用於3G蜂巢式通訊網路之CAC/DCA機制與整合機制設計

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

用於 3G 蜂巢式通訊網路之 CAC/DCA 機制與整合機制設計 研究成果報告(精簡版)

計 畫 類 別 ： 個別型

計 畫 編 號 ： NSC 95-2221-E-011-029-

執 行 期 間 ： 95 年 08 月 01 日至 96 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學資訊工程系

計 畫 主 持 人 ： 馮輝文

計畫參與人員： 博士班研究生-兼任助理：彭成慶

碩士班研究生-兼任助理：黃盛岩、張雯杰、劉振卿

報 告 附 件 ： 國外研究心得報告

出席國際會議研究心得報告及發表論文

處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，1 年後可公開查詢

中 華 民 國 96 年 08 月 27 日

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

用於3G蜂巢式通訊網路之CAC/DCA機制與整合機制設計 Design of CAC/DCA Schemes and Integrated CAC/DCA Schemes

for the 3G Cellular Communication Network 計畫編號：NSC 95-2221-E-011-029

執行期間：95 年 8 月 1 日至 96 年 7 月 31 日 主持人：馮輝文 國立台灣科技大學資訊工程系

中文摘要

在本計畫中，我們針對第三代行動通訊系統 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)所使用的 WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access)存取技術設計一個 正 交 可 變 展 頻 因 子 (Orthogonal Variable Spreading Factor, OVSF)碼樹的管理機制。

在這個機制中，我們採用 3GPP (The Third Generation Partnership Project) 訂定之第三 代行動通訊系統 UMTS 的規範中所定義 的 多 媒 體 型 態 ， 包 括 Conversational 、 Streaming、Interactive 和 Background，考量 多媒體服務的特性，適當的分配有限資源 OVSF 碼；另外，為了因應多媒體多元化的 要求，我們也加入動態資源分配(Dynamic Resource Allocation，DRA)機制，進一步達 到多媒體服務品質(Quality of Service，QoS) 的保証，而且經由程式模擬，除了可以看到 加入 QoS 考慮後，我們的機制中各服務之 新 進 呼 叫 阻 斷 率 (New Call Blocking Probability)的表現，數據中也顯示我們的機 制中重新配置的策略可以大大減少重新配 置的次數。

關鍵詞：正交可變展頻因子，第三代行動 通訊系統，服務品質，多媒體，動態資源 分配。

Abstract

In this project, we design a scheme on the orthogonal variable spreading factor (OVSF) code tree management for the wideband code division multiple access (WCDMA) in the universal mobile telecommunication system (UMTS). In this scheme, we take the multimedia (including conversational, streaming, interactive, and background

services) characteristics defined by 3GPP (the third generation partnership project) and dynamic resource allocation (DRA) into consideration to make the management efficient and satisfy different quality of service (QoS) requirements requested by diverse multimedia applications. Through simulations, we demonstrate that the proposed scheme can not only adequately take care of QoS requirements but also significantly reduce the number of code reassignments, making it charming and more suitable for the real and complicated system.

Keywords：OVSF, UMTS, WCDMA, QoS, Multimedia, Dynamic Resource Allocation.

1、緣由與目的

在資訊產業的快速發展與多媒體的刺 激之下，消費大眾在習慣一般傳輸速率較低 的語音及簡訊服務後，對於行動通訊網路的 要求愈來愈重視多媒體服務功能，例如：藉 由手機傳送即時影音(Video/Audio)、接收 e-mail、隨時隨地利用行動設備連上全球資 訊網(Word Wide Web, WWW)...等，業者若 要提供這些需要較高傳輸速率的服務，採用 現 行 的 第 二 代 GSM (Global Systems for Mobile) 系 統或者 2.5G 的 GPRS (Global Packet Radio Service)系統，將因為受限於頻 寬，就算業者推出此類的多媒體服務，也會 因為偏高的費率和不理想的上網速度，降低 使用者的使用興趣而無法拓展市場。因此，

為了因應消費市場多元化的要求，各國對新 一代系統已經有了共識，包括，提供較高速 率且大量的數據傳輸、根據 QoS 提供不同 品質的傳輸服務、容納更多未來的使用者、

以及達到世界漫遊等目的。為了達到上述目 標，3GPP (The Third Generation Partnership

1

2、相關研究 Project) [ETSI03]結合包括歐洲(ETSI)、美國

(T1P1)、日本(ARIB) 、韓國(TTA)以及多個 國 家 級 電 信 機 構 ， 提 出 以 歐 日 系 統 的 WCDMA 為 Air Interface，訂定第三代行動 通 訊 系 統 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)相關的規範。另 一 個 組 織 3GPP2 ， 由 韓 國 (TTA) 和 美 國 (TR45.5) 合 作 致 力 於 以 北 美 亞 太 系 統 的 CDMA 2000 為 Air Interface，發展第三代 (3G)行動通訊技術。本計畫中，我們主要著 重在 3GPP 提出的第三代行動通訊系統 UMTS 技術規格。在 3GPP 的規範中，將 多 媒 體 的 服 務 類 型 (Service Type) 分 為 Conversational (如:語音 (Voice) )、Streaming (如:影像 (Video) )、Interactive (如: WWW ) 和 Background (如: Ftp )。分別定義這四種 服務類型的服務品質(Quality of Service，

QoS) 之屬性(Attribute)，如，最大的傳輸速 率(Maximum Bit Rate)、保證的傳輸速率 (Guaranteed Bit Rate)、傳輸的延遲(Transfer Delay)、優先權(Priority)等，這一些屬性會 直 接 影 響 系 統 中 服 務 品 質 (Quality of Service，QoS)的表現，例如：新進呼叫阻 斷機率(New Call Blocking Probability)、接受 時間延遲(Call Delay)及無線電頻道資源的 使用效率(System Utilization)等。由規範中 我們可以了解，第三代 UMTS 不僅針對使 用多年的第二代 GSM 系統以及 2.5G 的 GPRS 系統進行整合與改進，UMTS 提供了 更完善的多媒體服務，同時也提供了較高速 率(2 Mbps) 和服務品質的保証。但是，雖 然第三代行動通訊系統提供了較高頻寬，如 何有效利用有限頻寬，仍然是一個需要重視 的議題。本計畫中，我們提出在 WCDMA 系統下，根據服務類型需求的動態頻寬分配 機制，一方面根據服務的要求適當的分配 OVSF 碼，提高整體系統資源的使用效率；

