接入控制機制的未來研究方向

1、接入控制機制的未來研究方向-重連接情況下蜂窩移動通信網(wǎng)接入控制的研究通信與信息系統(tǒng) 高萌 1301021接入控制(CAC, Connection /call Admission Control)是蜂窩移動通信網(wǎng)無線資源管理中的重要組成部分，其主要作用是對接入系統(tǒng)的各種業(yè)務流進行控制，通過合理地利用有限的資源，在保證網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有業(yè)務流QoS的同時，滿足新接入的用戶所要求的QoS，或者盡力減小接入業(yè)務流對現(xiàn)有業(yè)務流QoS的影響，從而有效地避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，保證各類業(yè)務的QoS。對于第三代無線通信系統(tǒng)的接入控制機制的研究仍在進行中，下面介紹一種接入控制機制的未來的研究方向-重連接情況下蜂窩移動通信網(wǎng)接入控

2、制的究。1. 課題背景為了提高無線通信系統(tǒng)的容量以適應寬帶業(yè)務的需求，未來無線通信系統(tǒng)將向微小區(qū)/微微小區(qū)的架構(gòu)發(fā)展。這樣，無線網(wǎng)絡(luò)的資源稀缺性和用戶的移動性問題將顯得更為突出，一部分用戶的連接請求不可避免的會被阻塞或者被強行中止，這時，用戶往往會選擇重連接，但是，重連接會給網(wǎng)絡(luò)的性能帶來負面影響，這也是蜂窩移動通信網(wǎng)接入控制中不可忽視的現(xiàn)象。雖然關(guān)于重連接情況的分析，國外的學者做了很多貢獻，提出了不少資源分配的方法。如Sunghyun Choi和 Kang G.Shin在提出了一種預測和自適應相結(jié)合的帶寬預留和接入控制方案；Sooyeon Kim2等設(shè)計了一種基于優(yōu)先級的自適應無線多媒體服務

3、接入控制算法；宋梅3等也對基于 QoS 的寬帶無線接入控制進行了研究。但是那些文獻都沒有在接入控制上將重連接請求與新的連接請求作與區(qū)分?；谝陨媳尘?，提出了“重連接情況下蜂窩移動通信網(wǎng)接入控制研究”這一研究方向，其旨在研究重連接情況對蜂窩移動通信網(wǎng)的性能及其用戶QoS的影響，并試圖提出可行的算法，以提高用戶的QoS和系統(tǒng)資源的利用率，因此具有重要意義。2. 研究目標和研究內(nèi)容2.1研究目標該課題主要研究具有一般意義的蜂窩通信網(wǎng)的呼叫接入控制算法，并針對重連接的情況進行了分析，主要研究目標為：1）對有重連接和無重連接模型下的系統(tǒng)進行比較。2）提出可行的算法，以提高重連接情況下無線小區(qū)的系統(tǒng)性能。

4、2.2 研究內(nèi)容1）通過仿真分析比較有重連接和無重連接模型下的系統(tǒng)性能，并說明重連接對網(wǎng)絡(luò)性能及用戶QoS的影響。2）提出了基于排隊論知識的四優(yōu)先級和三優(yōu)先級的重連接優(yōu)先接入控制算法，并提出了一次重連接阻塞率、二次重連接阻塞率、重連接阻塞率、非重連接阻塞率以及小區(qū)總阻塞率等指標來評價算法性能。3）提出了基于三優(yōu)先級的重連接優(yōu)先接入控制算法的門限信道自適應算法，該算法能在小區(qū)負載變化的情況下動態(tài)調(diào)整門限信道的個數(shù)，從而在保證用戶獲得預定QoS的前提下，充分提高系統(tǒng)資源的利用率。3. 重連接網(wǎng)絡(luò)模型描述存在排隊現(xiàn)象主要因素為某些資源、設(shè)備或空間（場地）的有限性以及人們對它們的需求。如呼叫接入控制就

5、是由于信道資源的有限性和用戶對信道的需求而產(chǎn)生的。排隊系統(tǒng)可以歸結(jié)為顧客與服務窗口之間的一種服務關(guān)系。如圖3.1所示。重連接網(wǎng)絡(luò)模型是在排隊模型的基礎(chǔ)上建立起來的。在考慮重連接情況時，假設(shè)受阻塞或者掉線的用戶會等待一段時間后會以一定概率重新發(fā)起連接，此時可將小區(qū)的連接請求來源分為四部分：小區(qū)內(nèi)新連接請求（發(fā)起于本小區(qū)），新連接的重連接請求（被阻塞的新連接）切換連接請求（通話時從外小區(qū)移動過來連接請求），切換重連接請求（掉線的切換請求）。重連接排隊網(wǎng)絡(luò)模型如圖3.2所示。模型參數(shù)意義：n新連接到達強度 h 切換連接到達強度1/n 新連接在該小區(qū)內(nèi)通信持續(xù)時間的平均值1/h 切換連接在該小區(qū)內(nèi)通信

