基于不同策略的联合接纳控制算法综述

陈 骏， 刘立刚 ， 王 江， 谭国平

（1.河海大学 计算机与信息学院 通信与信息系统研究所，江苏 南京 211100；2.上海无线通信研究中心 上海 200335）

随着无线通信技术的不断发展，多种无线接入技术（Radio Access Technology，RAT）长期共存与协作，如何利用多种RAT的不同特性，协同为用户提供服务，就需要对无线资源管理进行研究与分析。然而，传统无线资源管理是在有限带宽的条件下，为网络中的用户提供业务服务质量保障，其只考虑单一的无线接入网络或基于单一因素，并不能适应复杂、业务多样性和具有多维特征的异构网络。针对未来异构 网 络 的 无 线 资 源 管 理 （Radio Resource Management，RRM），目前有通用无线资源管理（Common RRM，CRRM）与联合无线资源管理（Joint RRM，JRRM），区别于传统RRM功能实体分别定义了CRRM与JRRM功能实体，CRRM用来处理不同无线接入系统间及小区间的资源调度问题[1]，其中JRRM与传统的RRM相比，能够根据不同业务类型、网络状况及用户偏好进行不同网络间的联合接纳控制 （Joint Admission Control，JAC）、业务协同传输及联合资源分配调度等[2]，以此提升用户满意度的同时，实现系统整体容量最大化目标。

在异构网络中，如何根据业务类型、网络状况及用户偏好等进行接纳控制，使得用户满意率和资源利用率提升的目标。提出了一种新的分析方法，即基于不同的接纳控制策略进行分类，并建立相应策略库，根据策略选择机制，对联合接纳控制算法进行分析，以阻塞率、中断率、用户满意率及网络资源利用率作为评判联合接纳控制算法的好坏。

1 不同的接纳控制策略

1.1 接纳控制策略概述

接纳控制策略是根据一定的接纳准则来判断一个新的用户业务接入请求是否能够被系统所接纳[3]。接纳控制策略必须平衡新接入用户业务的阻塞率和已接入用户业务的中断率，以保证接入用户的连接质量的同时，使系统资源利用率达到最大化。

传统的接纳控制策略，无法做到多业务有效区分，以至于不能有效协调多网络间的资源，从而不能很好地提升系统整体性能。在现有接纳控制策略研究中，虽对不同用户业务进行类型区分和网络状况考虑，但仍存在一些问题。多数接纳控制策略以寻找最好接入网为目标，却忽视最好的接入网不一定最适合当前用户，这样将造成网络资源的浪费，并且容易触发用户终端进行网络重选和频繁发生切换，从而导致异构网络场景中的“乒乓效应”[4]。所以，接纳控制策略的选取应综合考虑当前用户与网络实际情况，这样可以尽量避免上述情况的发生。接纳控制策略的设计好坏与否，不仅关系到用户体验和服务质量（Quality Of Service，QoS）的保障，还关系到异构无线网络资源能否得到充分利用。

1.2 接纳控制策略分类

对于用户不同接入业务请求类型，应使用不同接纳控制策略，每类接纳控制策略侧重点不同，其得到的结果就会有所差别。传统的接纳控制策略主要基于带宽、功率、干扰、测量等较为单一的因素考虑[5]，而多模终端的出现与业务类型多样性、多种RAT共存与协作的情况下，如何进行不同业务接纳控制，就需要更加准确与多样的接纳控制策略。为此，提出对接纳控制策略进行分类，并为后续建立相应策略库提供参考，如表1所示。

表1 接纳控制策略分类Tab.1 Classification of admission control strategies

从上述接纳控制策略分类，可以清晰地看出，基于不同策略分类依据，对应不同适用情况，表现出不同优势。接纳控制策略从用户层面来说，其根本目的是使用户满意度最大，即提高用户QoS，从网络层面来最大限度地提高网络资源利用率，使其能为更多用户提供服务。

