基于不同策略的聯合接納控制算法綜述

陳 駿， 劉立剛 ， 王 江， 譚國平

（1.河海大學 計算機與信息學院 通信與信息系統研究所，江蘇 南京 211100；2.上海無線通信研究中心 上海 200335）

隨著無線通信技術的不斷發展，多種無線接入技術（Radio Access Technology，RAT）長期共存與協作，如何利用多種RAT的不同特性，協同為用戶提供服務，就需要對無線資源管理進行研究與分析。然而，傳統無線資源管理是在有限帶寬的條件下，為網絡中的用戶提供業務服務質量保障，其只考慮單一的無線接入網絡或基于單一因素，并不能適應復雜、業務多樣性和具有多維特征的異構網絡。針對未來異構 網 絡 的 無 線 資 源 管 理 （Radio Resource Management，RRM），目前有通用無線資源管理（Common RRM，CRRM）與聯合無線資源管理（Joint RRM，JRRM），區別于傳統RRM功能實體分別定義了CRRM與JRRM功能實體，CRRM用來處理不同無線接入系統間及小區間的資源調度問題[1]，其中JRRM與傳統的RRM相比，能夠根據不同業務類型、網絡狀況及用戶偏好進行不同網絡間的聯合接納控制 （Joint Admission Control，JAC）、業務協同傳輸及聯合資源分配調度等[2]，以此提升用戶滿意度的同時，實現系統整體容量最大化目標。

在異構網絡中，如何根據業務類型、網絡狀況及用戶偏好等進行接納控制，使得用戶滿意率和資源利用率提升的目標。提出了一種新的分析方法，即基于不同的接納控制策略進行分類，并建立相應策略庫，根據策略選擇機制，對聯合接納控制算法進行分析，以阻塞率、中斷率、用戶滿意率及網絡資源利用率作為評判聯合接納控制算法的好壞。

1 不同的接納控制策略

1.1 接納控制策略概述

接納控制策略是根據一定的接納準則來判斷一個新的用戶業務接入請求是否能夠被系統所接納[3]。接納控制策略必須平衡新接入用戶業務的阻塞率和已接入用戶業務的中斷率，以保證接入用戶的連接質量的同時，使系統資源利用率達到最大化。

傳統的接納控制策略，無法做到多業務有效區分，以至于不能有效協調多網絡間的資源，從而不能很好地提升系統整體性能。在現有接納控制策略研究中，雖對不同用戶業務進行類型區分和網絡狀況考慮，但仍存在一些問題。多數接納控制策略以尋找最好接入網為目標，卻忽視最好的接入網不一定最適合當前用戶，這樣將造成網絡資源的浪費，并且容易觸發用戶終端進行網絡重選和頻繁發生切換，從而導致異構網絡場景中的“乒乓效應”[4]。所以，接納控制策略的選取應綜合考慮當前用戶與網絡實際情況，這樣可以盡量避免上述情況的發生。接納控制策略的設計好壞與否，不僅關系到用戶體驗和服務質量（Quality Of Service，QoS）的保障，還關系到異構無線網絡資源能否得到充分利用。

1.2 接納控制策略分類

對于用戶不同接入業務請求類型，應使用不同接納控制策略，每類接納控制策略側重點不同，其得到的結果就會有所差別。傳統的接納控制策略主要基于帶寬、功率、干擾、測量等較為單一的因素考慮[5]，而多模終端的出現與業務類型多樣性、多種RAT共存與協作的情況下，如何進行不同業務接納控制，就需要更加準確與多樣的接納控制策略。為此，提出對接納控制策略進行分類，并為后續建立相應策略庫提供參考，如表1所示。

表1 接納控制策略分類Tab.1 Classification of admission control strategies

從上述接納控制策略分類，可以清晰地看出，基于不同策略分類依據，對應不同適用情況，表現出不同優勢。接納控制策略從用戶層面來說，其根本目的是使用戶滿意度最大，即提高用戶QoS，從網絡層面來最大限度地提高網絡資源利用率，使其能為更多用戶提供服務。

1.3 接納控制策略庫

根據接納控制策略的分類，提出建立接納控制策略庫，用于記錄用戶業務分類及相應策略的數據庫在不同網絡狀態，通過制定不同接納控制策略，以協助接納控制、切換管理、資源聯合分配等功能的完成。在策略庫中選取相對應的接納策略，由聯合接納控制對用戶業務JAC請求進行判決，并為準許接納用戶業務選取適合的網絡進行接納（見圖1）。

