提出了一種可變預(yù)留信道數(shù)方案，該方案計(jì)算在不同呼叫到達(dá)率下能達(dá)到最佳服務(wù)等級(jí)的預(yù)留信道數(shù)，將實(shí)時(shí)呼叫到達(dá)率反饋到系統(tǒng)中，呼叫接入控制針對(duì)不同的呼叫到達(dá)率設(shè)置不同的預(yù)留信道數(shù)，在新呼叫阻塞率和切換呼叫掉話(huà)率之間尋求平衡，以期達(dá)到最佳服務(wù)等級(jí)。通過(guò)對(duì)不同呼叫接入控制機(jī)制的仿真，驗(yàn)證了新的呼叫接入控制機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān) 鍵 詞 移動(dòng)通信; 呼叫接入控制; 服務(wù)質(zhì)量; 服務(wù)等級(jí)

呼叫接入控制(Call Admission Control, CAC)在無(wú)線(xiàn)資源管理中占有重要地位，是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)機(jī)制的重要組成部分。呼叫接入控制的一般原理是[1]：1) 系統(tǒng)必須有足夠的資源支持呼叫用戶(hù)的請(qǐng)求；2) 新用戶(hù)的加入不能影響已存在用戶(hù)的QoS。呼叫接入控制方案主要分為兩大類(lèi)[2]：預(yù)留信道方案和設(shè)置等待隊(duì)列方案，前者為切換呼叫設(shè)置專(zhuān)用的信道(靜態(tài)的或動(dòng)態(tài)的)[3,4]，后者當(dāng)呼叫發(fā)現(xiàn)無(wú)空閑信道時(shí)，不被立即阻塞而是先進(jìn)入隊(duì)列等待[4,5]，一旦有呼叫結(jié)束，隊(duì)列中的呼叫就可以得到服務(wù)。等待隊(duì)列方案由于需要排隊(duì)，更加適合非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的交互類(lèi)(Interactive Class)和背景類(lèi)(Background Class)業(yè)務(wù)[6]。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的會(huì)話(huà)類(lèi)(Conversational Class)業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，預(yù)留信道方案更加適合。此外，還有一些利用其他手段進(jìn)行接入控制的方法，如文獻(xiàn)[7]中提出根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的負(fù)載設(shè)置不同的費(fèi)率在小區(qū)內(nèi)廣播，通過(guò)費(fèi)率的變化來(lái)控制新用戶(hù)的接入請(qǐng)求。目前對(duì)于呼叫接入控制算法的研究主要集中在無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)方面，基于預(yù)留信道方案的CAC機(jī)制有4種[3]：1) 切換優(yōu)先機(jī)制：為切換呼叫預(yù)留一定數(shù)量的專(zhuān)用信道；2) 部分預(yù)留信道機(jī)制：對(duì)新呼叫按一定比例(可根據(jù)當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié))拒絕，以減輕系統(tǒng)負(fù)擔(dān)[8]；3) 指定切換專(zhuān)用信道；4) 限制新呼叫總數(shù)機(jī)制。
本文的研究對(duì)象是多個(gè)小區(qū)內(nèi)的對(duì)新發(fā)起的語(yǔ)音呼叫的接入控制。語(yǔ)音呼叫分為兩類(lèi)：新發(fā)起的語(yǔ)音呼叫和從相鄰小區(qū)發(fā)出切換請(qǐng)求的語(yǔ)音呼叫。由于用戶(hù)對(duì)通話(huà)過(guò)程中的掉話(huà)比對(duì)呼叫阻塞更為敏感，因此要為切換呼叫預(yù)留專(zhuān)用的信道。但設(shè)置切換專(zhuān)用信道在降低切換掉話(huà)率的同時(shí)也會(huì)增加呼叫阻塞率[1]，因此，如何設(shè)置預(yù)留信道數(shù)，在阻塞率和掉話(huà)率之間建立平衡是一個(gè)重要的問(wèn)題。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)度策略