1.3 接纳控制策略库

根据接纳控制策略的分类，提出建立接纳控制策略库，用于记录用户业务分类及相应策略的数据库在不同网络状态，通过制定不同接纳控制策略，以协助接纳控制、切换管理、资源联合分配等功能的完成。在策略库中选取相对应的接纳策略，由联合接纳控制对用户业务JAC请求进行判决，并为准许接纳用户业务选取适合的网络进行接纳（见图1）。

图1分析，策略判决点根据用户业务请求、网络状况和用户偏好等信息，在策略执行判决过程中，策略判决点从策略库中提取接入控制的策略参数进行接纳判决，把判决结果交由策略执行点执行。同时JAC实体，根据用户业务服务需求和网络动态监测、调整、协商和智能地设定，从而实现高度集中接纳判决和接入控制，表现出基于接纳控制策略优势所在。

图1 接纳控制策略库示意图Fig.1 Admission control repository

1.4 接纳控制策略选择机制

为了更好地发挥策略库效用，在此设定相应策略选择机制，通过对异构网络状况的动态测量，结合预先对网络状态预测的非精确描述，实现对异构网络当前状况准确预测，以此来实现高性能、稳定度、可扩展的接纳控制。

1.5 接纳控制策略性能评估

根据不同的系统特征和用户需求，不同的接纳控制策略各有优劣，其性能评价指标主要有：业务阻塞率、切换中断率、用户满意率及系统资源利用率。在确定无线接入网络采用哪种接纳控制策略，需要考虑以上几个评价指标的同时，还需要对于不同系统与用户需求，对实际情况与系统特性有所侧重。

1.6 接纳控制策略不足与改进

综上可知，当新用户业务请求到达时，多个网络间进行资源协作，最终根据用户业务请求信息和当前网络状况等参数，由JAC实体通过策略选择机制，在策略库中选取相应接纳控制策略来决定是否接纳，并选择某一个网络为用户提供服务。所以，在用户接入前期需要根据相应请求信息参数，设定相应的接纳控制策略，且该策略应兼顾用户服务质量和系统容量，并在二者之间做相应合理的折中。

2 策略使用下的联合接纳控制算法

2.1 异构网络JAC场景

在异构无线网络中，同样存在单接入网络系统容量有限问题，且需要考虑如何协同多接入网络的问题。当新业务请求到达时，需要对业务进行接纳控制，遵循怎样的策略来判决是否接纳当前业务请求，并为其选取适合网络，是JAC算法研究内容，JAC场景（如图2所示）。

图2 异构网络JAC场景Fig.2 Joint admission control in heterogeneous networks

该场景主要是不同的RAT协同为用户提供服务，用户发起业务请求，网络根据请求信息，依据策略选择机制，从策略库中选择相应接纳控制策略，由JAC实体进行决策判决接纳。

2.2 基于策略的JAC算法

2.2.1 基于自适应门限策略的JAC算法

文献[6]提出了基于最优接入门限的联合接纳控制算法，该算法在维持切换优先级的同时，来保证切换中断率低于预设值，以平衡不同区域中用户QoS的差异，实现网络阻塞率低的解决方案。在给定满足一定业务请求目标的条件下，找到各个业务门限的门限值，使其自适应进行设定[7]。但最优门限的判断与设定其分析较为单一，并未考虑到多业务共存的异构网络环境，所以不能很好地在实际中应用。

在文献[8]中，提出的负载均衡不是指网络间完全的负载均衡，而是事先设定一个负载门限，当网络间负载差值在容忍范围内且低于门限值时，就不会触发网络间负载均衡策略。但最好的方式是，根据网络反馈的信息，采用自适应门限策略，使得门限值可以动态调整，同时各个网络具有很高的稳定性。

2.2.2 基于业务策略的JAC算法

文献[9]，依据业务类型不同，对业务进行优先级划分，基于优先级与业务降级的接纳控制策略，可分为自身业务降级和降级其它业务。该策略不仅保证高优先级业务的QoS，还能兼顾到低优先级业务的有效接入，从总体上提高用户的满意度，另外所有业务协同共享系统资源，使得系统资源利用率也随之提升。