圖1分析，策略判決點根據用戶業務請求、網絡狀況和用戶偏好等信息，在策略執行判決過程中，策略判決點從策略庫中提取接入控制的策略參數進行接納判決，把判決結果交由策略執行點執行。同時JAC實體，根據用戶業務服務需求和網絡動態監測、調整、協商和智能地設定，從而實現高度集中接納判決和接入控制，表現出基于接納控制策略優勢所在。

圖1 接納控制策略庫示意圖Fig.1 Admission control repository

1.4 接納控制策略選擇機制

為了更好地發揮策略庫效用，在此設定相應策略選擇機制，通過對異構網絡狀況的動態測量，結合預先對網絡狀態預測的非精確描述，實現對異構網絡當前狀況準確預測，以此來實現高性能、穩定度、可擴展的接納控制。

1.5 接納控制策略性能評估

根據不同的系統特征和用戶需求，不同的接納控制策略各有優劣，其性能評價指標主要有：業務阻塞率、切換中斷率、用戶滿意率及系統資源利用率。在確定無線接入網絡采用哪種接納控制策略，需要考慮以上幾個評價指標的同時，還需要對于不同系統與用戶需求，對實際情況與系統特性有所側重。

1.6 接納控制策略不足與改進

綜上可知，當新用戶業務請求到達時，多個網絡間進行資源協作，最終根據用戶業務請求信息和當前網絡狀況等參數，由JAC實體通過策略選擇機制，在策略庫中選取相應接納控制策略來決定是否接納，并選擇某一個網絡為用戶提供服務。所以，在用戶接入前期需要根據相應請求信息參數，設定相應的接納控制策略，且該策略應兼顧用戶服務質量和系統容量，并在二者之間做相應合理的折中。

2 策略使用下的聯合接納控制算法

2.1 異構網絡JAC場景

在異構無線網絡中，同樣存在單接入網絡系統容量有限問題，且需要考慮如何協同多接入網絡的問題。當新業務請求到達時，需要對業務進行接納控制，遵循怎樣的策略來判決是否接納當前業務請求，并為其選取適合網絡，是JAC算法研究內容，JAC場景（如圖2所示）。

圖2 異構網絡JAC場景Fig.2 Joint admission control in heterogeneous networks

該場景主要是不同的RAT協同為用戶提供服務，用戶發起業務請求，網絡根據請求信息，依據策略選擇機制，從策略庫中選擇相應接納控制策略，由JAC實體進行決策判決接納。

2.2 基于策略的JAC算法

2.2.1 基于自適應門限策略的JAC算法

文獻[6]提出了基于最優接入門限的聯合接納控制算法，該算法在維持切換優先級的同時，來保證切換中斷率低于預設值，以平衡不同區域中用戶QoS的差異，實現網絡阻塞率低的解決方案。在給定滿足一定業務請求目標的條件下，找到各個業務門限的門限值，使其自適應進行設定[7]。但最優門限的判斷與設定其分析較為單一，并未考慮到多業務共存的異構網絡環境，所以不能很好地在實際中應用。

在文獻[8]中，提出的負載均衡不是指網絡間完全的負載均衡，而是事先設定一個負載門限，當網絡間負載差值在容忍范圍內且低于門限值時，就不會觸發網絡間負載均衡策略。但最好的方式是，根據網絡反饋的信息，采用自適應門限策略，使得門限值可以動態調整，同時各個網絡具有很高的穩定性。

2.2.2 基于業務策略的JAC算法

文獻[9]，依據業務類型不同，對業務進行優先級劃分，基于優先級與業務降級的接納控制策略，可分為自身業務降級和降級其它業務。該策略不僅保證高優先級業務的QoS，還能兼顧到低優先級業務的有效接入，從總體上提高用戶的滿意度，另外所有業務協同共享系統資源，使得系統資源利用率也隨之提升。

2.2.3 基于分層策略的JAC算法

分層策略是假定用戶不能獲得支持高層次所需的必要資源，則通過通信端協商接受一個較底層次（較少資源需求）的接納，而不是直接被拒絕用戶請求。分層系統設計目標之一是如何在各層之間進行負載均衡的問題，在減小微蜂窩層的切換次數同時，增加宏蜂窩層的資源利用率，就需要根據分層系統的特點不同，需要在各層設計不同的接納控制策略相應算法。

2.2.4 基于交互策略的JAC算法

基于系統的即時狀態，逐一對門限值設定，直到用戶接納或拒絕為止，在交互策略中基于約束功率算法，對用戶剛接入時的功率控制約束最強，然后接入用戶的功率控制約束逐漸減弱，直到用戶被容許接入或拒絕。可以看出，交互接納算法允許用戶與系統交互，并且監視和預測用戶被完全接納將對系統產生的影響。