6、持續(xù)時間的平均值C 小區(qū)信道容量個數(shù)G 小區(qū)內(nèi)保護信道個數(shù)（所謂保護信道是指在小區(qū)中預留出一部分信道專門供切換連接使用）Nn 小區(qū)內(nèi)新連接被阻塞的門限信道數(shù)（Nn=C-G）an 新連接被阻塞用戶的重連接概率ah 掉線用戶重連接概率1/rn 阻塞用戶重連接間隔時間平均值1/rh 掉線用戶重連接間隔時間平均值4. 四優(yōu)先級重連接優(yōu)先接入算法由于降低重連接的阻塞率，能夠減少重連接給小區(qū)性能帶來的負面影響。因此，據(jù)據(jù)排隊論的知識，可以通過提高某一用戶的優(yōu)先級來實現(xiàn)降低該用戶的阻塞率?；谶@樣的思路，假設(shè)小區(qū)內(nèi)的接入控制模塊能夠識別不同的連接請求類型，提出的四優(yōu)先級的重連接優(yōu)先控制（FRPA）算法流程圖

7、如圖4.1所示。      這里假設(shè)所有用戶所需的通信帶寬均只需要一個信道。FRPA算法描述為：切換請求與切換重連接請求的優(yōu)先級最高，只有當小區(qū)內(nèi)的所有信道都被占用時，這些請求才被拒絕；其次是本小區(qū)第二次重連接請求，當有C-Srg（稱Srg為二次重連接信道差額）個以上的信道（包括C-Srg個）被占用時，第二次重連接被拒絕，否則請求被接收；優(yōu)先級為第三的為本小區(qū)第一次重連接請求，當有C-Frg（稱Frg為一次重連接信道差額）個以上信道（包括C-Frg個）被占用時，第一次重連接被拒絕，否則請求被拒絕；小區(qū)內(nèi)的新連接請求的優(yōu)先級最低，當有C

8、-G個以上的信道（包括C-G個）被占用時，連接請求被拒絕，否則請求被接收。這些參數(shù)間的關(guān)系為：C>G>Frg>Srg,設(shè)任意時刻小區(qū)信道被占用數(shù)為Ogn。5. 三優(yōu)先級重連接優(yōu)先接入算法考慮到四優(yōu)先級法需要多次更改連接請求，為了簡化算法，進而提出三優(yōu)先級重連接優(yōu)先接入控制(TRPA）算法。其算法流程圖如圖5.1所示。TRPA算法流程算法描述為：優(yōu)先級最高的是算法規(guī)定切換請求與切換重連接，只有當小區(qū)中所有的信道全被占用時，這些請求才被拒絕；其次是新連接的重連接請求，當Nr個以上的信道（包括Nr個）被占用時，新連接的重連接請求被拒絕，否則請求被接收；優(yōu)先級最低的是新連接請求，當有

9、Nn個以上的信道（包括Nn個）被占用時，新連接請求被拒絕，否則請求被接收；設(shè)任意時刻小區(qū)信道被占用數(shù)為Ogn。6. 基于三優(yōu)先級重連接優(yōu)先接入算法的門限信道自適應算法在三優(yōu)先級重連接優(yōu)先接入算法的基礎(chǔ)上，采用門限信道自適應算法，在小區(qū)負載變化的情況下自動調(diào)整門限信道的個數(shù)，從而在保證用戶獲得預定的QoS的前提下，提高系統(tǒng)資源的利用率。該算法的參數(shù)如下：:門限信道更新的時間間隔u，d:調(diào)節(jié)系數(shù)，均小于1d：Nr和Nn的差（d=Nr-Nn）,大于1H:在過去r時間段內(nèi)的切換用戶請求數(shù)Dh：在過去r時間段內(nèi)掉線的切換用戶數(shù)Ph：切換掉線率門限值算法描述如下所述：仿真初試化時，Nr-Nn=d；在每一個

10、時間間隔的末尾，執(zhí)行如下操作：if（Dh/H>=u*Ph）      if（Nn）1）  Nr=Nr-1； Nn=Nn-1；      else if（Dh/H<=u*Ph） if（Nn<C-1）  Nr=Nr+1； Nn=Nn+；本算法規(guī)定Nr和Nn之間的差值d是固定，且每隔一段固定時間后，根據(jù)這段時間內(nèi)的切換掉線率更新Nn和Nr。Nr的最大值為C-1，即至少為切換用戶和切換重連接用戶預留出一個信道，Nr的最小值為1

11、+d；Nd的最大值為C-1-d，最小值為1其中.r值的選取要適當，u和d反映了更新的上限和下限。參考文獻：1 Chio S, Shin K G. Adaptive bandwidth reservation and admission control inQoS-sensitive cellular networks. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 2002, 13(9):8828972 Kwon T, Kim S, Choi Y, et al. Threshold-type call admission control in wireless/mobile multimedia networks using prioritised adaptive framework. Electronics Letters, 2000, 36(9):8528543 宋梅，侯春萍. 基于 QoS 的寬帶無線接入控制的研究. 北京郵電大學學報，2001,24(4):67714 彭木根，王文博. 無線資源管理與3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化. 北京：人民郵電出版社，2008.5. 80-815 陸傳賚. 排隊論. 第