另一方面，我們配合動態資源分配(Dynamic Resource Allocation，DRA)機制，考慮服務 的特性差異，進一步滿足使用者多元的多媒 體需求。

第三代行動通訊系統 UMTS 可分為 UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network)、核心網路 (Core Network， CN) 和使用者裝置(User Equipment, UE)三個部 份。其中 UTRAN 採取 WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access)做為存取技 術，每一個使用者均藉由碼(Code)來做通 訊 。 對 於 UTRAN 動 態 通 道 碼 (Channelization Code) 分 配 機 制 (Dynamic Code Assignment, DCA)，[Min00]-[Li02]有 相關的介紹與研究 Minn 及 Siu 在文獻 [Min00]中提出，由於要求不同速率的資料 流加上配置與釋放通道碼的動態特性，會產 生碼的斷片(Code Fragments)。這種雖然系 統剩餘的總容量能夠滿足新進的要求，但新 進呼叫(New Call)仍被阻斷(Block)的情形我 們稱之為碼阻斷 (Code Blocking)，碼組斷 會造成碼樹使用效率降低的狀況。Minn 及 Siu 針對上述問題提出配合重新配置通道碼 的動態通道碼分配機制，以解決碼阻斷的問 題，其結果顯示不僅可以降低新進呼叫的阻 斷 機 率 ， 也 可 以 提 昇 碼 樹 使 用 率 (Utilization)。Tseng 及 Chao 在文獻[Tse02]

中也提出 Leftmost 和 Crowded-First 的機 制，這些機制可以降低重新配置碼的次數，

同時降低新進呼叫的阻斷機率。上述文獻 [Min00]和[Tse02]都是針對單種服務類型所 設計的分配機制，下列文獻將對於多種服務 類型的分配機制有相關研究。Assarut 等作 者在文獻 [Ass01]中針對要求不同服務品 質的語音和影像多媒體提出其機制。首先 Assarut 等作者根據語音和影像的品質要 求，將碼樹作適當的劃分，這樣的劃分將使 各 服 務 類 型 只 能 使 用 屬 於 自 己 的 OVSF 碼，可以確保多媒體基本需求，卻會因為條 件限制，降低系統的整體使用效率。同樣使 用劃分方法，Amico 等作者在文獻[Ami04]

中利用新進呼叫的阻斷期望機率做先前運 算，計算出適合各服務類型區域大小，以減 少資源被佔著卻不使用的無謂浪費。

本計畫報告書其他章節之安排如下：第 二節繼續說明相關之研究；第三節則說明我 們的研究方法與相關機制設計；第四節說明 數值結果與討論；最後一節則是成果自評。

Chen 等在文獻[Che01]中將 3GPP 對 於 第 三 代 行 動 通 訊 系 統 所 定 義 的 服務類 型 ， 包 括 Conversational 、 Streaming 、 Interactive 和 Background 列入考量。首先根

據要求的速率區分為高速率(High-Rate) 和 低速率(Low-Rate)兩大類資料流，高速率資 料 流 由 碼 樹 的 左 端 至 右 端 依 序 進 行的配 置，相反的，低速率則是由碼樹的右端至左 端進行的配置；相同的做法一樣應用在當碼 需要重新配置時，每當 OVSF 碼一被釋放，

即會重覆的執行重新配置，如此一來，所有 未被使用的碼會被集中在碼樹中間。另外，

Chen 等作者的機制對於可以忍受延遲的服 務類型設置佇列(Queue)，這樣的機制提高 即時服務的使用機率，如此一來，對於要求 高速率的服務類型，如 Streaming，有加分 的效果，降低了 Streaming 的新進呼叫的阻 斷機率。Yang 及 Yum 在文獻[Yan04]中，

在機制中加入一個新的運算指標(Index)，這 個指標可以表示出碼樹中 OVSF 碼和鄰近 OVSF 碼的關係，藉由事先的運算，配置的 時候就可以將使用的 OVSF 碼緊密的放 置，可有效提昇系統使用率。關於提昇系統 使 用 率 這 個 議 題 ， Fossa 等 作 者 在 文 獻 [Fos02] 中 ， 以 及 Assarut 等 作 者 在 文 獻 [Ass00]中也各自提出他們的看法。Fossa 等 作者在高服務品質要求和較低服務品質要 求的資料流中，利用 WCDMA/TDD (Time Division Duplex) 存 取 技 術 ( 本 計 畫 討 探 WCDMA/FDD (Frequency Division Duplex))，提昇系統使用率。文獻[Ass00]

中提出的機制只考慮可以容納延遲的資料 流，藉由已知的系統人數建構碼樹，以達到 最高的傳輸速率。其它如 Li 及 Stol 在文獻 [Li02]中的機制，在使用者裝置設計流量引 導 (Traffic Shaping)，也在無線電網路控制 器 (Radio Network Controller, RNC)設計流 量控管(Traffic Policing)，以滿足服務品質的 需求。

關於 OVSF 碼的動態配置的文獻，可以 區 分 為 使 用 單 碼 (Single-Code) 或 多 重 碼 (Multi-Code)兩種，皆可達到滿足多媒體不 同速率傳輸要求的目的，其中單碼部份在硬 體設計上比較簡單，為了將重點放在 OVSF 碼配置的問題上，我們以單碼來設計 OVSF 碼的分配機制。根據使用者的要求傳輸速率 以及 3GPP 對多媒體屬性的定義，我們提出 的機制將以維持碼樹的密集為基本原則，配 合動態資源分配機制，包括佇列和優先權的 設定，希望在滿足不同服務的 QoS 的同時，

也能夠提高整體的使用效率並且減少碼的 重新配置次數。

3、研究方法

本節中我們將說明我們所設計之碼的 動態配置機制。首先，我們將說明機制中碼 樹的劃分方法；接下來說明我們設計的機 制，包括最基本的考慮服務類型之單位分配 (Class-Based Unit Assignment,CUA)機制、考 慮服務類型之可調式單位分配(Class-Based Rearrangeable Unit Assignment,CRUA) 機 制，最後為滿足多媒體需求之可調式單位分 配 (Class-Based QoS Provisioning Rearrangeable Unit Assignment,CQPRUA)機 制。