2.2.5 基于混合策略的JAC算法

基于混合策略的JAC算法，是同時采用了基于測量和統計的方法，這樣避免了單獨采用瀏覽量與統計所帶來的不確定性。對通信系統的研究中，為了尋求性能和可行性之間的良好平衡點，引出一種混合策略模式。另外，對用戶接入請求的評估是在對系統的傳輸情況進行預測基礎上完成，接入請求評估準則是每個蜂窩內多用戶干擾必須小于一定的門限。

2.2.6 基于區域區分策略的JAC算法

區域區分可以劃分為局部的、半局部的、全局的，其中局部是指接納控制算法僅僅根據本地測量信息來進行判斷，而不與其它區域進行信息交互；全局是定期地在各區域間交互信息，有接納控制從整理去做出判決，而不是像局部一樣僅考慮當地用戶性能。

文獻[10]提出的基于帶寬預留策略中，預先對帶寬門限值進行設定，并且周期更新閾值。接入控制策略分為兩部分，一部分是避免用戶在系統重載情況下重復發送接入請求的動態概率閾值設置；另一部分是網絡側接收到用戶接入請求后，根據接入選擇結果進行網間協調；但這兩種方式都有弊端，所以折中提出了半局部接納控制算法。對不同QoS需求或者等級的業務設置不同的閾值，且對閾值根據網絡情況周期更新，也就是讓信息在某一區域范圍內交換信息，以減少信令開銷。

2.2.7 基于重分配策略的JAC算法

重分配策略是假定系統不能獲得支持用戶申請的優先級較高的QoS所需的必要資源，則降低一些已接納低優先級用戶的服務。文獻[11]中，提出的給每個用戶分配網絡資源，根據負載均衡策略，在保持負載平衡的同時，實現更好的用戶滿意度。異構網絡目的在于充分發揮各網絡的優勢，互相彌補不足，通過均衡各網絡間負載，接納更多的用戶請求，為用戶提供更好的服務。

2.2.8 基于多屬性策略的JAC算法

文獻[12]提出了多屬性決策策略，實質是利用己有的決策信息通過一定的方式對多個決策候選方案進行排序，并根據排序結果進行擇優采納。根據各屬性判斷復雜程度及決策結果的準確性不同，將選用不同的判決策略，這樣針對不同屬性集合選取不同接納控制策略，在考慮多屬性同時能夠有效利用起相應接納控制策略。

2.3 JAC算法總結

在異構無線環境下，不同接入網絡的資源可用性、業務特征及用戶偏好等多方面參數，通過接納控制策略庫，對聯合接納控制綜合考慮多種接入判決參數，決策過程從傳統的單一屬性最優化問題變成多屬性決策問題。

異構無線網絡的接納控制策略都著重強調網間協調，當用戶業務請求到達時，多個網絡進行資源協同分配，最終根據業務特征和網絡性能決定某一個網絡為用戶提供接入服務，而在用戶接入前期，應設定必要的接納控制策略。針對不同業務的接入情況，可以防止高優先級業務的QoS下降及網絡負載過重，并避免用戶不斷發送接入請求而惡化系統性能。相信基于策略庫的無線資源管理系統能夠充分發揮它簡單而集中的管理成效，用戶也將在未來的網絡中得到更為廣泛、更為高質量的服務。

3 下一步發展與研究方向

基于策略庫的接納控制，很好地在聯合接納控制算法中得到體現，同時拓展了接納控制策略在異構網絡中的應用，但由于需要各網絡周期性地上報當前網絡狀況并需要及時更新，這樣可能會帶來部分決策效率過低，對判決實時性得不到很好的保障。

在未來的無線通信網絡中，策略庫還能有效應用到無線資源管理里面，這將更好地為系統的資源管理提供借鑒，在很大程度上是有利于系統整體資源優化配置。另外，不應該忽視用戶所在的駐留網絡，因為駐留網絡相當于聯合接納控制的一個前導及判別功能，能很好地收集來自用戶終端發送的業務請求和當前網絡狀況，為聯合接納控制實體減輕對業務和網絡狀況的判決與協同工作，同時有利于提升了聯合接納控制實體的效率。

4 結 論

綜上所述，基于不同的接納控制策略，有利于聯合接納控制算法的研究和與性能分析，并在兩者之間以策略選擇機制為聯接點，較好地體現了策略庫所起的作用。由于事先根據相應策略分類建立策略庫，這樣便于快速對用戶業務請求做出決策，同時為JAC判決提供依據。但在實際應用中，應該對多網絡間的業務處理所帶來的時延過大及信令交互過多的問題進行考慮，這樣才能更好地提升用戶滿意度，使系統資源得到有效利用，并且給整體網絡帶來更好的穩定性。

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