義了連接的QoS參數(shù)，如時延，時延抖動、最大可持續(xù)速率等。節(jié)點(diǎn)有業(yè)務(wù)傳輸時，須建立對應(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)類型，它們分別為：主動授予業(yè)務(wù)(UGS)、增強(qiáng)型實(shí)時輪詢業(yè)務(wù)(ertPS)、實(shí)時輪詢業(yè)務(wù)(rt PS)、非實(shí)時輪詢業(yè)務(wù)(nrtPS)、盡力傳輸業(yè)務(wù)(BE)。不同業(yè)務(wù)對應(yīng)不同的請求／授權(quán)機(jī)制，提供不同的QoS。根據(jù)實(shí)時性的要求，定義優(yōu)先級依次遞減。UGS業(yè)務(wù)優(yōu)先級最高，BE優(yōu)先級最低。主要特性如表1所示?？紤]不同業(yè)務(wù)的QoS參數(shù)，選擇合適的接納控制算法。