3.1、碼樹的劃分方法

WCDMA 的展頻碼(Spreading Code)使用 OVSF 的展頻技術，根據展開的倍率(又稱 為展頻因子(Spreading Factor, SF))，形成不 同長度的展頻碼，而這些 OVSF 碼的特性就 是這些不同長度的展頻碼彼此間仍然維持 正交的特性，基地台(Base Station, BS)因此 可以根據來源資料的展頻碼區分使用者。

由於要求不同速率的資料流加上配置 與釋放通道碼的動態特性，使用的通道碼在 經過一段時間後，碼樹的分布狀態將會很凌 亂，加重碼的斷片之問題。斷片現象雖然可 藉由碼的重新配置得到舒緩的現象，不過執 行重新配置也需要多花很多功夫。在文獻 [Ass01]和[Ami04]中，我們可以看到適當的 碼樹劃分對於碼樹的管理有其好處，因此，

我 們 在 機 制 設 計 時 也 將 碼 樹 做 適 當的劃 分，不同之處在於，我們切割時以服務類型 中 最 大 傳 輸 速 率 為 分 配 單 位 (Assignment Unit)，這種方法可以降低高速服務在配置 與重新配置所花的功夫。在我們的機制中，

我們以 Streaming 要求的速率(16R, R 為 Conversational 的傳輸速率，也是基本傳輸 速率單位，約為 8 Kbits/sec)為分配單位，

因此整顆 256R 的碼樹一共可以切割為 16 個分配單位，如圖 1 所示，但是這些分配單 位不直接分派給特定服務類型。因為考慮到 重新配置，通常是發生在高傳輸速率的服務 類型，藉由適當的切割，要求最大傳輸速率

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的服務可以完全使用單個分配單位，其它服 務則是根據演算法盡量分配於密集的分配 單位，所以當碼阻斷 (Code Blocking) 發生

圖 1：Segmentation of an OVSF code tree。

時，只要選擇出欲清空的分配單位或子樹，

將其中正在使用的碼重新配置至其它子樹 即可，這樣的做法可以減少重新配置的次 數，也可以降低因重新配置產生的複雜度。

3.2、務類型之單位分配機制 CUA

介紹完機制中碼樹的劃分方法後，首先介 紹在我們的機制中，如何將碼適當的分配給 四種服務類型，這個機制我們稱為考慮服務 類 型 之 單 位 分 配 機 制 (Class-Based Unit Assignment，CUA)，之後所提出的機制將 以此機制為基礎。CUA 的算法如下:

z 因為 Streaming 在所有服務類型中要求 最高的傳輸速率，所以當新的呼叫屬於 Streaming 時，它所要求的碼一定會是 一個完整的分配單位。所以，如果新進 的呼叫屬於 Streaming，同時碼樹中尚 有一個以上未使用的分配單位，則分配 給這個新進 Streaming 一個分配單位；

否則，直接阻斷這個新進的 Streaming 呼叫。

z 如果新進的呼叫不屬於 Streaming，首 先選一個適合的分配單位，這個分配單 位在所有的分配單位中，其使用中的碼 包含最多個和新進的呼叫要求的速率 相同碼。比如，如果新進的呼叫屬於 Background，含有最多個使用中的 2R 的碼之分配單位，將會是新進的呼叫的 分配單位。選完分配單位後，第二個步 驟 則 是 選 擇 合 適 的 OVSF 碼 (Code Selection)，這個部份我們直接採用文獻 [Yan04]中使用之表示密集關係的指標 (Compact Index)，這個指標可以表示出 碼和鄰近碼的關係，利用事先運算這個 指標值，可以選出一個適合的 OVSF 碼，這個碼在分配給新的呼叫後，和鄰 近 的 碼 呈 現 最 密 集 的 狀 態 ( 又 稱 為

Partial Crowded-First)。

3.3、類型之可調式單位分配機制 CRUA 如 我 們 先 前 所 提 到 的 ， 盡 管 我 們 在 CUA 中使用了一些選擇碼的方法，但是不 同傳輸速率的要求，加上碼的分配與釋放的 動態改變特性，依然很容易造成斷片的產 生。為了提昇整體使用效率及有效利用系統 資源，重新配置碼已經是討論 OVSF 碼的分 配機制中不可或缺的一部份了。我們提出的 第二個機制(Class-Based Rearrangeable Unit Assignment, CRUA)是 CUA 的加強機制。設 計碼的重新配置機制時，我們將服務類型的 特性列入考量，只對延遲時間敏感的服務類 型(Conversational 和 Streaming)執行重新配 置的動作；另外，在執行重新分配的時間點 上 我 們 採 用 在 新 的 呼 叫 要 求 服 務 時進行 (On-Demand)。如此一來，CRUA 不僅能減 少 重 新 配 置 次 數 達 到 有 效 利 用 資 源的目 的，同時對不同 QoS 要求的服務類型，也 能滿足其特性。以下我們用文字簡略描述 CRUA 的演算法。

z 如果新的呼叫屬於 Conversational 或 Streaming，而且發生阻斷的情型，選擇 包含最少使用中的碼的子樹，將使用中 的碼由最低的速率開始重置至其它子 樹。

z 如 果 重置後的子樹可以接受新的呼 叫，將此子樹配置給新的呼叫；否則，

阻斷新的呼叫。

z 如 果 新 的 呼 叫 屬 於 Interactive 或 Background，就算發生阻斷的情形也不 執行重新配置。

3.4、滿足多媒體需求之可調式單位分配機 制 CQPRUA

為了滿足不同服務類型的 QoS 要求，

動態資源分配機制是常被使用的機制。在我 們的機制中，我們加入優先序(Priority)和佇 列(Queue)，我們可以對不同服務類型的服 務設定其服務優先序，擁有最高優先序的服 務類別可以有資源優先使用權；佇列則可以 設置在對於延遲時間比較不敏感的服務類 型上。不過在動態資源分配機制的使用上要 注意的是，在資源有限的情形下，會存在一 些 Trade-Off，比如:當我們試圖升高某種服 務類型的優先序以降低其新進阻斷率時，我

們要注意到其它類型可能因資源優先分配 給它種服務，反而增加其新進阻斷率；或者 當 我 們 設 佇 列 時 雖 然 可 以 降 低 新 進阻斷 率，卻需要考慮到相對增加的延遲時間。

以下我們將仔細描述在機制中我們如何使 用動態資源分配機制，以滿足各服務類型的 QoS。

z 優先序：優先序本來就是 UMTS 的屬 性之一，允許優先序高的服務類型得以 先進入系接接受服務。一般來說，即時 性服務輸入的優先序高於非即時性輸 入的優先序；如果我們在設計系統時，

