呼叫接纳控制

呼叫接纳控制（精选3篇）

呼叫接纳控制 篇1

Wi MAX无线网络中,呼叫接纳控制机制是保证服务质量Qo S(Quality of Service)的关键。目前已有大量的呼叫接纳控制算法被提出,典型的有:利用资源预留机制切换连接请求的截止优先权方式[1]、新连接按概率接纳的分段预留信道方式[2]。资源预留机制以提高低优先级业务拒绝率和降低系统资源利用率为代价,降低高优先级的拒绝率,但设定的预留资源不能很好地适应业务量的实时变化。KIM S等[3]提出的基于本地业务量的预测估计自适应接纳控制算法,不仅复杂度和代价较高,同时依赖于一定的流量模型,具体实施有一定的困难。Fmanuele[4]、Jiongkuan Hou[5]等分别把价格机制引入到呼叫接纳控制机制算法中,有一定的借鉴意义。本文利用经济学概念,提出了一种基于基尼系数作为判决准则的呼叫接纳控制机制,使系统在繁忙时获得最大效率。

1 Wimax业务Qo S说明

Wi MAX系统有详尽的Qo S参数设定,但其接纳控制等策略则交由设备提供商自行决定。协议规定了4种业务流Qo S类型:UGS、rt PS、nrt PS、BE,其类型特征如表1所示。发起端在业务流建立时确定流传输的最小忍受带宽bmin和最大满意带宽bmax,业务流被接纳后实际获得的带宽介于bmin和bmax之间,并且可由系统的带宽分配策略来调整所获得带宽的大小。

不同业务类型、不同传输速率,以及切换连接与新连接的区别,使同一个系统内的服务类型繁多。接纳控制算法要能够对繁多的业务类型进行统一的判决和管理,以参数区分业务类型。在优先考虑高优先级业务的同时又要兼顾所承载业务的多样化,保证各业务之间接纳的公平性。

2 基于基尼系数的呼叫接纳控制机制

2.1 呼叫接纳模型的建立

基尼系数(Gini Coefficient)是意大利经济学家基尼于1912年提出的[6],用以定量测定收入分配差异程度的分析指标。本文从Wi MAX系统业务角度出发,引入基尼系数作为呼叫接纳控制的判决依据,保证各业务之间接纳的公平性,由于Wi MAX系统呼叫接纳控制机制的目标是在提高接纳率的同时,有效利用系统资源,因此利用基尼系数作为判决依据是合理的。设业务的带宽范围为[bi,min,bi,max],业务的优先级为pi,其中i为业务流Qo S类型,各业务流所获得的带宽由系统带宽分配策略决定。设系统总带宽为btotal,第i类业务的第j个业务流分配带宽为bi,j,因BE业务所需带宽极小,所以这里不考虑BE业务,只考虑UGS、rt PS、nrt PS业务。定义第i类业务的第j个业务流权重wi,j=epi,则其呼叫接纳时所需带宽Ai,j=wi,jbi,j=epibi,j,若系统已接纳业务流个数为N,将所有业务流的带宽分配以升序排列得到序列x1,x2,…,xN,其平均带宽分配为,则基于基尼系数的呼叫接纳模型为:

式(1)模型表示呼叫接纳时系统带宽分配的公平程度。因业务流的权重随优先级的增大呈指数增长,而高优先级业务与低优先级业务的带宽要求差距小于其权重之间的差距,模型将在优先接纳高优先级业务的同时提高低优先级业务的接纳率,保证各业务之间接纳的公平性,同时提高系统带宽利用率。

