基于優先級的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，在分析現有無線網絡接納控制技術的基礎上，結合IEEE802．16的具體機制提出了一種基于業務優先級的接納控制算法。相比于先到先服務的接納機制，該算法嚴格區分業務優先級，為不同優先級業務預留帶寬，以保證實時業務的服務質量(QoS)要求。利用NS2網絡模擬軟件對算法進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先級業務的實時性，同時在重負載情況下系統帶寬利用率有了明顯提高。
關鍵詞：IEEE802．16；服務質量；接納控制；業務優先級

無線網絡的日益發展使得其能夠支持各種類型的業務，因此需要保證各類業務的QoS，同時要提高系統利用率，為此需要引入有效的接納控制算法到無線資源管理機制中。IEEE802．16作為目前熱點寬帶無線接入技術，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有定義，只是采用簡單的先到先服務機制，具體優化留給了開發者。
按照ITU-T和ATM論壇的定義，接納控制是網絡在新連接申請建立的時刻根據新連接的業務特性(用流量參數表征)、服務質量要求和網絡資源(帶寬，緩沖區)的當前狀況對是否接納此連接申請做出決策。考慮請求流的特性和資源需求，結合網絡的當前資源狀態，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延等QoS要求，而且現有網絡中業務流的QoS能夠繼續保持。
目前無線網絡常用接納控制算法有，保護帶寬算法，基于門限算法等。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。這些門限基于系統的擁塞狀況而定義。當呼叫到達時，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。當這個條件滿足時，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系統的業務類型
IEEE802．16定義了2～66 GHz固定寬帶無線接入系統的空中接口。定義了Mesh網和PMP兩種組網方式。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。可分配的資源不只時隙，還有子信道。筆者研究基于點對多點模式(即一個中心節點BS管理若干個子節點SS)，TDMA多址方式，物理層基于OFDM技術。
IEEE802．16是面向連接的，數據傳輸以及尋址是基于連接的，連接對應的服務流定義了連接的QoS參數，如時延，時延抖動、最大可持續速率等。節點有業務傳輸時，須建立對應的連接，并激活服務流。
IEEE 802．16e標準中定義了5種不同的業務類型，它們分別為：主動授予業務(UGS)、增強型實時輪詢業務(ertPS)、實時輪詢業務(rt PS)、非實時輪詢業務(nrtPS)、盡力傳輸業務(BE)。不同業務對應不同的請求／授權機制，提供不同的QoS。根據實時性的要求，定義優先級依次遞減。UGS業務優先級最高，BE優先級最低。主要特性如表1所示。考慮不同業務的QoS參數，選擇合適的接納控制算法。