同時考慮交遞輸入，因為大眾對於進行 中的連通被打斷的不滿度較高，所以交 遞輸入的優先序應高於一般之新進輸 入 。 在 我 們 設 計 的 系 統 中 ， 只 有 Conversational 和 Streaming 有交遞輸 入，因此輸入的優先序由高而低分別為 Handoff Conversational 、 Handoff Streaming、New Conversational、New Streaming 、 New Interactive 和 New Background。

z 佇列：佇列通常可以用來降低阻斷機 率，但會因為佇列的設計，增加延遲時 間，所以佇列通常比較適用於非即時性 的服務上。在我們的機制中，事先定義 系統門檻值(Threshold)，當系統的負荷 超過此門檻值時，有設置佇列的新進呼 叫直接進入佇列中等待下次進入系統 的機會。對於非即時性服務設置的門檻 值可先預防因系統太過擁擠，導致即時 性服務無法進入或者需要執行重新配 置，存在部份優先序的概念；對於即時 性服務的門檻值則可以先過濾掉太過 擁擠需要重置的機會，因為在系統太過 擁擠的狀況下，就算因為這次重置讓服 務可以進入系統，但之後則又因為系統 更加擁擠，下一個服務依然被阻斷，藉 由門檻值的設定，將可適度降低系統的 負荷。另外，佇列設置時要兼顧各服務 類型的 QoS 要求，設定適當的佇列長 度，以免在降低阻斷率時，卻產生太長 的延遲時間。

我們在 CRUA 加入優先序和佇列，提 出另一個滿足多媒體需求之可調式單位分

配 機 制 (Class-Based QoS Provisioning Rearrangeable Unit Assignment, CQPRUA)，其中根據不同的設定，我們將 CQPRUA 區分為 CQPRUA1，CQPRUA2和 CQPRUA₃三種機制，其說明如下：

CQPRUA1：加強 CRUA，在 CRUA 機制中 為非即時性服務設置佇列，以降低即時性服 務的新進阻斷率。當系統的負荷超過一個事 先定義的門檻值(T_nr)時(非即使性服務的門 檻值在機制中定為 80%，約為 205R)，非即 時性服務新進呼叫直接進入佇列等待；這些 在佇列中等待的呼叫，一等系統負荷又降低 於 Tnr，等待中的呼叫又可重新進入系統接 受服務。

CQPRUA2：加強 CQPRUA1，在 CQPRUA1

中為所有的服務類型加入佇列，但因為對於 即時性服務來說，佇列可能造成的延遲應該 要維持在可接受的範圍內，因此機機中，對 於 Conversational 和 Streaming 我們只允許 最多 4 個呼叫在佇列中等待；另外，它們的 門檻值分別為 T_con和 T_str，這些在佇列中等 待的呼叫，一等系統負荷又降低於 T_con 或 Tstr時，等待中的呼叫又可重新進入系統接 受服務。為即時性服務加入門檻值可以適度 降低糸統的負荷。

CQPRUA₃：在 CQPRUA₃中，我們將交遞 輸入納入我們的機制設計裡，以更接近實際 的系統運作。在下一節模擬中，我們也會探 討改變即時性交遞輸入量和新進輸入量比 例對於系統的影響。

4、數值結果與討論

針對我們提出的機制，包括 CUA、

CRUA、CQPRUA1、CQPRUA₂和 CQPRUA₃ 的效能及表現，我們在 IBM 個人 PC 上進 行模擬。首先我們會把自己的機制和 Chen [Che01]比較，比較項目包括新進阻斷率、

系統使用率和重新配置的次數；然後，我們 將探討在 CQPRUA₃中，改變即時性交遞輸 入量和新進輸入量比例對於系統的影響。

在複雜度的分析上我們採用下列方式 計算控制訊信的複雜度。假設一共有 N 個 碼可以分配給給 M 個呼叫，一共有 M^N 組 合，則控制訊信(Control Signaling)一共需要 的位元數為 log2M^N，相當於 Nlog2M。所以 在使用者個數不變的情況下，碼樹若被適當

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的劃分，就可降低控制的複雜度。以我們的 機制來說，做碼的選擇時，我們的控制訊信 最多需要 16log2M，而文獻[Che01]中的控制 訊信最多需要 256log₂M。

圖 2 到圖 5 中，我們比較自己的機制和文 獻 [Che01] (其機制標示為 CWH01)在新進 呼叫阻斷率上的表現。圖 1 中，CQPRUA₁

圖 4 ： New call blocking probabilities among different schemes for the interactive service type。

圖 2 ： New call blocking probabilities among different schemes for the conversational service type。

幾乎和 CWH01 一樣，但由於重新配置會將 資源集中給即時性高速率的服務類型，因此 我們可以看到對於 Conversational 的阻斷 率，沒有重新配置機制的 CUA 表現最佳，

其次是 CRUA，最後才是 CQPRUA₁。至於 CQPRUA2的表現則因為對即時性服務設佇 列，降低了它的阻斷率，這種現象我們在圖 3 中也觀察得到。圖 4 和圖 5 中，我們可以

圖 5 ： New call blocking probabilities among different schemes for the background service type。

先序的服務自然會增加阻斷率，這就是之前 提到的 Trade-Off 的驗証。不過這兩張圖 中 ， CQPRUA1 因 為 佇 列 的 設 置 ， 加 上 Time-Out 的設定，在系統負荷不是很大的 時候，佇列中等候的呼叫，可以在等候一段 時 間 後 就 可 以 進 入 系 統 接 受 服 務 。至於 CQPRUA₂，因為佇列同時也設置給即時性 服務，相對於 CQPRUA1，CQPRUA2 非即 時性服務更容易 Time-Out，所以阻斷率會 升高。

圖 6 中我們比較 CQPRUA1，CQPRUA2

中不同服務類別的平均延遲時間。我們可以 發現因為 CQPRUA2對 Real-Time 的服務增 設佇列，雖然可以降低新進阻斷率，卻會導 致所有服務的平均延遲時間均增加。另外，

關於我們的機制在系統資源使用效率的表 現可由圖 7 中觀察。比較 CUA、CRUA 和

圖 3：New call blocking probabilities among different schemes for the streaming service type。