2.2 接纳控制算法实现

假设网络中基站BS(Base Station)已接纳的业务流数量为N,它为各业务流均预留其最大带宽,最大带宽总和为蒡bi,max。设定带宽门限bth和公平门限Gth时,Gth的设定需根据对各时期的基尼系数进行大量统计,选取合适的基尼系数作为公平门限。若公平门限设置过大,则公平门限不起作用,各业务的接纳率过高,将超过BS所能容纳的最大业务数,使得BS在下行链路处理业务流的时间增加,各业务流延时剧增;若公平门限设定过小,则BS将对各业务流的接纳进行严格的限制,导致各类业务的接纳率和带宽利用率大大降低。对于新到达业务流fN+1,设其申请带宽为[bN+1,min,bN+1,max],在总最大带宽∑bi,max+bN+1,max≥bth时,采用基于基尼系数的接纳控制。接纳控制算法流程如图1所示。

(1)当∑bi,max+bN+1,max≤bth时,系统资源空闲,新到业务100%接纳。

(2)当∑bi,min+bN+1,min>btotal时,系统饱和,拒绝接纳新到业务。

(3)当∑bi,max+bN+1,max≥bth且∑bi,min+bN+1,min≤btotal时,系统资源紧张,首先判断是否需要带宽降级,若bth≤∑bi,min+bN+1,min≤btotal,则无需带宽降级,直接启动接纳控制算法。若∑bi,max+bN+1,max≥btotal,则需先对已存在的业务流进行带宽降级,减小之前为其预留的最大带宽,然后再启动接纳控制算法。

接纳控制算法启动后按以下流程进行:

(1)首先求出当前未接纳新业务流时系统的基尼系数Gongoing和预接纳新业务流后系统的基尼系数Gnew,其中业务流实际获得的带宽由系统的带宽分配策略决定,这里假设采用均匀分配策略。

(2)当Gongoing>Gth时,系统应接纳能降低系统带宽分配不公平性的业务流,且根据对不公平性的降低幅度来决定接纳概率,选择经过修正的Sigmoid函数作为接纳概率函数:

当Gonging≤Gth时,系统应接纳使系统收入分配公平值不超过公平阈值的业务流,且根据此时的公平值与公平阈值的接近程度来决定接纳概率,选择经过修正的Sigmoid函数作为接纳概率函数:

系数a1,b1,c1和a2,b2,c2满足式(2)当Gth≤Gnew≤Gongoing时概率P1∈(0,1)且在x1∈(0,1)内单调增,满足式(3)当Gonging≤Gnew≤Gth时概率P2∈(0,1)且在x2∈(0,1)且在内单调减。

(3)最后根据接纳概率P来决定是否接纳新到业务,用服从均匀分布的随机数产生器产生0~1之间的随机数α,取接纳概率P和拒绝概率1-P两者的最大值,并与概率0和1组合成累积概率区间[0,max(P,1-P)]和(max(P,1-P),1],当α∈[0,max(P,1-P)]时,若max(P,1-P)=P,则接纳该业务,反之则拒绝该业务;当α∈(max(P,1-P),1)]时,若max(P,1-P)=P,则拒绝该业务,反之则接纳该业务。

3 仿真及性能分析

选用Matlab作为仿真工具,按照Wi MAX的Qo S设定,模拟1个SS连接到1个BS,SS产生UGS、rt PS、nrt PS业务,其优先级p={5,4,3},以均值λ={2,2,4}个/s的泊松分布产生。各业务的服务时间服从均值为1/μ=5 s的指数分布,最大带宽bmax={0.2,0.3,0.6}Mbit/s,最小带宽bmin=δbmax,其中δ={1,0.8,0.5}。系统总带宽btotal为75 Mb/s,带宽门限bth=0.8btotal,基尼门限Gth=0.4,仿真时间为50 s,接纳概率公式中,取a1=a2=6,b1=b2=2,c1=-1,c2=0。系统对已接纳的业务采取均匀带宽分配策略,当出现带宽降级时,采取降低已接纳业务流的最大带宽的方法。

仿真通过调节负载比例系数α改变业务的到达率λ,以此表征系统资源紧张程度。仿真时将典型的截止优先算法(以下简称CP算法)与本文提出的带宽分配公平算法(以下简称EDI算法)做比较。

