侯婧媖　鄺月娟

（1.國網(wǎng)長沙供電公司，湖南長沙　41000；2.湖南大眾傳媒職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙　410000）

基于WirelessMAN-Advanced的節(jié)能實(shí)驗(yàn)研究

侯婧媖1鄺月娟2

（1.國網(wǎng)長沙供電公司，湖南長沙41000；2.湖南大眾傳媒職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410000）

休眠模式是IEEE 802.16m節(jié)能模式之一，為了在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下節(jié)能更多的能量，本文根據(jù)數(shù)學(xué)方法，分析在自相似流業(yè)務(wù)分布的基礎(chǔ)上，討論了按照默認(rèn)協(xié)議二倍指數(shù)增長方式后的能量消耗問題和服務(wù)質(zhì)量問題。結(jié)論證明休眠算法有待改進(jìn)，應(yīng)該采用更有效的方式控制休眠機(jī)制，從而提高網(wǎng)絡(luò)性能。

IEEE802.16m休眠模式功率管理

1　引言

WirelessMAN-Advanced也就是802.16m，已經(jīng)被定義為4G標(biāo)準(zhǔn)之一，廣泛應(yīng)用與軍事領(lǐng)域。它與IEEE802.16e一樣都屬于移動無線標(biāo)準(zhǔn)。對于移動無線標(biāo)準(zhǔn)，為了節(jié)能終端電能，在IEEE802.16e和IEEE802.16m中都引用了功率管理功能。功率管理主要通過休眠模式和空閑模式來節(jié)省終端耗電［1-2］。

空閑模式是在較長時(shí)間沒有工作的情況下啟用，就當(dāng)從能量方面考慮比休眠模式更節(jié)能，但是為了滿足4G的服務(wù)質(zhì)量，要求考慮業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量如時(shí)延方面的指標(biāo)。休眠模式是連接狀態(tài)的一種子狀態(tài)，終端會按照預(yù)先協(xié)商的周期，停止與服務(wù)基站進(jìn)行空中交互從而節(jié)約部分能量。休眠周期的功率消耗小于監(jiān)聽窗口的功率。休眠周期內(nèi)監(jiān)聽窗口和休眠窗口的長度可以動態(tài)進(jìn)行擴(kuò)展。當(dāng)數(shù)據(jù)包在休眠窗口時(shí)到達(dá)，數(shù)據(jù)包處于等待狀態(tài)，為此等待時(shí)間越長，時(shí)延越大，進(jìn)而影響服務(wù)質(zhì)量。為了綜合考慮，Bong Dae Choi等［3］考慮忙期長度和休眠周期長度的大小關(guān)系。S.Baek， J.J.Son［4，5］等也通過使用排隊(duì)模型對休眠性能進(jìn)行了分析。

圖1　a對性能的的影響

圖2　Tmin對平均能量能耗的影響

圖3　Tmax 對性能的影響

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，視頻等業(yè)務(wù)的增加網(wǎng)絡(luò)流量不是簡單的泊松分布而更多的呈現(xiàn)自相似性［7］。作者在先前研究中提出了按照二倍指數(shù)遞增的模式算法，如果沒有監(jiān)聽到數(shù)據(jù)，下一個(gè)休眠周期是前一個(gè)休眠周期的二倍直到最大值。自相似流我們采用patero分布函數(shù)F（x）=1-（1+x）1-a

通過公式分析則平均等待時(shí)間為公式（1）

令ES， EL分別為休眠間隔和監(jiān)聽間隔消耗的功率，則平均能量消耗E（en）為公式（2）

2　參數(shù)性能評估

為了分析休眠算法中各參數(shù)（Tmin，Tmax，a）對平均等待時(shí)間和平均能量消耗的性能影響，通過MATLAB分別對各參數(shù)選取不同的值進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。參數(shù)設(shè)置分別如下： a = 2， L = 5ms， Tmin= 1ms， Tmax=1024ms， ES =1， EL =5，在不同參數(shù)的評估中再進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