看到非即時性服務的表現。如圖 3 所示，對 於 Streaming 來說，重新配置在 CQPRUA1

和 CQPRUA₂可以看得到功效，但在有限資 源的情況下，高優先序降低了阻斷率，低優

Table 1：Number of reassignments

圖 6：Mean dealy time between CQPRUA1 and CQPRUA2。

圖 8：Blocking probability vs. handoff call/new call ratio。

Streaming 的 阻 斷 率 隨 之 升 高 ， New Streaming 也由於較低的優先序和高速率的 要 求 ，阻斷率也有升高的趨勢；Handoff Conversational 和 New Conversational 則因 為高優先序和低速率要求可以達到近 0 的 阻斷率；New Background 則因為可以在佇 列中停留長時間，也可以達到偏低的阻斷 率；New Interactive 一開始因為資源會被高 優先序的使用而阻斷率上升，之後則因為斷 片無法被高速率所使用而降低阻斷率。

圖 7：System utilization for different schemes。

CQPRUA₁，我們發現重置機制確實可以增 加 資 源 使 用 率 ， 由 高 而 低 分 別 為 CQPRUA1、CRUA 和 CUA。

接下來我們要比較重新配置的次數。不 管 是 比 較 新 進 的 阻 斷 率 或 者 系 統 資源使 用，我們可以發現 CQPRUA₁和 CWH01 表 現幾乎一樣，不過由於 CWH01 每當碼釋放 後，即執行重制機制，並且連續重覆執行，

不過在我們的機制中考慮到碼的分配及釋 放的動態性，我們只有在新進的呼叫屬於即 使服務才執行重置動作，而且考慮到通常需 要執行重置時，系統的負荷量通常比較高，

固執的為了配置一個碼而連續重覆執行並 不符合效率。因此，在表 1 中，我們的機制 所 產 生 的 重 置 次 數遠小於 CWH01 的次 數，改進幾乎可以達到 100%。

5、成果自評

本計畫主要是探討在第三代行動通訊 系統 UMTS 中 OVSF 碼的分配機制。我們 的機制首先將碼樹適當地劃分，保留碼樹劃 分的優點(即降低使用的複雜度)，但不將劃 分出的區域直接分配給特定服務類型，以避 免資源使用率降低。並且根據這樣的劃分制 度，考慮多媒體的 QoS，提出 CUA、CRUA、

以及 CQPRUA 等機制。由模擬結果中，可 以發現我們的重新配置機制可以降低高速 率服務的新進呼叫阻斷率，並且在重新配置 的次數上達到幾乎 100%的改善；同時，機 制中加入動態資源分配的機制(設置優先序 以及佇例)以及將交遞輸入加入系統，可以 更滿足多媒體的需求，並且更接近實際運作 的系統。

最後，我們將我們的系統更進一步考量 交遞輸入，以更接近實際系統。在圖 8 中，

我們在平均抵達速率為 5(要求服務個數/分 鐘)的環境下，觀察改變即時性交遞輸入量 和新進輸入量比例可能對系統造成的響。我 們發現，隨著交遞輸入比率的增加，Handoff

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關於本研究計畫之成果，我們將整理成 論文發表於會議論文與期刊，此外，由於本 計 畫 之 資 助 ， 我 們 亦 發 表 IEEE VTC 2007-Spring 會議論文二篇，ICS 2006 會議 論文一篇，因此，本計畫及相關成果產出豐 碩。

參考文獻

[ETSI03] ETSI, ``Universal mobile telecommunication system (UMTS): quality of service (QoS) concept and architecture,'' ETSI, Tech. Rep. 3GPP TS 23.107 version 5.8.0, 2003.

[Min00] T. Minn and K. Y.Siu, ``Dynamic

assignment of orthogonal variable-spreading-factor codes in W-CDMA,'' IEEE JSAC, vol. 18, no. 8, pp.

1429-1440, Aug. 2000.

[Tse02] Y. C. Tseng and C. M. Chao, ``Code placement and replacement strategies for wideband CDMA OVSF code tree management,'' IEEE Trans Mobile Computing, vol. 1, no. 4, pp. 293-302, Oct. 2002.

[Ass01] R. Assarut, K. Kawanishi, U.

Yamamoto, Y. Onozato, and M. Masushita,

``Region division assignment of orthogonal variable-spreading-factor codes in W-CDMA,'' in Proc. IEEE VTC-Fall '01, 2001 Fall, pp. 1884-1888.

[Ami04] M. D. Amico, F. Maffioli, and M. L.

Merani, ``A tree partitioning dynamic policy for OVSF codes assignment in wideband CDMA,'' IEEE Trans. Wireless Commun., vol.

3, no. 4, pp. 1013-1017, July 2004.

[Che01] W. T. Chen, Y. P. Wu, and H. C.

Hsiao, ``A novel code assignment scheme for W-CDMA systems,'' in Proc. IEEE VTC-Fall '01, 2001 Fall, pp. 1182-1186.

[Yan04] Y. Yang and T. P. Yum, ``Maximally flexible assignment of orthogonal variable spreading factor codes for multirate traffic,'' IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 3, no. 3, pp. 781-792, May 2004.

[Fos02] C. E. Fossa, Jr. and N. J. Davis,

``Dynamic code assignment improves channel utilization for bursty traffic in third-generation wireless networks,'' IEEE WCNC, vol. 5, pp.

139-143, Apr. 2002.

[Ass00] R. Assarut, M. G. Husada, U.

Yamamoto, and Y. Onozato, ``Data rate improvement with dynamic reassignment of spreading codes for DS-CDMA,'' Computer Communications, vol. 25, no. 17, pp.

1575-1583, Nov. 2002.

[Li02] F. Y. Li and N. Stol, ``QoS provisioning using trafiic shaping and policing in 3rd-generation wireless networks,'' IEEE WCNC, vol. 1, pp. 139-143, Mar. 2002.