如图2所示,EDI算法的平均带宽利用率从负载比例系数为4处开始大于截止优先算法的带宽利用率,且随着负载的增大,CP算法的带宽利用率增长缓慢,而E-DI算法的带宽利用率将趋近于100%。这是因为CP算法始终按照最大带宽要求进行接纳控制并预留带宽,且不存在带宽降级的情况,因此带宽浪费严重,而EDI算法根据当前资源状况,一开始为各业务预留带宽很大,之后逐渐减小以接纳更多的业务,最终每个业务的带宽接近最小带宽要求,因而随着负载的增大其带宽利用率比CP算法要高很多。

从图3和图4来看,CP算法的UGS、rt PS、nrt PS业务在大负载下,其接纳率均远远小于EDI算法的各业务的接纳率,这是因为CP算法在整个接纳过程中始终为新到业务按照其最大带宽要求预留带宽,并且在已接纳业务的总带宽超过门限时,只接纳高优先级业务而拒绝低优先级业务,大大降低了低优先级业务的接纳率。而EDI算法从每个业务的收入出发,在保证系统带宽分配公平化的原则下,相对CP算法大大提高了低优先级业务的接纳率。在系统资源紧张的时候,又能通过带宽降级,以接纳更多业务,这就使得各类业务的接纳率都能有明显的提升。从图5和图6又可看出,高优先级业务和低优先级业务的接纳率的差距大大缩小了,这是因为EDI算法为了保证接纳的公平性,对能缩小收入差距的业务以较高概率接纳,EDI模型中低优先级业务的带宽是最低的,为了避免带宽分配差距的拉开,EDI算法将限制高优先级业务的接纳率,提高低优先级业务的接纳率,又因为低优先级业务的带宽可调范围大,接纳后可动态压缩其带宽为其他业务服务,可见接纳更多的低优先级业务从带宽分配公平的角度和带宽利用率的角度来看都是有意义的。

本文提出的算法可以根据系统负载的变化和当前的带宽资源状况自适应地改变接纳策略。相比典型的截止优先算法,新算法在提高系统平均带宽利用率的同时,大大提高了低优先级业务的接纳率,保障系统所接纳业务之间带宽分配的公平性,使得系统承载业务多样化。

摘要：提出一种在WiMAX系统资源紧张时,使接纳率和资源利用率最大化的呼叫接纳控制CAC(Call Admission Control)算法。算法基于经济学概念,利用基尼系数(Gini Coefficient)给出了接纳控制模型,并用修正的sigmoid函数计算接纳概率。根据接纳概率决定是否接纳新到业务。仿真结果表明,算法与典型的截止优先权算法相比,在系统繁忙时系统接纳率和资源利用率都有较大提高。

关键词：WiMAX,呼叫接纳控制,基尼系数,接纳概率

参考文献

[1]LIN Y B,MOHAN S,NOERPEL A.Queueing priority channel assignment strategies for handoff and initial access for a PCS network[J].IEEE Truns.on Veh.Technol.,1994,43(3):704-712.

[2]RAMJEE R,TOWSLEY D,NAGARAJAN R.On optimal call admission control in cellular networks[J].Wireless Networks,1997,3(1):29-41.

[3]LI Bo,LI Yin,WANG K Y.An efficient and adaptive bandwidth allocation scheme for mobile wireless networks using a non-line local estimation technique[J].Wireless Networks,2001,7(1):107-116.

[4]VITERBO F,CHIASSERINI C F.Dynamic pricing for connection-oriented service in wireless networks[A].Indoor and Mobile Radio Communications[C].USA,2001:A68-A72.

[5]HOU Jiong Kuan,YANG Jie,PAPAVASSILIOU S.Pap-avassiliou.Integration of Pricing with Call Admission Con-trol to Meet QoS Requirements in Cellular Networks[J].IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems,2007,13(9):898-910.

[6]VASA R,LUMPE M,BRANCH P,et al.Comparative analysis of evolving software systems using the Gini coeffi-cient[C].IEEE International Conference on Software Main-tenance,Canada,2009:179-188.

