文獻標識碼: A
文章編號： 0258-7998(2010)09-0138-04
WiMAX無線網(wǎng)絡中，呼叫接納控制機制是保證服務質(zhì)量QoS(Quality of Service)的關(guān)鍵。目前已有大量的呼叫接納控制算法被提出，典型的有：利用資源預留機制切換連接請求的截止優(yōu)先權(quán)方式[1]、新連接按概率接納的分段預留信道方式[2]。資源預留機制以提高低優(yōu)先級業(yè)務拒絕率和降低系統(tǒng)資源利用率為代價，降低高優(yōu)先級的拒絕率，但設定的預留資源不能很好地適應業(yè)務量的實時變化。KIM S等[3]提出的基于本地業(yè)務量的預測估計自適應接納控制算法，不僅復雜度和代價較高，同時依賴于一定的流量模型,具體實施有一定的困難。Fmanuele[4]、Jiongkuan Hou[5]等分別把價格機制引入到呼叫接納控制機制算法中，有一定的借鑒意義。本文利用經(jīng)濟學概念，提出了一種基于基尼系數(shù)作為判決準則的呼叫接納控制機制，使系統(tǒng)在繁忙時獲得最大效率。
1 Wimax業(yè)務QoS說明
WiMAX系統(tǒng)有詳盡的QoS參數(shù)設定，但其接納控制等策略則交由設備提供商自行決定。協(xié)議規(guī)定了4種業(yè)務流QoS類型：UGS、rtPS、nrtPS、BE,其類型特征如表1所示。發(fā)起端在業(yè)務流建立時確定流傳輸?shù)淖钚∪淌軒抌min和最大滿意帶寬bmax，業(yè)務流被接納后實際獲得的帶寬介于bmin和bmax之間，并且可由系統(tǒng)的帶寬分配策略來調(diào)整所獲得帶寬的大小。
不同業(yè)務類型、不同傳輸速率，以及切換連接與新連接的區(qū)別，使同一個系統(tǒng)內(nèi)的服務類型繁多。接納控制算法要能夠?qū)Ψ倍嗟臉I(yè)務類型進行統(tǒng)一的判決和管理，以參數(shù)區(qū)分業(yè)務類型。在優(yōu)先考慮高優(yōu)先級業(yè)務的同時又要兼顧所承載業(yè)務的多樣化，保證各業(yè)務之間接納的公平性。
式(1)模型表示呼叫接納時系統(tǒng)帶寬分配的公平程度。因業(yè)務流的權(quán)重隨優(yōu)先級的增大呈指數(shù)增長，而高優(yōu)先級業(yè)務與低優(yōu)先級業(yè)務的帶寬要求差距小于其權(quán)重之間的差距，模型將在優(yōu)先接納高優(yōu)先級業(yè)務的同時提高低優(yōu)先級業(yè)務的接納率,保證各業(yè)務之間接納的公平性，同時提高系統(tǒng)帶寬利用率。
2.2 接納控制算法實現(xiàn)
假設網(wǎng)絡中基站BS(Base Station)已接納的業(yè)務流數(shù)量為N，它為各業(yè)務流均預留其最大帶寬，最大帶寬總和為Σbi,max。設定帶寬門限bth和公平門限Gth時，Gth的設定需根據(jù)對各時期的基尼系數(shù)進行大量統(tǒng)計，選取合適的基尼系數(shù)作為公平門限。若公平門限設置過大，則公平門限不起作用，各業(yè)務的接納率過高，將超過BS所能容納的最大業(yè)務數(shù)，使得BS在下行鏈路處理業(yè)務流的時間增加，各業(yè)務流延時劇增；若公平門限設定過小，則BS將對各業(yè)務流的接納進行嚴格的限制,導致各類業(yè)務的接納率和帶寬利用率大大降低。對于新到達業(yè)務流fN+1，設其申請帶寬為[bN+1,min,bN+1,max],在總最大帶寬∑bi,max+bN+1,max≥bth時，采用基于基尼系數(shù)的接納控制。接納控制算法流程如圖1所示。
仿真通過調(diào)節(jié)負載比例系數(shù)?琢改變業(yè)務的到達率?姿，以此表征系統(tǒng)資源緊張程度。仿真時將典型的截止優(yōu)先算法(以下簡稱CP算法)與本文提出的帶寬分配公平算法(以下簡稱EDI算法)做比較。
如圖2所示，EDI算法的平均帶寬利用率從負載比例系數(shù)為4處開始大于截止優(yōu)先算法的帶寬利用率，且隨著負載的增大，CP算法的帶寬利用率增長緩慢，而EDI算法的帶寬利用率將趨近于100%。這是因為CP算法始終按照最大帶寬要求進行接納控制并預留帶寬，且不存在帶寬降級的情況，因此帶寬浪費嚴重，而EDI算法根據(jù)當前資源狀況，一開始為各業(yè)務預留帶寬很大，之后逐漸減小以接納更多的業(yè)務，最終每個業(yè)務的帶寬接近最小帶寬要求，因而隨著負載的增大其帶寬利用率比CP算法要高很多。