行政院國家科學委員會補助國內專家學者出席國際學術會議報告

96 年 4 月 30 日

報告人姓名 馮輝文 服務機構

及職稱

國立台灣科技大學資工系 副教授

時間 會議 地點

2007/4/22 – 2007/4/25 愛爾蘭 都柏林

本會核定

補助文號 95-2221-E-011-029 會議

名稱

(中文) 2007 年春季國際電子電機工程師協會之車輛交通技術會議 (英文) IEEE Vehicular Technology Conference (VTC) 2007-Spring 發表

論文 題目

(中文) 用於 IEEE 802.11e 無線區網且具服務品質考量之公平排程機制 (英文) Fair Scheduling Mechanisms with QoS Consideration for the IEEE

802.11e Wireless LAN 一、參加會議經過

為了配合飛機航班的安排，本人於四月廿日上午七點半即搭機前往愛爾蘭都柏 林機場，並於當日傍晚約八點半抵達，於抵達後旋即搭巴士至下榻旅館 Pembroke Townhouse 休息並準備會議報告相關資料。

本次 VTC Spring 會議於四月廿二日開始至四月廿五日結束，其中第一天安排 Tutorials，至於 Technical Sessions 則安排在之後的三天；其開會地點設於都柏林鬧 區之 Burlington Hotel 的會議中心(一樓與二樓)。我於廿二日時先領取個人資料，之 後隨意於會場內四處走一走，認識一下周遭的環境。由於未註冊 Tutorials，所以，

我並未去聽取任何 Tutorial 相關之議題。

此次 VTC 會議每天均有 A, B, C,…, I, P 等十個 Sessions 於同一時段同時進行，

而每天有三或四個時段之會議安排。我們的論文是被安排在 4E (IEEE 802.11)，論 文報告的時間是在四月廿四日上午 08:30-10:20。這一個 Session 內有下述六篇論文：

z Delay distribution analysis of IEEE 802.11 with variable packet length

z Performance evaluation of feedback-based bandwidth allocation algorithms for 802.11e MAC z Fair scheduling mechanisms with QoS consideration for the IEEE 802.11e wireless LAN z A network coding based multicasting over IEEE 802.11 multi-hop (NETCOMM)

z Using shared beacon channel for fast handoff in IEEE 802.11 wireless LANs z Performance of IEEE 802.11a in vehicular contexts

在此Session之中，我是對於第四篇論文提出一個問題；而我的報告也有兩個問題的 提問。大致上來說，整個Session的進行算是緊湊。

附件三

表 Y04

在 未 做 論 文 發 表 時 ， 我 亦 聽 了 幾 個 與 目 前 我 的 實 驗 室 內 的 研 究 相 關 之 Sessions，例如：四月廿三日之Mobile Networks and Systems (Posters)，3G Networks，

Handover and Routing ， Performance Analysis of Mobile Networks I ， Pervasive Applications and Architectures，HSDPA，Radio Resource Management，Performance Analysis of Mobile Networks II，MAC for Ad-Hoc and Sensor Netowrks等；四月廿四 日之Wireless Access，IEEE 802.11，Applications of Ad-Hoc and Sensor Networks，

Wireless Access (Posters) ， Mobility in Ad-Hoc and Sensor Networks ， Resource Allocation I，Mobile Applications，Performance Analysis of Ad-Hoc and Sensor Networks，Resource Allocation II，UMTS，Packet Scheduling等；四月廿五日之Wireless Access (Posters)，Scheduling I，WLAN & WMAN，Routing and Reliability，Satellite and HAP Network & Radio Solutions，Scheduling II，Mobile Networks and Systems (Posters)，Wireless Networks，Mobility Management等。整體而言，VTC論文在通訊 與網路領域上提供相當好的交流場所，讓我有許多收穫。另外，此會議有許多台灣 來的各領域相關學者與學生，因此有提供彼此認識之機會。

二、與會心得

我們此次論文所安排的 Session 提供了豐富的論文討論，其中在我們論文所屬 的 Session 中，我是對義大利作者之的論文較感興趣，他們的論文為 “Performance evaluation of feedback-based bandwidth allocation algorithms for 802.11e MAC”，我與 報告之義大利教授關於此討論了一些問題，也相談甚歡！

而在大會之晚宴上與各 Tea Break 中，我是遇到來自國內台灣大學電信所之陳 光禎教授、交通大學電信系之張仲儒、王蒞君等教授、清華大學通訊所之王晉良教 授、中山大學通訊所的李志鵬教授以及台灣師大應電所之黃政吉教授等等，足顯國 內研究在國際會議論文的參與相當踴躍。此外，我也新結識幾位日本、馬來西亞、

新加坡以及中國之學者或教授。因此，此次 VTC 國際會議場合上，我是有機會與 相關研究人員交流，增進彼此的通聯及合作的機會，這是我參與國際會議感到收穫 最大之處。

三、攜回資料名稱及內容

本次會議攜回 VTC 2007-Spring Proceedings 光碟片一片。

Fair Scheduling Mechanisms with QoS

Consideration for the IEEE 802.11e Wireless LAN

Huei-Wen Ferng, Han-Yu Liau, and Jeng-Ji Huang^† Department of Computer Science and Information Engineering National Taiwan University of Science and Technology, Taipei 106, Taiwan

†Institute of Applied Electronics Technology, National Taiwan Normal University, Taipei 106, Taiwan

Abstract— Two scheduling mechanisms called enhanced dis- tributed deficit round robin with backoff interval (EDDRR- BI) and enhanced distributed elastic round robin with backoff interval (EDERR-BI) are proposed in this paper for the IEEE 802.11e wireless LAN. EDDRR-BI and EDERR-BI take both priority which is a mean to guarantee quality of service (QoS) and fairness simultaneously into account so that QoS and fairness can be well taken care. The idea behind the proposed mechanisms mainly relies on dynamic adjustment of the backoff interval according to priority, collision rate, and deficit count or allowance. Through numerical experiments, we demonstrate that the proposed mechanisms can reach station-level fairness as well as flow-level fairness within the same (among different) access category (categories). Of course, these mechanisms outperform the related schemes in the literature.

I. INTRODUCTION

Affordable cost and convenience of mobile devices, e.g., personal digital assistant (PDA) and laptop etc., and related wireless technologies have pushed rapid development of wire- less local area networks (LANs). With maturity of the wire- less LAN standards, e.g., IEEE 802.11 series, technologies, and devices, some famous cities, for example, Philadelphia, Cleveland, and Taipei, have deployed intensive wireless LANs in metropolitan areas to reach high accessibility of wire- less in the city. To further satisfy users’ needs, diverse and multimedia applications should be supported. This leads to that many papers in the literature have focused on the issue of how to achieve QoS requirements in wireless multimedia networks, e.g., [1], [5]. Since IEEE 802.11, 802.11b, and 802.11a standards do not define QoS and their medium access control (MAC) layers composed of distributed coordination function (DCF) and point coordination function (PCF) have some drawbacks (see [2] for details), IEEE 802.11 task group E modified DCF to support multimedia transmission in IEEE 802.11 wireless LANs. The enhanced DCF is then called EDCF or EDCA [7], which strengthens some functions of DCF, including defining multiple queues of different priorities to take care of different QoS requirements. To further touch the QoS-related issue in the IEEE 802.11e-based network, Romdhani et al. [14] proposed a dynamic minimum contention window adjustment according to needs of applications and network status so that the collision rate can be reduced and the medium utilization can be increased. In [16], Vinnakote et al. adjusted the length of the arbitrary inter frame space (AIFS) and the size of contention window to shorten delay.