2.2.3 基于分层策略的JAC算法

分层策略是假定用户不能获得支持高层次所需的必要资源，则通过通信端协商接受一个较底层次（较少资源需求）的接纳，而不是直接被拒绝用户请求。分层系统设计目标之一是如何在各层之间进行负载均衡的问题，在减小微蜂窝层的切换次数同时，增加宏蜂窝层的资源利用率，就需要根据分层系统的特点不同，需要在各层设计不同的接纳控制策略相应算法。

2.2.4 基于交互策略的JAC算法

基于系统的即时状态，逐一对门限值设定，直到用户接纳或拒绝为止，在交互策略中基于约束功率算法，对用户刚接入时的功率控制约束最强，然后接入用户的功率控制约束逐渐减弱，直到用户被容许接入或拒绝。可以看出，交互接纳算法允许用户与系统交互，并且监视和预测用户被完全接纳将对系统产生的影响。

2.2.5 基于混合策略的JAC算法

基于混合策略的JAC算法，是同时采用了基于测量和统计的方法，这样避免了单独采用浏览量与统计所带来的不确定性。对通信系统的研究中，为了寻求性能和可行性之间的良好平衡点，引出一种混合策略模式。另外，对用户接入请求的评估是在对系统的传输情况进行预测基础上完成，接入请求评估准则是每个蜂窝内多用户干扰必须小于一定的门限。

2.2.6 基于区域区分策略的JAC算法

区域区分可以划分为局部的、半局部的、全局的，其中局部是指接纳控制算法仅仅根据本地测量信息来进行判断，而不与其它区域进行信息交互；全局是定期地在各区域间交互信息，有接纳控制从整理去做出判决，而不是像局部一样仅考虑当地用户性能。

文献[10]提出的基于带宽预留策略中，预先对带宽门限值进行设定，并且周期更新阈值。接入控制策略分为两部分，一部分是避免用户在系统重载情况下重复发送接入请求的动态概率阈值设置；另一部分是网络侧接收到用户接入请求后，根据接入选择结果进行网间协调；但这两种方式都有弊端，所以折中提出了半局部接纳控制算法。对不同QoS需求或者等级的业务设置不同的阈值，且对阈值根据网络情况周期更新，也就是让信息在某一区域范围内交换信息，以减少信令开销。

2.2.7 基于重分配策略的JAC算法

重分配策略是假定系统不能获得支持用户申请的优先级较高的QoS所需的必要资源，则降低一些已接纳低优先级用户的服务。文献[11]中，提出的给每个用户分配网络资源，根据负载均衡策略，在保持负载平衡的同时，实现更好的用户满意度。异构网络目的在于充分发挥各网络的优势，互相弥补不足，通过均衡各网络间负载，接纳更多的用户请求，为用户提供更好的服务。

2.2.8 基于多属性策略的JAC算法

文献[12]提出了多属性决策策略，实质是利用己有的决策信息通过一定的方式对多个决策候选方案进行排序，并根据排序结果进行择优采纳。根据各属性判断复杂程度及决策结果的准确性不同，将选用不同的判决策略，这样针对不同属性集合选取不同接纳控制策略，在考虑多属性同时能够有效利用起相应接纳控制策略。

2.3 JAC算法总结

在异构无线环境下，不同接入网络的资源可用性、业务特征及用户偏好等多方面参数，通过接纳控制策略库，对联合接纳控制综合考虑多种接入判决参数，决策过程从传统的单一属性最优化问题变成多属性决策问题。

异构无线网络的接纳控制策略都着重强调网间协调，当用户业务请求到达时，多个网络进行资源协同分配，最终根据业务特征和网络性能决定某一个网络为用户提供接入服务，而在用户接入前期，应设定必要的接纳控制策略。针对不同业务的接入情况，可以防止高优先级业务的QoS下降及网络负载过重，并避免用户不断发送接入请求而恶化系统性能。相信基于策略库的无线资源管理系统能够充分发挥它简单而集中的管理成效，用户也将在未来的网络中得到更为广泛、更为高质量的服务。