從圖3和圖4來看，CP算法的UGS、rtPS、nrtPS業(yè)務在大負載下，其接納率均遠遠小于EDI算法的各業(yè)務的接納率，這是因為CP算法在整個接納過程中始終為新到業(yè)務按照其最大帶寬要求預留帶寬，并且在已接納業(yè)務的總帶寬超過門限時，只接納高優(yōu)先級業(yè)務而拒絕低優(yōu)先級業(yè)務，大大降低了低優(yōu)先級業(yè)務的接納率。而EDI算法從每個業(yè)務的收入出發(fā)，在保證系統(tǒng)帶寬分配公平化的原則下，相對CP算法大大提高了低優(yōu)先級業(yè)務的接納率。在系統(tǒng)資源緊張的時候，又能通過帶寬降級，以接納更多業(yè)務，這就使得各類業(yè)務的接納率都能有明顯的提升。從圖5和圖6又可看出，高優(yōu)先級業(yè)務和低優(yōu)先級業(yè)務的接納率的差距大大縮小了，這是因為EDI算法為了保證接納的公平性，對能縮小收入差距的業(yè)務以較高概率接納，EDI模型中低優(yōu)先級業(yè)務的帶寬是最低的，為了避免帶寬分配差距的拉開，EDI算法將限制高優(yōu)先級業(yè)務的接納率，提高低優(yōu)先級業(yè)務的接納率，又因為低優(yōu)先級業(yè)務的帶寬可調(diào)范圍大，接納后可動態(tài)壓縮其帶寬為其他業(yè)務服務，可見接納更多的低優(yōu)先級業(yè)務從帶寬分配公平的角度和帶寬利用率的角度來看都是有意義的。
本文提出的算法可以根據(jù)系統(tǒng)負載的變化和當前的帶寬資源狀況自適應地改變接納策略。相比典型的截止優(yōu)先算法，新算法在提高系統(tǒng)平均帶寬利用率的同時，大大提高了低優(yōu)先級業(yè)務的接納率，保障系統(tǒng)所接納業(yè)務之間帶寬分配的公平性，使得系統(tǒng)承載業(yè)務多樣化。
參考文獻
[1] LIN Y B, MOHAN S, NOERPEL A. Queueing priority channel assignment strategies for handoff and initial access for a PCS network[J]. IEEE Truns. on Veh. Technol., 1994,43(3):704-712.
[2] RAMJEE R, TOWSLEY D, NAGARAJAN R. On optimal call admission control in cellular networks[J]. Wireless Networks,1997,3(1):29-41.
[3] LI Bo, LI Yin, WANG K Y. An efficient and adaptive bandwidth allocation scheme for mobile wireless networks using a non-line local estimation technique[J]. Wireless Networks, 2001,7(1):107-116.
[4] VITERBO F, CHIASSERINI C F. Dynamic pricing for connection-oriented service in wireless networks[A].Indoor and Mobile Radio Communications[C]. USA, 2001:A68-A72.
[5] HOU Jiong Kuan, YANG Jie, PAPAVASSILIOU S. Papavassiliou. Integration of Pricing with Call Admission Control to Meet QoS Requirements in Cellular Networks[J]. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 2007,13(9):898-910.
[6] VASA R, LUMPE M, BRANCH P, et al. Comparative analysis of evolving software systems using the Gini coefficient[C].IEEE International Conference on Software Maintenance,Canada, 2009:179-188.