文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào)： 0258-7998(2010)09-0138-04
WiMAX無線網(wǎng)絡(luò)中，呼叫接納控制機(jī)制是保證服務(wù)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(yù)留機(jī)制切換連接請(qǐng)求的截止優(yōu)先權(quán)方式[1]、新連接按概率接納的分段預(yù)留信道方式[2]。資源預(yù)留機(jī)制以提高低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)拒絕率和降低系統(tǒng)資源利用率為代價(jià)，降低高優(yōu)先級(jí)的拒絕率，但設(shè)定的預(yù)留資源不能很好地適應(yīng)業(yè)務(wù)量的實(shí)時(shí)變化。KIM S等[3]提出的基于本地業(yè)務(wù)量的預(yù)測估計(jì)自適應(yīng)接納控制算法，不僅復(fù)雜度和代價(jià)較高，同時(shí)依賴于一定的流量模型,具體實(shí)施有一定的困難。Fmanuele[4]、Jiongkuan Hou[5]等分別把價(jià)格機(jī)制引入到呼叫接納控制機(jī)制算法中，有一定的借鑒意義。本文利用經(jīng)濟(jì)學(xué)概念，提出了一種基于基尼系數(shù)作為判決準(zhǔn)則的呼叫接納控制機(jī)制，使系統(tǒng)在繁忙時(shí)獲得最大效率。
1 Wimax業(yè)務(wù)QoS說明
WiMAX系統(tǒng)有詳盡的QoS參數(shù)設(shè)定，但其接納控制等策略則交由設(shè)備提供商自行決定。協(xié)議規(guī)定了4種業(yè)務(wù)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(wù)流建立時(shí)確定流傳輸?shù)淖钚∪淌軒抌min和最大滿意帶寬bmax，業(yè)務(wù)流被接納后實(shí)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(wù)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(gè)系統(tǒng)內(nèi)的服務(wù)類型繁多。接納控制算法要能夠?qū)Ψ倍嗟臉I(yè)務(wù)類型進(jìn)行統(tǒng)一的判決和管理，以參數(shù)區(qū)分業(yè)務(wù)類型。在優(yōu)先考慮高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的同時(shí)又要兼顧所承載業(yè)務(wù)的多樣化，保證各業(yè)務(wù)之間接納的公平性。
式(1)模型表示呼叫接納時(shí)系統(tǒng)帶寬分配的公平程度。因業(yè)務(wù)流的權(quán)重隨優(yōu)先級(jí)的增大呈指數(shù)增長，而高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)與低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)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(jí)業(yè)務(wù)的同時(shí)提高低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的接納率,保證各業(yè)務(wù)之間接納的公平性，同時(shí)提高系統(tǒng)帶寬利用率。
2.2 接納控制算法實(shí)現(xiàn)
假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中基站BS(Base Station)已接納的業(yè)務(wù)流數(shù)量為N，它為各業(yè)務(wù)流均預(yù)留其最大帶寬，最大帶寬總和為Σbi,max。設(shè)定帶寬門限bth和公平門限Gth時(shí)，Gth的設(shè)定需根據(jù)對(duì)各時(shí)期的基尼系數(shù)進(jìn)行大量統(tǒng)計(jì)，選取合適的基尼系數(shù)作為公平門限。若公平門限設(shè)置過大，則公平門限不起作用，各業(yè)務(wù)的接納率過高，將超過BS所能容納的最大業(yè)務(wù)數(shù)，使得BS在下行鏈路處理業(yè)務(wù)流的時(shí)間增加，各業(yè)務(wù)流延時(shí)劇增；若公平門限設(shè)定過小，則BS將對(duì)各業(yè)務(wù)流的接納進(jìn)行嚴(yán)格的限制,導(dǎo)致各類業(yè)務(wù)的接納率和帶寬利用率大大降低。對(duì)于新到達(dá)業(yè)務(wù)流fN+1，設(shè)其申請(qǐng)帶寬為[bN+1,min,bN+1,max],在總最大帶寬∑bi,max+bN+1,max≥bth時(shí)，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(fù)載比例系數(shù)?琢改變業(yè)務(wù)的到達(dá)率?姿，以此表征系統(tǒng)資源緊張程度。仿真時(shí)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(fù)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(fù)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?yàn)镃P算法始終按照最大帶寬要求進(jìn)行接納控制并預(yù)留帶寬，且不存在帶寬降級(jí)的情況，因此帶寬浪費(fèi)嚴(yán)重，而EDI算法根據(jù)當(dāng)前資源狀況，一開始為各業(yè)務(wù)預(yù)留帶寬很大，之后逐漸減小以接納更多的業(yè)務(wù)，最終每個(gè)業(yè)務(wù)的帶寬接近最小帶寬要求，因而隨著負(fù)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(wù)在大負(fù)載下，其接納率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于EDI算法的各業(yè)務(wù)的接納率，這是因?yàn)镃P算法在整個(gè)接納過程中始終為新到業(yè)務(wù)按照其最大帶寬要求預(yù)留帶寬，并且在已接納業(yè)務(wù)的總帶寬超過門限時(shí)，只接納高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)而拒絕低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，大大降低了低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的接納率。而EDI算法從每個(gè)業(yè)務(wù)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(duì)CP算法大大提高了低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的接納率。在系統(tǒng)資源緊張的時(shí)候，又能通過帶寬降級(jí)，以接納更多業(yè)務(wù)，這就使得各類業(yè)務(wù)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(jí)業(yè)務(wù)和低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的接納率的差距大大縮小了，這是因?yàn)镋DI算法為了保證接納的公平性，對(duì)能縮小收入差距的業(yè)務(wù)以較高概率接納，EDI模型中低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)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(jí)業(yè)務(wù)的接納率，提高低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的接納率，又因?yàn)榈蛢?yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的帶寬可調(diào)范圍大，接納后可動(dòng)態(tài)壓縮其帶寬為其他業(yè)務(wù)服務(wù)，可見接納更多的低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)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(fù)載的變化和當(dāng)前的帶寬資源狀況自適應(yīng)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(shí)，大大提高了低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的接納率，保障系統(tǒng)所接納業(yè)務(wù)之間帶寬分配的公平性，使得系統(tǒng)承載業(yè)務(wù)多樣化。
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