3 下一步发展与研究方向

基于策略库的接纳控制，很好地在联合接纳控制算法中得到体现，同时拓展了接纳控制策略在异构网络中的应用，但由于需要各网络周期性地上报当前网络状况并需要及时更新，这样可能会带来部分决策效率过低，对判决实时性得不到很好的保障。

在未来的无线通信网络中，策略库还能有效应用到无线资源管理里面，这将更好地为系统的资源管理提供借鉴，在很大程度上是有利于系统整体资源优化配置。另外，不应该忽视用户所在的驻留网络，因为驻留网络相当于联合接纳控制的一个前导及判别功能，能很好地收集来自用户终端发送的业务请求和当前网络状况，为联合接纳控制实体减轻对业务和网络状况的判决与协同工作，同时有利于提升了联合接纳控制实体的效率。

4 结 论

综上所述，基于不同的接纳控制策略，有利于联合接纳控制算法的研究和与性能分析，并在两者之间以策略选择机制为联接点，较好地体现了策略库所起的作用。由于事先根据相应策略分类建立策略库，这样便于快速对用户业务请求做出决策，同时为JAC判决提供依据。但在实际应用中，应该对多网络间的业务处理所带来的时延过大及信令交互过多的问题进行考虑，这样才能更好地提升用户满意度，使系统资源得到有效利用，并且给整体网络带来更好的稳定性。

[1]Luo J，Mohyeldin E，Dillinger M，et al.Performance analysis of joint radio resource management for reconfigurable terminals with multi-class circuit-switched services[C]//In:WWRF 12th Meeting，WG6，Toronto，Canada，2004.

[2]Romero P，Salient J，Agusti O R.A novel algorithm for radio access technology selection in heterogeneous B3G networks[J].Inproc.Of VTC-Spring 2006，Melbourne，Australia，May，2006：471-475.

[3]孙雷.异构无线环境中联合无线资源管理关键技术研究[D].北京：北京邮电大学，2011.

[4]Yu，Krishnamurthy F， V.Optimal joint session admission control in integrated WLANand CDMA cellular networks with vertical handoff[J].Mobile Computing，2007，6（1）:126-139.

[5]Falowo O E，Chan H A.Analysis of joint call admission control strategies for heterogeneous cellular networks[J].Computers and Communications，2007:775-780.

[6]Gao K，Ozdemir O，Pados D A，et al.Joint admission control and resource allocation in cognitive code-division networks[J].Signal Processing Advances in Wireless Commu-nications（SPAWC），2012:149-153.

[7]王茜，杨连初.链路自适应技术在LTE中的应用[J].电子设计工程，2013（12）：181-183.WANG Qian，YANG Lian-chu.Application of link adaptation used in LTE[J].Electronic Design Engineering，2013 （12）：181-183.

[8]WANG Wei-dong，ZHANG Ying-hai，ZHANG Nan，et al.A call admission control algorithm based on inter-link load balance in heterogeneous networks[J].Broadband Network&Multimedia Technology，2009:356-360.

[9]温小军.LTE系统中接纳控制的研究[D].北京：北京邮电大学，2010.

[10]Yang Zheng，Qi Bing，Sheng Jie，et al.A novel joint call admission control algorithm based on dynamic bandwidth allocation for heterogeneous wireless networks[J].Wireless Communications，Networking and Mobile Computing（WiCOM），2012:1-4.

[11]Rongrong Lian，Hui Tian，Wenchao Fei，et al.QoS-aware load balancing algorithm for joint group call admission control in heterogeneous networks[J].Vehicular Technology Conference （VTCSpring），2012:1-5.

[12]Cheng-Mu Shiao，Ruey-Rong Su，I-Shyan Hwang，et al.Performance analysis of algorithms with multiple attributes for adaptive call admission control in heterogeneous wireless networks[J].Pervasive Systems，Algorithms，and Networks（ISPAN），2009:303-308.