提出了一種可變預(yù)留信道數(shù)方案，該方案計算在不同呼叫到達率下能達到最佳服務(wù)等級的預(yù)留信道數(shù)，將實時呼叫到達率反饋到系統(tǒng)中，呼叫接入控制針對不同的呼叫到達率設(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率之間尋求平衡，以期達到最佳服務(wù)等級。通過對不同呼叫接入控制機制的仿真，驗證了新的呼叫接入控制機制的優(yōu)點。
關(guān) 鍵 詞 移動通信; 呼叫接入控制; 服務(wù)質(zhì)量; 服務(wù)等級

呼叫接入控制(Call Admission Control, CAC)在無線資源管理中占有重要地位，是無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)機制的重要組成部分。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的請求；2) 新用戶的加入不能影響已存在用戶的QoS。呼叫接入控制方案主要分為兩大類[2]：預(yù)留信道方案和設(shè)置等待隊列方案，前者為切換呼叫設(shè)置專用的信道(靜態(tài)的或動態(tài)的)[3,4]，后者當呼叫發(fā)現(xiàn)無空閑信道時，不被立即阻塞而是先進入隊列等待[4,5]，一旦有呼叫結(jié)束，隊列中的呼叫就可以得到服務(wù)。等待隊列方案由于需要排隊，更加適合非實時的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如第三代移動通信系統(tǒng)中的交互類(Interactive Class)和背景類(Background Class)業(yè)務(wù)[6]。對于實時性要求較高的會話類(Conversational Class)業(yè)務(wù)來說，預(yù)留信道方案更加適合。此外，還有一些利用其他手段進行接入控制的方法，如文獻[7]中提出根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當前的負載設(shè)置不同的費率在小區(qū)內(nèi)廣播，通過費率的變化來控制新用戶的接入請求。目前對于呼叫接入控制算法的研究主要集中在無線接入網(wǎng)方面，基于預(yù)留信道方案的CAC機制有4種[3]：1) 切換優(yōu)先機制：為切換呼叫預(yù)留一定數(shù)量的專用信道；2) 部分預(yù)留信道機制：對新呼叫按一定比例(可根據(jù)當時網(wǎng)絡(luò)狀況動態(tài)調(diào)節(jié))拒絕，以減輕系統(tǒng)負擔[8]；3) 指定切換專用信道；4) 限制新呼叫總數(shù)機制。
本文的研究對象是多個小區(qū)內(nèi)的對新發(fā)起的語音呼叫的接入控制。語音呼叫分為兩類：新發(fā)起的語音呼叫和從相鄰小區(qū)發(fā)出切換請求的語音呼叫。由于用戶對通話過程中的掉話比對呼叫阻塞更為敏感，因此要為切換呼叫預(yù)留專用的信道。但設(shè)置切換專用信道在降低切換掉話率的同時也會增加呼叫阻塞率[1]，因此，如何設(shè)置預(yù)留信道數(shù)，在阻塞率和掉話率之間建立平衡是一個重要的問題。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)度策略
雖然阻塞率和掉話率是此消彼長的，但由于系統(tǒng)對新呼叫阻塞率和切換掉線率的要求不同，移動網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)等級變量(Grade of Service，GoS) GoS = 10Pd+Pb，其中Pd 為切換掉線率；Pb為阻塞率[1]。
目前的預(yù)留信道機制大多采用固定切換專用信道數(shù)[7]，但是在本文提出的CAC機制基于指定切換專用信道機制，又結(jié)合了部分預(yù)留信道機制可以動態(tài)調(diào)節(jié)的優(yōu)點。系統(tǒng)可以根據(jù)當前呼叫到達率來動態(tài)調(diào)節(jié)切換專用信道數(shù)，即讓切換專用信道數(shù)自適應(yīng)于呼叫到達率λn(t)。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，系統(tǒng)分為3部分：呼叫計數(shù)器；最佳預(yù)留信道表和控制模塊。其中呼叫計數(shù)器對新呼叫進行計數(shù)，達到一定的次數(shù)后根據(jù)計數(shù)所需時間算出當前系統(tǒng)的新呼叫到達率λ = Cn/T，再將此λ發(fā)往最佳預(yù)留信道查詢表，該查詢表的作用是記錄在不同的呼叫到達率的情況下設(shè)置不同的預(yù)留信道數(shù)量K，以期達到最小的GoS值。最后，控制模塊根據(jù)當前設(shè)置的預(yù)留信道數(shù)Cg和已用信道數(shù)Cu來決定是否接納該呼叫。