And Mangold [12] proposed a priority-based mechanism to assign bandwidth according to different traffic categories. In this paper, we also focus on the QoS-oriented IEEE 802.11e- based wireless LAN on which two fair scheduling mechanisms are designed.

Let us now review the status of scheduling. In the literature, many scheduling algorithms for both wired and wireless networks have been studied, e.g., [4], [8], [9]. As for fair scheduling for wireless LANs, related papers include dis- tributed fair scheduling (DFS) [15], distributed weighted fair queuing (DWFQ) [3], adaptive fair enhanced DCF (AFEDCF) [11], distributed deficit round robin (DDRR) [13], distributed elastic round robin (DERR) [6], and enhanced EDCF (EEDCF) [10]. DFS [15] achieves fairness through adjusting the backoff interval, while DWFQ [3] and AFEDCF [11] adjust the contention window to provide fairness. Using a mapping function of the inter frame space (IFS), DDRR [13] and DERR [6] involve no backoff and achieve fairness by suitably controlling deficit count and allowance, respectively. In [6], Ferng et al. shows that DERR outperforms DDRR. Because of hard implementation for DERR, EEDCF [10] incorporates the allowance concept into the backoff interval adjustment and uses different values of weights to set different priorities to offer differentiated services. In this paper, we also propose two new fair scheduling mechanisms with cross-layer considera- tion (channel condition and QoS belonging to different layers are simultaneously considered), which are designed based on concepts of deficit count and allowance. Unlike DDRR and DERR, the two proposed mechanisms allow backoff to ease implementation. Moreover, multiple types of deficit count and allowance are defined for EDDRR-BI and EDERR-BI, while only a single type of deficit count and allowance is used in DDRR and DERR. This eases QoS handling for EDDRR-BI and EDERR-BI to make them suit the IEEE 802.11e LAN.

Last but not least, reasonable definitions of weights are defined for EDDRR-BI and EDERR-BI and they are directly related to parameter setting, i.e., the desired throughput. Except DDRR and DERR, EEDCF is the most closest to our proposed mechanisms in the literature. However, EEDCF must manually sets larger values of weights following the order of voice (audio), video, best effort (data) to keep the same order for the priority setting. This provides an indirect way to handle QoS requirements and may not be reasonable. Via numerical experiments, we finally show that the two proposed

1550-2252/$25.00 ©2007 IEEE 840

mechanisms not only offer better fairness but also improves transmission efficiency as compared to EDCA and EEDCF.

The organization of the remaining paper is arranged as follows. Section II details the design of the proposed mech- anisms. Then, numerical examples and discussions are given in Section III. Finally, Section IV concludes the paper.

II. DESCRIPTION OF THEPROPOSEDMECHANISMS

A. Design of EDDRR-BI

Similar to DDRR [13], the deficit count plays an important role in scheduling for EDDRR-BI in which three types of deficit counts rather than one type of the deficit count as in DDRR are defined for three access categories, including audio, video, and data (here, the access category of background is not included). In the following, a dummy variable l is used to denote the type of access categories (service classes), for example, l = a denotes audio, l = v denotes video, and l = d denotes data. For the ith flow of access category l in station j at time t, DC_l,i^j (t) is defined to denote the corresponding deficit count. When no data is transmitted, DC_l,i^j (t) accumulates according to the following relationship:

DC_l,i^j (t) = DC_l,i^j (t
) + K_l,i^j × (t − t
), l = a, v, d, (1) where t
is a time instant ahead of t, i.e., t
≤ t, and K_l,i^j denotes the desired throughput for the ith flow of access categoryl in station j. One may further note that the definition of the deficit count in (1) differs from the deficit count in [13]

as follows: only the desired throughput K_l,i^j is used in this paper, while a fixed quantumQ and a variable time interval T are required for DDRR. Hence, it is easier in parameter setting usingK_l,i^j thanQ and T . From (1), one can easily understand that a deficit count accumulates linearly as time goes and is proportional to the desired throughput. When a frame for the ith flow of access category l in station j is transmitted at time t, the frame size is then deducted from the deficit count, i.e., DC_l,i^j (t) = DC_l,i^j (t) − F_s^l(t), l = a, v, d, (2) where F_s^l(t) denotes the corresponding frame size for access category l transmitted at time t. In the following, we further relate the deficit count to the backoff interval. The following equation defines a temporary backoff intervalT BI_l,i^D,j(t) (l = a, v, d) for the ith flow of access category l in station j at time t, where D is used to explicitly denote EDDRR-BI.

T BI_l,i^D,j(t) = CW_max^l − φ^D_l DC_l,i^j (t), l = a, v, d, (3) where CW_max^l is the maximum window size for access category l, φ^D_l is used to let the resultantT BI_l,i^D,j(t) can fall within the specification of inter frame space (IFS) by IEEE 802.11e. According to the QoS requirement defined in the IEEE 802.11e standard, CW_max^l for access category l has a different value so that differentiated QoS can be provided, i.e., CW_max^a = 2⁴−1, CW_max^v = 2⁵−1, CW_max^d = 2¹⁰−1. From (3), one notes: i) Audio has a more chance to have a shorter backoff interval than video which has a more chance to have a shorter backoff interval than data under a fixed deficit count

because different values of the maximum window size are set to different access categories; ii) For a access category with a lower priority, its deficit count gets larger as time goes and then may have a shorter corresponding backoff interval than access categories with higher priorities. The first statement says that the QoS requirement of IEEE 802.11e is preserved and the second statement makes sure that no starvation occurs using EDDRR-BI. Finally, taking the cross-layer design principle into account enables us to use the temporary backoff interval previously defined and the collision rate c to determine the backoff intervalBI_l,i^D,j(t) for the ith flow of access category l in station j at time t (again, D is used to explicitly denote EDDRR-BI) via

BI_l,i^D,j(t) = max(0.2, 1 − c)T BI_l,i^D,j(t), l = a, v, d. (4) Because max(0.2, 1 − c) = 1 − c when 0 ≤ c ≤ 0.8 and max(0.2, 1 − c) = 0.2 when 0.8 < c ≤ 1, it makes BI_l,i^D,j(t) shorter (with a minimum value of 0.2T BI_l,i^D,j(t)) thanT BI_l,i^D,j(t) when the collision rate gets higher. Hence, the backoff interval determined by (4) is able to alleviate collision.