雖然阻塞率和掉話(huà)率是此消彼長(zhǎng)的，但由于系統(tǒng)對(duì)新呼叫阻塞率和切換掉線(xiàn)率的要求不同，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)等級(jí)變量(Grade of Service，GoS) GoS = 10Pd+Pb，其中Pd 為切換掉線(xiàn)率；Pb為阻塞率[1]。
目前的預(yù)留信道機(jī)制大多采用固定切換專(zhuān)用信道數(shù)[7]，但是在本文提出的CAC機(jī)制基于指定切換專(zhuān)用信道機(jī)制，又結(jié)合了部分預(yù)留信道機(jī)制可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前呼叫到達(dá)率來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)切換專(zhuān)用信道數(shù)，即讓切換專(zhuān)用信道數(shù)自適應(yīng)于呼叫到達(dá)率λn(t)。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，系統(tǒng)分為3部分：呼叫計(jì)數(shù)器；最佳預(yù)留信道表和控制模塊。其中呼叫計(jì)數(shù)器對(duì)新呼叫進(jìn)行計(jì)數(shù)，達(dá)到一定的次數(shù)后根據(jù)計(jì)數(shù)所需時(shí)間算出當(dāng)前系統(tǒng)的新呼叫到達(dá)率λ = Cn/T，再將此λ發(fā)往最佳預(yù)留信道查詢(xún)表，該查詢(xún)表的作用是記錄在不同的呼叫到達(dá)率的情況下設(shè)置不同的預(yù)留信道數(shù)量K，以期達(dá)到最小的GoS值。最后，控制模塊根據(jù)當(dāng)前設(shè)置的預(yù)留信道數(shù)Cg和已用信道數(shù)Cu來(lái)決定是否接納該呼叫。由于用戶(hù)的平均切換時(shí)間和平均通話(huà)時(shí)間都是與時(shí)間無(wú)關(guān)的，因此切換呼叫的到達(dá)率與新呼叫到達(dá)率之間的關(guān)系也是恒定的。即整個(gè)CAC系統(tǒng)中唯一的變量就是當(dāng)前呼叫到達(dá)率λn(t)。但前提條件是用戶(hù)呼叫持續(xù)的時(shí)間和用戶(hù)在同一個(gè)小區(qū)內(nèi)停留的時(shí)間的分布服從相同的分布函數(shù)(分布函數(shù)的參數(shù)可以不同)，即近似服從指數(shù)分布[3, 7, 9]。在呼叫計(jì)數(shù)器中使用按次數(shù)計(jì)數(shù)主要是可以使系統(tǒng)對(duì)呼叫到達(dá)率的變化反應(yīng)更為敏感。如果采用定時(shí)上報(bào)，當(dāng)系統(tǒng)的呼叫到達(dá)率出現(xiàn)增加時(shí)，有可能因?yàn)檫€未到系統(tǒng)的上報(bào)時(shí)間而在一段時(shí)間內(nèi)使切換掉話(huà)率增加。而如果采用按次計(jì)時(shí)，可以利用呼叫到達(dá)率來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)呼叫上報(bào)時(shí)間間隔。在按次計(jì)時(shí)情況下，呼叫上報(bào)的時(shí)間間隔會(huì)隨呼叫到達(dá)率的增加而縮短。
最佳預(yù)留信道表既可以是根據(jù)預(yù)先仿真計(jì)算的結(jié)果而先寫(xiě)入的固定數(shù)據(jù)，也可以是一種算法，在運(yùn)行時(shí)再根據(jù)呼叫到達(dá)率計(jì)算得到最佳預(yù)留信道數(shù)，衡量最佳預(yù)留信道數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)是系統(tǒng)服務(wù)等級(jí)GoS，通過(guò)事先的仿真計(jì)算，算出在不同呼叫到達(dá)率的情況下使GoS值最小的預(yù)留信道數(shù)。在呼叫過(guò)程中，根據(jù)呼叫到達(dá)率的變化來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)小區(qū)的預(yù)留信道數(shù)，使系統(tǒng)在不同的呼叫到達(dá)率下均可以達(dá)到最佳GoS。GoS在理論上的取值為：