呼叫接纳控制 篇2

课程设计的目的

学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行台车呼叫运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题能力。

课程设计题目

台车呼叫系统：在一生产线上有八个施工点，一个物料台车，每一个施工

点有一个呼叫开关。当没人呼叫时，可呼叫指示灯亮。当有一工位呼叫时，可呼叫指示灯灭，同时台车向呼叫位运动；到达呼叫点后，台车停30S供使用，在此期间其他工位不可呼叫。当30S后，其他工位可呼叫，可呼叫指示灯亮。当呼叫位在台车位置上面时，运动电机正转，下面时，运动电机翻转。

课程设计的内容

1）设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等； 2）系统有启动、停止功能；

3）运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序； 4）程序结构与控制功能自行创新设计； 5）进行系统调试，实现台车呼叫的控制要求。

系统总体方案设计

1系统硬件配置及组成原理

为了区别，工位依1～8编号并各设一个限位开关。每个工位设一呼车按钮，系统设启动按钮和停机按钮各1个，台车设正反转接触器各1个，由于各工位呼车指示灯同时动作，故各工位均使用同一个呼车指示灯。系统布置图如图1所示。

图1系统布置图

整个系统由电源控制电路、按键呼叫控制电路、工作指示灯显示电路、台车控制电路、可编程控制器PLC五部分组成。由电源控制电路提供整个系统的能源，由可编程控制器PLC来读取按键的状态，再经过处理来控制工作指示灯和台车的运动状态。如图2所示。

图2系统组成图

2、系统变量定义及分配表 系统变量定义

I为输入继电器，输入继电器位于PLC的输入过程映像寄存器区其外部有一对物理的输入端子与之对应，该触点用于接受并存储外部输入的开关信号，当外部的开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。常开和常闭软触点可以在编程中任意使用，次数不受限制。

Q为输出继电器，输出继电器位于PLC的输处过程映像寄存器区其外部有一对物理的输出端子与之对应。它的作用是具有一常开触点用于向外部负载发送信号，每一输出继电器的常开硬触点与可编程控制器的一个输出点相连直接驱动负载，它也提供了无数的常开和常闭软触点用于编程。在此程序中小车电动机的正转、反转和可呼车指示均由输出继电器控制。

M为通用辅助继电器，它位于PLC存储器的位存储区，它是由软件来实现的，用于状态暂存，移位辅助运算及赋予特殊功能的一类编程元

件，其作用类似于继电接触控制系统中的中间继电器，它在PLC中没有外部的输入端子或输出端子与之对应，因此不受外部信号的直接控制其触点也不能直接驱动外部负载。绝大多数的继电器线圈由用户程序驱动。

T为定时器，定时器是可编程序控制器中的重要的编程软件，是累计时间增量的内部器件。使用时要提前输入时间设定值，当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值按一定的时间单位从0开始增加，当定时器的当前值达到设定值则触点动作。利用定时器的触点就可以完成所需要的定时控制任务。在课程设计中用到了T37断开延时定时器。I/O分配

根据控制要求，系统的输入信号有：启动信号、停止信号，1号位-8 号位的限位开关STl—ST8，1号位-8号位的呼叫开关SB1～SB8;系统的输出信号有：前进控制电机接触器驱动信号、后退控制电机接触器驱动信号，可呼叫指示灯信号。共需实际输入点数18个，输出点数4个。因实际PLC控制台的输入口不够用，所以限位开关用PLC的I/O口，启动、停止及呼叫控制用触摸屏编写。系统的I/O分配表如表所示：

控制系统设计

1、控制程序流程图设计

流程图主要由过程动作、有向连线、转换条件组成。过程与动作：顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个相连的阶段，这些阶段称为过程。过程是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一个过程之内，各输出量的ON/OFF状态不变。但是相邻两过程输出量的状态是不同的。过程的这种划分使代表各过程的编程元件的状态与各输出量之间的逻辑关系极为简单。当系统正处于某一过程所在的阶段时，该过程处于活动状态，称该过程为“活动”过程。

