基于優(yōu)先級的IEEE802．16系統接納控制算法研究

摘要：鑒于IEEE802．16標準中未對接納控制機制提出定義，為了提高系統帶寬利用率，在分析現有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接納控制技術(shù)的基礎上，結合IEEE802．16的具體機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)的接納機制，該算法嚴格區分業(yè)務(wù)優(yōu)先級，為不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)預留帶寬，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 )模擬軟件對算法進(jìn)行了仿真和性能評估。結果表明，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(shí)性，同時(shí)在重負載情況下系統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(wú)線(xiàn)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)要提高系統利用率，為此需要引入有效的接納控制算法到無(wú)線(xiàn)資源管理機制中。IEEE802．16作為目前熱點(diǎn)寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，定義了MAC層和PHY層的機制。但是標準中對接納控制以及調度算法并沒(méi)有定義，只是采用簡(jiǎn)單的先到先服務(wù)機制，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 )在新連接申請建立的時(shí)刻根據新連接的業(yè)務(wù)特性(用流量參數表征)、服務(wù)質(zhì)量要求和網(wǎng)絡(luò )資源(帶寬，緩沖區)的當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，結合網(wǎng)絡(luò )的當前資源狀態(tài)，制定合適的接納控制機制，必須既保證新接入流的帶寬和時(shí)延等QoS要求，而且現有網(wǎng)絡(luò )中業(yè)務(wù)流的QoS能夠繼續保持。
目前無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )常用接納控制算法有，保護帶寬算法，基于門(mén)限算法等。保護帶寬算法是指系統為切換呼叫預留一些信道，即保護信道。如保護信道為C-K，當已有呼叫小于門(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)限基于系統的擁塞狀況而定義。當呼叫到達時(shí)，算法估計新呼叫對當前I值的影響δI。準則基于以下策略：I+δIIth。當這個(gè)條件滿(mǎn)足時(shí)，到達的呼叫被接納，否則被拒絕或加入到隊列。

1 IEEE802．16系統的QoS機制
1．1 IEEE802．16系統的業(yè)務(wù)類(lèi)型
IEEE802．16定義了2～66 GHz固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統的空中接口。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(gè)子信道，每個(gè)子信道包含若干子載波?？煞峙涞馁Y源不只時(shí)隙，還有子信道。筆者研究基于點(diǎn)對多點(diǎn)模式(即一個(gè)中心節點(diǎn)BS管理若干個(gè)子節點(diǎn)SS)，TDMA多址方式，物理層基于OFDM技術(shù)。
IEEE802．16是面向連接的，數據傳輸以及尋址是基于連接的，連接對應的服務(wù)流定義了連接的QoS參數，如時(shí)延，時(shí)延抖動(dòng)、最大可持續速率等。節點(diǎn)有業(yè)務(wù)傳輸時(shí)，須建立對應的連接，并激活服務(wù)流。
IEEE 802．16e標準中定義了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)、增強型實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)(ertPS)、實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)(rt PS)、非實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)(nrtPS)、盡力傳輸業(yè)務(wù)(BE)。不同業(yè)務(wù)對應不同的請求／授權機制，提供不同的QoS。根據實(shí)時(shí)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，選擇合適的接納控制算法。