GoS(λn(t))=min(GoS(λn(t),K)) K=1,2,3,…
在實(shí)際應(yīng)用中，考慮系統(tǒng)對(duì)呼叫到達(dá)率的反應(yīng)時(shí)間，呼叫到達(dá)不均勻等原因會(huì)使實(shí)際GoS略大于理論值。
由于系統(tǒng)在拒絕呼叫時(shí)，要求被拒絕的呼叫應(yīng)均勻分布在普通用戶(hù)之間，因此在不同呼叫到達(dá)率情況下選擇預(yù)留信道數(shù)時(shí)不允許預(yù)留信道數(shù)一次增加超過(guò)2個(gè)。因?yàn)楫?dāng)跳躍式增加時(shí)可能會(huì)引起被拒絕的呼叫在時(shí)間上分布不均勻。如總信道數(shù)為C，t時(shí)刻預(yù)留信道數(shù)為N，t+1時(shí)刻預(yù)留信道數(shù)為N+3，在t時(shí)刻占用信道數(shù)大于C?N，在t+1時(shí)刻新呼叫被接納的條件是占用信道數(shù)小于C?N?3，即需要有至少3個(gè)呼叫結(jié)束才能接納新呼叫，可能造成在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)拒絕很多新呼叫。因此，在選擇預(yù)留信道數(shù)時(shí)不允許預(yù)留信道數(shù)一次增加超過(guò)2個(gè)。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體情況設(shè)置可否跳躍式增加或者最多允許一次增加幾個(gè)預(yù)留信道。而對(duì)于預(yù)留信道的減少則沒(méi)有限制。
假設(shè)每個(gè)呼叫都占用且僅占用一條信道，控制模塊決定接納該呼叫的依據(jù)是：對(duì)于一個(gè)新發(fā)起的呼叫，被接納須滿(mǎn)足的條件是：Cu2 系統(tǒng)模型
2.1 小區(qū)結(jié)構(gòu)模型
本文模擬多個(gè)小區(qū)內(nèi)的呼叫情況，為了便于仿真，目前采用的小區(qū)模型為兩個(gè)小區(qū)A和B，A小區(qū)用戶(hù)發(fā)起的切換切到B，B小區(qū)用戶(hù)發(fā)起的切換切到A。兩個(gè)小區(qū)新呼叫發(fā)起的頻率是相同的。每個(gè)小區(qū)有兩個(gè)呼叫流，一個(gè)是新呼叫流，另一個(gè)是從相鄰小區(qū)切換的流，如圖2所示。
2.2 呼叫模型
分析CAC方案效率的呼叫模型以及各種分布的參數(shù)為[7]：1) 每個(gè)小區(qū)的信道總數(shù)C = 40；2)每個(gè)呼叫占用且只占用1個(gè)信道；3) 每個(gè)呼叫(新呼叫和切換呼叫)的通話(huà)時(shí)長(zhǎng)服從以240 s為均值的指數(shù)分布，每個(gè)呼叫在一個(gè)小區(qū)內(nèi)停留的時(shí)間長(zhǎng)度服從以120 s為均值的指數(shù)分布；4) 新呼叫發(fā)起次數(shù)λn (t)為一個(gè)泊松過(guò)程，具體取值在參考文獻(xiàn)[7]中有描述；5) 由于在呼叫到達(dá)率λn(t)<0.10時(shí)，幾乎不會(huì)發(fā)生擁塞，因此這里只對(duì)文獻(xiàn)[7]中λn(t)>0.10的情況連續(xù)仿真兩遍。 切 換新呼叫新呼叫
圖2 小區(qū)模型結(jié)構(gòu)圖
3 仿真結(jié)果
用來(lái)衡量CAC方案的標(biāo)準(zhǔn)是GoS值。首先利用前面提出的呼叫模型通過(guò)仿真得到在不同呼叫到達(dá)率，不同固定預(yù)留信道數(shù)下的GoS值，如表1所示。再在每一種呼叫到達(dá)率下選擇一種使GoS最小的預(yù)留信道數(shù)，選擇的原則為：1) 相鄰的λn(t)之間預(yù)留信道數(shù)增加的時(shí)候最多一次增加2個(gè)預(yù)留信道；2) 在滿(mǎn)足條件1) 的前提下能做到在相同呼叫到達(dá)率下GoS值最?。?) 為了模擬預(yù)留信道數(shù)遞增的情況，取值時(shí)從呼叫到達(dá)率較低時(shí)開(kāi)始逐漸增加呼叫到達(dá)率；4) 在呼叫到達(dá)率λn(t)<0.10時(shí)，幾乎不會(huì)發(fā)生擁塞，取預(yù)留信道數(shù)為1；
5) 總的呼叫拒絕率要小于0.01，但是由于文獻(xiàn)[7]中采用了排隊(duì)的方式，對(duì)呼叫可以不立即拒絕，與本文所采取的機(jī)制不同，所以該要求可以不被滿(mǎn)足。