2、控制程序设计思路

如果小车先在高位时，小车依次停止在ST8~ST1位置，梯形图中并联各低位开关，当低位呼车时，由于给位置线圈对应的常开触点自锁，各低位呼车无效，再串联各呼车位的常闭线圈，使其他位呼车无效，各低位的开关依次减少，如果小车先在低位时，也是按上述接梯形图。按下系统启动。起互锁作用，得电，按下，小车向SB8驶去，同时到这7个限位开关互锁，其他呼车按钮失效，也起互锁作用，电动机正转到8号位，到达时定时器开始计时，时间为30s，定时时间到，T37打开，其他呼车按钮恢复作用,小车开始等待响应下一个呼车信号。同理，电动机反转时，停车时间为30s，定时时间到，T37打开，其他呼车按钮恢复作用。电动机既不正转也不反转，并且没用工位使用台车，那么可呼车指示灯亮。

程序设计

1、PLC程序设计

呼叫接纳控制 篇3

关键词：无线移动网,呼叫接纳控制,模型

无线移动网络的发展方便了人们的生活, 为了使人们的生活更加的便利, 无线移动网络正在原有业务的基础上开发更多的业务, 或者将原有业务进行升级, 呼叫接纳控制就是一种在原有业务上升级的业务。为了使呼叫接纳控制更能适应现代社会的发展, 笔者在此就总结了无线移动网中的呼叫接纳控制模型。

1 与适应性带宽分配相融合的模型

因为当前的无线网资源并不丰富, 为了解决这一问题, 适应性带宽这个理念产生了, 而这里所说的适应性简单的说就是如果现在拥有的带宽与用户需要的最小带宽相比还要少很多时, 那么, 就要检查一下小区中的基站, 看看基础的连接是否正常, 呼叫是否正常, 有没有出现降级的现象, 如果呼叫被降级, 尽管呼叫速率非常低, 但是能够保证比所需的最低速率要高一些, 这样就可能将不使用的一小部分带宽, 用作接入呼叫使用。之后小区基站就可以利用新的带宽对原有数据库进行有效的更新, 这样更新数据库是否原因接受上述的呼叫请求, 就要看基站目前应用的带宽。经过相关事件表明, 如果利用多媒体, 那么, 容忍性能非常好, 对于短时间出现的波动能够快速的适应, 而主要采用的工具就是编解码器或者视频流等。所以, 可以充分利用多媒体这种优势, 提升无线网的性能, 尤其是在容量方面。

利用多媒体来完成呼叫控制, 也传统的方法有很多的优势, 比如传统的方法在信道被占用之后, 就不能接纳呼叫, 而多媒体就不一样, 如果出现信道全部占用, 但是接收到呼叫请求的现象, 第一步要做的就是查看基站连接是否正常, 然后再查看基站有没有能够降低的带宽, 如果有, 就可以对其进行降级, 将多出的带宽用于接纳呼叫, 如果没有才拒绝接纳呼叫。

在这种模型中, 应用层的作用很大, 为了能够让其有更多的时间适应带宽的变化, 通常情况下, 都是通过多级借用带宽的方法。很多的专家学者都对这种方法进行了有效的研究分析。虽然使用这种方法有很多的优势, 但是也要注意因为如果随意或者多次对连接中的服务质量进行降低, 会引起用户的不满, 进而不再使用该网络系统, 这样就会给企业带来信誉和经济上的损失。所以说, 如何将用户的利益和企业的经济效益有效的结合起来, 达到最佳平衡点, 是目前需要研究和解决的主要问题。

2 队列和适应性带宽相结合的CAC模型

上文中, 笔者谈到如果基站的信道全部被占用, 而且带宽也没有可以降低的, 这时就不能接纳呼叫, 但是往往会出现这样的情况, 就是呼叫刚刚被拒绝, 基站中的带宽马上就可以降级了, 有了剩余的资源, 但是也不能接纳呼叫了, 再加之, OC本身的敏感性就不强, 而且HC在切换呼叫的过程中本身就要消耗一定的时间, 在这段时间中很可能就有新的呼叫, 但是却不能接纳, 所以在这种状态下, 引进一定的缓冲机制是非常有优势的, 这就大大降低了呼叫堵塞的机率, 而且多媒体本身也有很强的适应性, 所以引进一定的缓冲机制很有作用。

