[論文レビュー] Call Admission Control performance model for Beyond 3G Wireless Networks

H. S. Ramesh Babu, Shankar, Gowri+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2010

Wireless Communication Networks Research参考文献 11被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、3G以降の異種無線ネットワークにおける呼接入制御（CAC）のための高次マルコフ連鎖に基づく性能モデルを提案する。このモデルは、音声、ウェブブラウジング、ファイル転送の3つのトラフィッククラスをサポートしており、それぞれが異なるQoS要件を持つ。モデルは固定および可変トラフィック状態下での呼ブロッキング確率を解析的に評価し、さまざまな無線アクセス技術（RAT）にわたる最適化されたリソース割り当てによってブロッキングを低減することを示している。

ABSTRACT

The Next Generation Wireless Networks (NGWN) will be heterogeneous in nature where the different Radio Access Technologies (RATs) operate together .The mobile terminals operating in this heterogeneous environment will have different QoS requirements to be handled by the system. These QoS requirements are determined by a set of QoS parameters. The radio resource management is one of the key challenges in NGWN. Call admission control is one of the radio resource management technique plays instrumental role in ensure the desired QoS to the users working on different applications which have diversified QoS requirements from the wireless networks . The call blocking probability is one such QoS parameter for the wireless network. For better QoS it is desirable to reduce the call blocking probability. In this customary scenario it is highly desirable to obtain analytic Performance model. In this paper we propose a higher order Markov chain based performance model for call admission control in a heterogeneous wireless network environment. In the proposed algorithm we have considered three classes of traffic having different QoS requirements and we have considered the heterogeneous network environment which includes the RATs that can effectively handle applications like voice calls, Web browsing and file transfer applications which are with varied QoS parameters. The paper presents the call blocking probabilities for all the three types of traffic both for fixed and varied traffic scenario.

研究の動機と目的

• 複数の無線アクセス技術（RAT）を備えた異種次世代無線ネットワーク（NGWN）におけるサービス品質（QoS）を確保する課題に対処する。
• 多様なQoS要件を満たすために無線リソース割り当てを管理する呼接入制御（CAC）の重要な役割に取り組む。
• 混合トラフィック環境における呼ブロッキング確率（QoSの主要指標）を最小限に抑えるための解析的性能モデルを開発する。
• 異なるQoS要件を有する3つの異なるトラフィッククラスにおける、トラフィック変動がCAC性能に与える影響を評価する。

提案手法

• 異種無線ネットワークにおける呼の到着およびリソース使用の動的状態遷移を捉えるために、高次マルコフ連鎖モデルを構築する。
• 音声、ウェブブラウジング、ファイル転送の3つのトラフィッククラスをモデル化し、帯域幅、遅延、ジタータイムなどの独自のQoSパrameterを設定する。
• 実際の異種ネットワーク展開を反映させるために、複数の無線アクセス技術（RAT）をモデルに統合する。
• 固定および可変トラフィック負荷状態下での呼ブロッキング確率の解析的式を導出する。
• マルコフモデルを用いて、さまざまなトラフィック強度および接入制御しきい値下でのシステム動作をシミュレートし予測する。
• 異なるトラフィッククラスおよび負荷条件におけるブロッキング確率の比較を通じて、モデルの正確性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高次マルコフ連鎖モデルは、異種3G以降ネットワークにおける呼接入制御性能予測の正確性をどのように向上させるか？
• RQ2 固定および可変トラフィック負荷下での音声、ウェブブラウジング、ファイル転送トラフィックの呼ブロッキング確率はそれぞれいかほどか？
• RQ3 異なるトラフィッククラス間のQoS要件の違いが、マルチ-RAT環境下でのCACメカニズムの性能にどのように影響を与えるか？
• RQ4 本稿で提案するモデルは、混合トラフィック環境下で従来のCACアプローチと比較して、呼ブロッキングをどの程度低減できるか？
• RQ5 トラフィック変動は、異種無線ネットワーク環境下でのCACモデルの安定性および性能にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 提案された高次マルコフ連鎖モデルは、呼の到着およびリソース使用における時間的相関を効果的に捉え、性能予測の正確性を向上させた。
• 固定および可変トラフィック状態下で、すべての3つのトラフィッククラス（音声、ウェブブラウジング、ファイル転送）の呼ブロッキング確率が定量的に評価された。
• QoSに配慮した状態遷移に基づく接入意思決定がとられた場合、遅延に敏感なトラフィック（例：音声）の呼ブロッキング確率が顕著に低減された。
• 可変トラフィック条件下では、静的モデルと比較して、優先度の高いサービスのブロッキング率を低く維持する高いレジリエンスを示した。
• 性能分析の結果、複数のRATをCACモデルに統合することで、全体のシステム容量およびQoS供与能力が向上することが確認された。
• 結果は、多様なサービス要件を有する異種3G以降ネットワークにおけるリアルタイム無線リソース管理への本モデルの適用可能性を裏付けた。