Of course, the adjustment of the backoff interval caused by a collision is still rendered from the IEEE 802.11e standard [7].

Before the description of the EDERR-BI mechanism, let us summarize the nature of EDDRR-BI as follows:

• The deficit count defined in (1) and (2) is responsible for scheduling so that better fairness can be retained.

• The temporary backoff interval in (3) not only considers the scheduling principle but also preserves the QoS requirement for access categories defined in the IEEE 802.11e standard.

• Finally, the backoff interval in (4) further combines the previous characteristics and the cross-layer design idea to reach fair scheduling and performance improvement in the QoS-oriented environment.

B. Design of EDERR-BI

Unlike EDDRR-BI, EDERR-BI adopts allowance which is an elastic and adjustable amount of traffic data allowed for transmission [6] to govern the kernel of scheduling.

Traffic data is allowed to be consecutively transmitted until the amount of traffic data is a bit more than the specified allowance. Again, three types of allowance are needed for the three access categories and the definition of allowance for the ith flow of access category l in station j at time t A^j_a,i(t) is given by

A^j_l,i(t) = K_l,i^j × (t − t
) − E_l,i^j (t
), l = a, v, d, (5) where E^j_l,i(t
) stands for the excess amount for the ith flow of access categoryl in station j at time t
, namely,

E_l,i^j (t
) = F_l,i^j (t
) − A^j_l,i(t
), l = a, v, d, (6) where F_l,i^t,j(t
) is the total amount of traffic data transmitted at time t
by the ith flow of access category l in station j.

Obviously, i) allowance in (5) is defined in proportional to the desired throughput (this fairly allots allowance according to

demands); ii) allowance increases linearly as time goes (this avoids starvation for low-priority access categories); iii) the excess amount at the latest time instant should be deducted to enforce fair scheduling. In [6], allowance is defined using a fixed quantum Q and a variable time interval T like DDRR [13] rather than K_l,i^j , i.e., the desired throughput, therefore, operation and parameter setting are somewhat indirect. To comply with the QoS requirement and MAC operation in the IEEE 802.11e LAN necessitates a relationship between the allowance and the temporary backoff interval like that in EDDRR-BI. The temporary backoff interval follows

T BI_l,i^E,j(t) = CW_max^l − φ^E_l A^j_l,i(t), l = a, v, d, (7) where E is used to explicitly represent EDERR–BI and the goal of φ^E_l is to let T BI_l,i^E,j(t) fall within a suitable range according to the IEEE 802.11e standard. Applying the same design principle in (4) using T BI_l,i^E,j(t) and information of collision ratec allows us to have the backoff interval BI_l,i^E,j(t) shown below for theith flow of access category l in station j at timet.

BI_l,i^E,j(t) = max(0.2, 1 − c)T BI_l,i^E,j(t), l = a, v, d. (8) Hence, the determination of backoff interval in (8) simultane- ously includes concepts of fair scheduling, QoS requirement, and performance improvement.

C. Definitions of Weights

For both EDDRR-BI and EDERR-BI, weights should be properly defined so that one can gauge fairness based on weights. Here, we define weights for flows within the same access category l (l = a, v, d) w_l,i^[s],j ([s] is used to denote the same access category), weights for flows among different access categoriesw^[d],j_l,i ([d] is used to stand for different access categories), and weights for different stationswj so that flow- level and station-level fairness can be defined. Now, the three types of weights are defined as follows:

w_l,i^[s],j = K_l,i^j

j

iK_l,i^j , (9)

w^[d],j_l,i = K_l,i^j

l

j

iK_l,i^j , (10)

wj =

l

iK_l,i^j

l

j

iK_l,i^j . (11)

The reason why values of the desired throughput are used to define weights in (9) is explained as follows. Note that one may use the reciprocal of the standard deviation for throughput-to-weight ratios to stand for the degree of fairness [6]. Hence, weights should be proportional to the (desired) throughput. Note that no direct and reasonable definitions of weights are given in [10] compared to definitions here.

Certainly, no station-level fairness was associated with EEDCF [10]. Note that weights for all mechanisms in the following simulation experiments follow the aforementioned definitions.

STA 0

STA 1

STA 2

STA n Audio

Video Data

Audio Video Data

Audio Video Data

Fig. 1. Topology of the simulation.

TABLE I

PARAMETERS FOR AUDIO,VIDEO,AND DATA ACCESS CATEGORIES

Audio Video Data

Priority 3 2 0

Packet Size 160 bytes 1280 bytes 1500 bytes Packet Interval 20 ms 10 ms 12.5 ms

III. NUMERICALEXAMPLES ANDDISCUSSIONS

Let us now study performance and fairness for different mechanisms using the simulation approach. First, simulation arrangements are detailed. Then, performance metrics and simulation results along with discussions are provided.

A. Simulation Arrangements

We use the well-know network simulator ns-2 [17] as the simulation platform. The topology considered is a star topology shown in Fig. 1 with a central station, denoted by STA 0, and n surrounding stations, denoted by STA i, i = 1, 2, . . . , n. Each station contains audio, video, and data flows, respectively. For the three access categories, related general parameters are given in Table I. For simulations to get throughput, delay, and collision rate, the desired flow rates (desired throughput) for audio, video, and data are fixed at 8 KB/s, 128 KB/s, and 120 KB/s, respectively. But for the simulation to get the degree of fairness, three stations are put into one group in which different flow rates are set to the three videos (data), while the same rate (8 KB/s) is set to all audio.

To have more stations, we add more such identical groups. As for the wireless LAN standards, IEEE 802.11a and 802.11e are employed under transmission rate of 36 Mbps. In Table II, some important parameters for the MAC are listed, including the length of a slot time etc. In general, each simulation run is observed for at least 100 seconds to collect performance metrics. In the next subsection, the performance metrics used are defined.

TABLE II

GENERAL PARAMETER SETTING FOR THEMAC Parameter Value / Choice

Slot time 9 µs

SIFS 16 µs

PIFS 25 µs

DIFS 34 µs

Channel Rate 36 Mbps

842