基于优先级的IEEE802．16系统接纳控制算法研究

摘要：鉴于IEEE802．16标准中未对接纳控制机制提出定义，为了提高系统带宽利用率，在分析现有无线网络接纳控制技术的基础上，结合IEEE802．16的具体机制提出了一种基于业务优先级的接纳控制算法。相比于先到先服务的接纳机制，该算法严格区分业务优先级，为不同优先级业务预留带宽，以保证实时业务的服务质量(QoS)要求。利用NS2网络模拟软件对算法进行了仿真和性能评估。结果表明，本接纳控制算法可以较好地保障高优先级业务的实时性，同时在重负载情况下系统带宽利用率有了明显提高。
关键词：IEEE802．16；服务质量；接纳控制；业务优先级

无线网络的日益发展使得其能够支持各种类型的业务，因此需要保证各类业务的QoS，同时要提高系统利用率，为此需要引入有效的接纳控制算法到无线资源管理机制中。IEEE802．16作为目前热点宽带无线接入技术，定义了MAC层和PHY层的机制。但是标准中对接纳控制以及调度算法并没有定义，只是采用简单的先到先服务机制，具体优化留给了开发者。
按照ITU-T和ATM论坛的定义，接纳控制是网络在新连接申请建立的时刻根据新连接的业务特性(用流量参数表征)、服务质量要求和网络资源(带宽，缓冲区)的当前状况对是否接纳此连接申请做出决策。考虑请求流的特性和资源需求，结合网络的当前资源状态，制定合适的接纳控制机制，必须既保证新接入流的带宽和时延等QoS要求，而且现有网络中业务流的QoS能够继续保持。
目前无线网络常用接纳控制算法有，保护带宽算法，基于门限算法等。保护带宽算法是指系统为切换呼叫预留一些信道，即保护信道。如保护信道为C-K，当已有呼叫小于门限K时，则所有新呼叫都可以被接纳，大于门限K时只有切换呼叫能够被接纳。基于门限接纳的执行基于资源I的可用性，目的是保持I中的每一个元素小于门限向量Ith。这些门限基于系统的拥塞状况而定义。当呼叫到达时，算法估计新呼叫对当前I值的影响δI。准则基于以下策略：I+δIIth。当这个条件满足时，到达的呼叫被接纳，否则被拒绝或加入到队列。

1 IEEE802．16系统的QoS机制
1．1 IEEE802．16系统的业务类型
IEEE802．16定义了2～66 GHz固定宽带无线接入系统的空中接口。定义了Mesh网和PMP两种组网方式。MAC层的多址方式可以是TDMA，对于OFDMA的物理层，MAC可以采用OFDMA的多址方式。OFDMA将所有可用的载波分多个子信道，每个子信道包含若干子载波。可分配的资源不只时隙，还有子信道。笔者研究基于点对多点模式(即一个中心节点BS管理若干个子节点SS)，TDMA多址方式，物理层基于OFDM技术。
IEEE802．16是面向连接的，数据传输以及寻址是基于连接的，连接对应的服务流定义了连接的QoS参数，如时延，时延抖动、最大可持续速率等。节点有业务传输时，须建立对应的连接，并激活服务流。
IEEE 802．16e标准中定义了5种不同的业务类型，它们分别为：主动授予业务(UGS)、增强型实时轮询业务(ertPS)、实时轮询业务(rt PS)、非实时轮询业务(nrtPS)、尽力传输业务(BE)。不同业务对应不同的请求／授权机制，提供不同的QoS。根据实时性的要求，定义优先级依次递减。UGS业务优先级最高，BE优先级最低。主要特性如表1所示。考虑不同业务的QoS参数，选择合适的接纳控制算法。