将这一机制引入到无线移动网中, 得到了很多专家学者的支持, 并且对其进行了有效的研究。在个人通信服务 (PCS) 网中引入缓冲呼叫请求的机制, 并采用等待超时的办法进行仿真, 他们发现呼叫请求缓冲对超时分布不敏感, 但这一结论可能只对特定的网络负载有效。很多专家学者又提出一种新的用来缓冲切换呼叫的多队列机制, 并考虑两种服务类型 (语音和数据) 和两种用户移动性 (高移动性和低移动性) 。通过选择在队列中的最小等待时间和采用基于延迟的优先级队列 (DDPQ) , 与FIFO方法相比, 切换丢弃率减少40%。但相关学者并未对新到呼叫作任何考虑。也有学者研究了切换呼叫在缓冲区中的实际等待时间和新到呼叫的实际接入时间 (holding time) , 其中, 新到呼叫和切换呼叫到达过程与目标小区内的呼叫数有关, 其主要贡献在于, 证明了新到呼叫的实际接入时间为指数分布并依赖于呼叫到达过程, 他们给出了分析模型以获得实际呼叫接入时间分布的一般公式, 这对采用固定等待时间的缓冲区分析很有利。

专家学者提出两种缓冲机制, 采用单一缓冲区对OC和HC进行缓冲。但是, 采用单一队列对OC和HC进行缓冲, 面对现今流量混合、需满足各种各样Qo S需求的局面就难以适应, 因此, 很难应用于适应性带宽分配的多媒体系统中去。有关研究对带有有限队列的分级蜂窝系统进行了研究 (每一小区均有两个队列, 分别用于缓存OC和HC) , 用多维马尔可夫链和信号流图导出了呼叫阻塞率和丢弃率, 以及宏小区和微小区中进入队列的呼叫的等待时间, 结果表明, 采用呼叫缓冲机制和守卫信道策略能够降低CBP和CDP。因为对OC和HC采用不同的队列, 用连续时间马尔可夫链进行分析, 导出了独立模式下的CBP和CDP。

3 基于经济学理论的接纳控制模型

在基于经济学理论的接纳控制模型中, 一般是价格随着网络状态而变化, 当网络趋于拥塞时, 通过提高价格来影响用户的行为, 对网络流量进行平滑, 最终达到避免拥塞的目的。

有关研究提出了无线通信系统中面向连接服务的动态价格机制, 将用户需求和呼叫持续时间作为服务价格的函数, 采用标准的马尔可夫技术, 推导出一种简单易于控制的最优的线性价格策略, 并与统一价格 (flat pricing) 机制进行了对比, 其策略能有效地利用可用带宽, 增加网络运营者的收入, 并提高用户的Qo S。

4 结论

综上所述, 可知对无线移动网中的呼叫接纳控制模型进行分析很重要, 因为如果按照传统的呼叫控制机制, 很多的呼叫因为信道的问题, 不能得到有效的接纳, 使得很多的呼叫被丢弃, 也严重影响了无线移动网性能的发挥。目前研究和使用的这几种模型都得到了专家学者的认可, 随着无线移动网络技术的发展, 会有更多更有效率的呼叫接纳控制模型被研究出来, 以提高无线移动网的性能。本文是笔者对无线移动网中呼叫接纳控制模型多年研究经验的总结, 希望为无线移动网中的发展提供借鉴。

参考文献

[1]张雪.多媒体无线网中QoS降级的公平性研究[J].通信学报, 2007 (05) .

[2]张雪.基于价格机制的无线网自适应接纳控制算法[J].中国工程科学, 2006 (04) .