由于用戶的平均切換時間和平均通話時間都是與時間無關(guān)的，因此切換呼叫的到達率與新呼叫到達率之間的關(guān)系也是恒定的。即整個CAC系統(tǒng)中唯一的變量就是當前呼叫到達率λn(t)。但前提條件是用戶呼叫持續(xù)的時間和用戶在同一個小區(qū)內(nèi)停留的時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]。在呼叫計數(shù)器中使用按次數(shù)計數(shù)主要是可以使系統(tǒng)對呼叫到達率的變化反應(yīng)更為敏感。如果采用定時上報，當系統(tǒng)的呼叫到達率出現(xiàn)增加時，有可能因為還未到系統(tǒng)的上報時間而在一段時間內(nèi)使切換掉話率增加。而如果采用按次計時，可以利用呼叫到達率來動態(tài)調(diào)節(jié)呼叫上報時間間隔。在按次計時情況下，呼叫上報的時間間隔會隨呼叫到達率的增加而縮短。
最佳預(yù)留信道表既可以是根據(jù)預(yù)先仿真計算的結(jié)果而先寫入的固定數(shù)據(jù)，也可以是一種算法，在運行時再根據(jù)呼叫到達率計算得到最佳預(yù)留信道數(shù)，衡量最佳預(yù)留信道數(shù)的標準是系統(tǒng)服務(wù)等級GoS，通過事先的仿真計算，算出在不同呼叫到達率的情況下使GoS值最小的預(yù)留信道數(shù)。在呼叫過程中，根據(jù)呼叫到達率的變化來動態(tài)調(diào)節(jié)小區(qū)的預(yù)留信道數(shù)，使系統(tǒng)在不同的呼叫到達率下均可以達到最佳GoS。GoS在理論上的取值為：
GoS(λn(t))=min(GoS(λn(t),K)) K=1,2,3,…
在實際應(yīng)用中，考慮系統(tǒng)對呼叫到達率的反應(yīng)時間，呼叫到達不均勻等原因會使實際GoS略大于理論值。
由于系統(tǒng)在拒絕呼叫時，要求被拒絕的呼叫應(yīng)均勻分布在普通用戶之間，因此在不同呼叫到達率情況下選擇預(yù)留信道數(shù)時不允許預(yù)留信道數(shù)一次增加超過2個。因為當跳躍式增加時可能會引起被拒絕的呼叫在時間上分布不均勻。如總信道數(shù)為C，t時刻預(yù)留信道數(shù)為N，t+1時刻預(yù)留信道數(shù)為N+3，在t時刻占用信道數(shù)大于C?N，在t+1時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個呼叫結(jié)束才能接納新呼叫，可能造成在一個時間段內(nèi)拒絕很多新呼叫。因此，在選擇預(yù)留信道數(shù)時不允許預(yù)留信道數(shù)一次增加超過2個。在實際應(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預(yù)留信道。而對于預(yù)留信道的減少則沒有限制。
假設(shè)每個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：對于一個新發(fā)起的呼叫，被接納須滿足的條件是：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)模型為兩個小區(qū)A和B，A小區(qū)用戶發(fā)起的切換切到B，B小區(qū)用戶發(fā)起的切換切到A。兩個小區(qū)新呼叫發(fā)起的頻率是相同的。每個小區(qū)有兩個呼叫流，一個是新呼叫流，另一個是從相鄰小區(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) 每個小區(qū)的信道總數(shù)C = 40；2)每個呼叫占用且只占用1個信道；3) 每個呼叫(新呼叫和切換呼叫)的通話時長服從以240 s為均值的指數(shù)分布，每個呼叫在一個小區(qū)內(nèi)停留的時間長度服從以120 s為均值的指數(shù)分布；4) 新呼叫發(fā)起次數(shù)λn (t)為一個泊松過程，具體取值在參考文獻[7]中有描述；5) 由于在呼叫到達率λn(t)<0.10時，幾乎不會發(fā)生擁塞，因此這里只對文獻[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
用來衡量CAC方案的標準是GoS值。首先利用前面提出的呼叫模型通過仿真得到在不同呼叫到達率，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)增加的時候最多一次增加2個預(yù)留信道；2) 在滿足條件1) 的前提下能做到在相同呼叫到達率下GoS值最??；3) 為了模擬預(yù)留信道數(shù)遞增的情況，取值時從呼叫到達率較低時開始逐漸增加呼叫到達率；4) 在呼叫到達率λn(t)<0.10時，幾乎不會發(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[7]中采用了排隊的方式，對呼叫可以不立即拒絕，與本文所采取的機制不同，所以該要求可以不被滿足。