提出了一種可變預留信道數方案，該方案計算在不同呼叫到達率下能達到最佳服務等級的預留信道數，將實時呼叫到達率反饋到系統中，呼叫接入控制針對不同的呼叫到達率設置不同的預留信道數，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點。
關 鍵 詞 移動通信; 呼叫接入控制; 服務質量; 服務等級

呼叫接入控制(Call Admission Control, CAC)在無線資源管理中占有重要地位，是無線網絡服務質量(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]：預留信道方案和設置等待隊列方案，前者為切換呼叫設置專用的信道(靜態的或動態的)[3,4]，后者當呼叫發現無空閑信道時，不被立即阻塞而是先進入隊列等待[4,5]，一旦有呼叫結束，隊列中的呼叫就可以得到服務。等待隊列方案由于需要排隊，更加適合非實時的數據業務，如第三代移動通信系統中的交互類(Interactive Class)和背景類(Background Class)業務[6]。對于實時性要求較高的會話類(Conversational Class)業務來說，預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]中提出根據網絡當前的負載設置不同的費率在小區內廣播，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方面，基于預留信道方案的CAC機制有4種[3]：1) 切換優先機制：為切換呼叫預留一定數量的專用信道；2) 部分預留信道機制：對新呼叫按一定比例(可根據當時網絡狀況動態調節)拒絕，以減輕系統負擔[8]；3) 指定切換專用信道；4) 限制新呼叫總數機制。
本文的研究對象是多個小區內的對新發起的語音呼叫的接入控制。語音呼叫分為兩類：新發起的語音呼叫和從相鄰小區發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留專用的信道。但設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，如何設置預留信道數，在阻塞率和掉話率之間建立平衡是一個重要的問題。
1 系統結構和調度策略
雖然阻塞率和掉話率是此消彼長的，但由于系統對新呼叫阻塞率和切換掉線率的要求不同，移動網絡中的服務等級變量(Grade of Service，GoS) GoS = 10Pd+Pb，其中Pd 為切換掉線率；Pb為阻塞率[1]。
目前的預留信道機制大多采用固定切換專用信道數[7]，但是在本文提出的CAC機制基于指定切換專用信道機制，又結合了部分預留信道機制可以動態調節的優點。系統可以根據當前呼叫到達率來動態調節切換專用信道數，即讓切換專用信道數自適應于呼叫到達率λn(t)。系統原理框圖如圖1所示，系統分為3部分：呼叫計數器；最佳預留信道表和控制模塊。其中呼叫計數器對新呼叫進行計數，達到一定的次數后根據計數所需時間算出當前系統的新呼叫到達率λ = Cn/T，再將此λ發往最佳預留信道查詢表，該查詢表的作用是記錄在不同的呼叫到達率的情況下設置不同的預留信道數量K，以期達到最小的GoS值。最后，控制模塊根據當前設置的預留信道數Cg和已用信道數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的，因此切換呼叫的到達率與新呼叫到達率之間的關系也是恒定的。即整個CAC系統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的時間和用戶在同一個小區內停留的時間的分布服從相同的分布函數(分布函數的參數可以不同)，即近似服從指數分布[3, 7, 9]。在呼叫計數器中使用按次數計數主要是可以使系統對呼叫到達率的變化反應更為敏感。如果采用定時上報，當系統的呼叫到達率出現增加時，有可能因為還未到系統的上報時間而在一段時間內使切換掉話率增加。而如果采用按次計時，可以利用呼叫到達率來動態調節呼叫上報時間間隔。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。
最佳預留信道表既可以是根據預先仿真計算的結果而先寫入的固定數據，也可以是一種算法，在運行時再根據呼叫到達率計算得到最佳預留信道數，衡量最佳預留信道數的標準是系統服務等級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值最小的預留信道數。在呼叫過程中，根據呼叫到達率的變化來動態調節小區的預留信道數，使系統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,…
在實際應用中，考慮系統對呼叫到達率的反應時間，呼叫到達不均勻等原因會使實際GoS略大于理論值。
由于系統在拒絕呼叫時，要求被拒絕的呼叫應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留信道數時不允許預留信道數一次增加超過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。如總信道數為C，t時刻預留信道數為N，t+1時刻預留信道數為N+3，在t時刻占用信道數大于C?N，在t+1時刻新呼叫被接納的條件是占用信道數小于C?N?3，即需要有至少3個呼叫結束才能接納新呼叫，可能造成在一個時間段內拒絕很多新呼叫。因此，在選擇預留信道數時不允許預留信道數一次增加超過2個。在實際應用中，可以根據具體情況設置可否跳躍式增加或者最多允許一次增加幾個預留信道。而對于預留信道的減少則沒有限制。
假設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是：對于一個新發起的呼叫，被接納須滿足的條件是：Cu2 系統模型
2.1 小區結構模型
本文模擬多個小區內的呼叫情況，為了便于仿真，目前采用的小區模型為兩個小區A和B，A小區用戶發起的切換切到B，B小區用戶發起的切換切到A。兩個小區新呼叫發起的頻率是相同的。每個小區有兩個呼叫流，一個是新呼叫流，另一個是從相鄰小區切換的流，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為[7]：1) 每個小區的信道總數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為均值的指數分布，每個呼叫在一個小區內停留的時間長度服從以120 s為均值的指數分布；4) 新呼叫發起次數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，幾乎不會發生擁塞，因此這里只對文獻[7]中λn(t)>0.10的情況連續仿真兩遍。 切 換新呼叫新呼叫
圖2 小區模型結構圖
3 仿真結果
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，不同固定預留信道數下的GoS值，如表1所示。再在每一種呼叫到達率下選擇一種使GoS最小的預留信道數，選擇的原則為：1) 相鄰的λn(t)之間預留信道數增加的時候最多一次增加2個預留信道；2) 在滿足條件1) 的前提下能做到在相同呼叫到達率下GoS值最小；3) 為了模擬預留信道數遞增的情況，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，幾乎不會發生擁塞，取預留信道數為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。