2.1a的影響

參數(shù)a是流量分布的指數(shù)，實(shí)驗(yàn)中a的取值范圍大于1，參數(shù)a越大，流量分布的長尾分布越明顯，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，平均時(shí)延隨著a的增長而增長（如圖1左圖所示）；平均能耗也隨著a的增長而增長（如圖1右圖所示）。

2.2Tmin的影響

對應(yīng)最小休眠周期對休眠算法性能的影響。仿真實(shí)驗(yàn)中的最小休眠間隔Tmin從1增加到100，a=2，最大休眠周期為1024。算法在平均等待時(shí)間與平均能量消耗上的仿真結(jié)果如圖2左、圖2右所示。實(shí)驗(yàn)表明，隨著Tmin的增大，平均時(shí)延和平均能耗都增大了。

2.3Tmax的影響

最大休眠間隔Tmax從32增長到1024。 Tmax在平均等待時(shí)間與平均能量消耗方面對算法的性能影響分別如圖3左、圖3右所示。

從仿真結(jié)果可以看出：隨著Tmax的增大，平均等待時(shí)間和能耗都在增大。

通過分析發(fā)現(xiàn)，如果休眠窗口按照二倍指數(shù)的休眠算法進(jìn)行動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)在自相似分布情況下，平均時(shí)延和平均能耗都將隨著參數(shù)的增加而增加。在如今網(wǎng)絡(luò)流量呈現(xiàn)自相似情況下，數(shù)據(jù)語音視頻流越來越大，那么即使在終端進(jìn)入了休眠狀態(tài)，那么數(shù)據(jù)即將到來的概率也越來越大，如果進(jìn)行按照二倍指數(shù)遞增的方式進(jìn)行休眠，將增大平均時(shí)延，同時(shí)也將消耗更多能量。

3　結(jié)語

論文通過matllab驗(yàn)證了如果休眠模式按照二倍指數(shù)遞增的方式增長，平均等待時(shí)間和能量消耗的問題，接下來作者將提出新的休眠算法。

［1］杜瀅.IEEE802.16m寬帶無線技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.人民郵電出版社，2010.7.

［2］IEEE P802.16m/D3， December 2009.Sleep mode operation for IEEE802.16m，C802.16m-08/721r1， July 2008.Min-Gon Kim， Jung Yul Choi， and Minho Kang. Adaptive power saving mechanism considering the request period of each initiation of awakening in the IEEE 802.16e system ［C］.IEEE Communications Letters，2008.12（2）：106-108.

［3］S.Baek， J.J.Son， B.D.Choi Performance Analysis ofSleep Mode Operation for IEEE 802.16m Advanced WMAN， Communications Workshops， ICC Workshops2009， June 2009.

［4］J.Beran， R.Sherman， M. S.Taqqu， and W.Willinger， "Long-Range Dependence in VBR Video Traffic"， IEEE Transactions on Communications， February， 1995.

［5］E.Hwang， K.J.Kim， J.J.Son， B.D.Choi The Power Saving Mechanism with Binary Exponential Trafic Indications in the IEEE 802.16e/m， Queueing .Systems： Theory and Applications， Vol. 62，No. 3， pp.197｛227， July 2009.

［6］鄺月娟，歐陽煒昊.基于IEEE 802.16M的節(jié)能算法研究.《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用》，2015年第6期.

The sleep mode is one of IEEE 802.16m power saving mode， in order to save more energy in the premise of guaranteeing the service quality，based on the mathematical method， in the analysis of self similar traffic based on the distribution of the business， according to the default protocol two times after the exponential growth of energy consumption and the quality of service. Conclusion to improve sleep algorithm， should adopt a more effective way to control the dormancy mechanism， so as to improve the performance of the network.

IEEE802.16m； sleep mode； power management

湖南省高等學(xué)校科學(xué)研究項(xiàng)目《基于WirelessMAN-Advanced的節(jié)能算法研究》（項(xiàng)目編號：14C0235）