提高移动站点综合节能性能的新算法及性能分析

为减少移动站点(MS)的平均能耗(AEC)和其接收数据帧的平均等待时间(AWT),在分析IEEE802.16e规定的节能算法的基础上提出了一种休眠窗口的混合增长算法.该算法通过改变休眠窗口的增长速度,提高了移动站点节能综合性能.通过与IEEE802.16e规定的节能算法的对比分析和实验仿真验证了该算法的良好性能,并进一步考查了休眠模式中参数对算法性能的影响,有助于参数值的选取.结果表明:混合增长算法可以在获得更好节能特性的同时大大减少平均等待时间,尤其在到达率较低时,混合增长算法的平均能耗比指数增长算法降低15%～20%,平均等待时间减少50%～70%.     

IEEE802.16中基于非实时业务的节能算法

IEEE802.16系统中采用节能机制（PSM）来延长移动设备的电池使用寿命。针对非实时业务,IEEE802.16e和IEEE802.16m中的节能机制,通过令睡眠窗口指数倍增长来进行休眠,牺牲了大量的数据包响应时间来换取节能效果。为此,根据数据包到达的平均时间间隔,提出了一种动态设定移动终端（MS）睡眠周期的休眠算法nPSM。由基站（BS）在数据包到达时计算数据包平均到达间隔,并在下一次与移动终端通信过程中,通过下行数据包以捎带的方式将该信息传递给移动终端,作为后续休眠周期的长度。结合数学分析和仿真实验,验证了所提休眠算法相比现有针对非实时业务的节能算法,在低通信负载下,在减少数据包响应延时的同时提高了节能效果。     

IEEE 802.16e休眠模式算法的研究和改进

IEEE 802.16e为移动站点提供了大范围的无线接入,为了减少移动站点的功率消耗,它提出了一种节能机制休眠模式.移动站点在休眠间隔后进入监听间隔,检查其间是否有数据分组到达.如果有,它将进入清醒状态接收数据,否则,继续进入休眠间隔.草案中所提出的休眠模式指数增长算法在低业务量情况下,响应时间过长.文中提出了线性增长算法解决这一问题,理论分析了该算法的两个性能指标平均响应时间和平均能量消耗.并结合仿真实验,对比了这两种算法的性能,证实了后者具有较好的性能.进一步分析了休眠模式各个参数对上述两个性能指标的影响,对参数值的选取有重要帮助.     

IEEE 802.16e节能类型III的性能分析

基于IEEE 802.16e节能类型III的工作原理,考虑用户触发数据的无后效性,建立一个带有多重休假的Geom/G/1排队模型。利用嵌入式马尔可夫链方法推导出该排队系统的稳态指标,相应给出数据帧平均响应时间、能量节省率等性能指标的表达式。构造一个综合考虑能量节省与系统响应时间的成本函数,通过数值例子说明系统性能指标对休眠窗口长度的依赖关系,给出不同负载下休眠窗口长度的最优值。     

IEEE 802.16e中节能类型Ⅰ的排队性能分析

根据IEEE 802.16e中的休眠模式节能类型Ⅰ的工作机制,建立休假长度呈指数变化的多重休假排队模型。给出稳态队长、平均等待时间、平均忙循环等排队参数。推导出能量节省率和平均响应时间性能指标的表达式,通过数值例子得到系统性能指标与初始休眠窗口大小的依赖关系。     

面向Best Effort业务的IEEE 802.16m休眠模式及性能评估

针对IEEE 802.16m提出的新的休眠模式,为了定量刻画系统参数对系统性能的影响、优化设计系统参数,将有数据传输的扩展监听窗口抽象为忙期,无数据传输的监听窗口及之后的休眠窗口抽象为休假期,建立一个多重休假排队模型.结合Best Effort业务,考虑忙期长度与休假期长度之间的相互依赖关系,令首个休假长度随机变化,之后的休假长度按照指数方式增长.利用嵌入马尔科夫链方法,导出排队系统的稳态解,给出能量节省率及响应时间等性能指标的表达式.结合数值实验与仿真实验,揭示不同性能指标之间的折衷关系.构造成本函数,对休眠周期等系统参数进行优化设置,为IEEE 802.16m休眠模式的算法改进提供理论依据.     

LTE无线系统终端省电机制研究

针对长期演进(LTE)系统恒功率休眠模式中存在的低业务、高功耗等缺点,提出一种变功率休眠算法。该算法可根据终端业务要求,动态改变休眠周期,以提高终端的待机时间,并以该算法为基础,探讨休眠状态终端的平均响应时间和平均功耗等问题。仿真实验表明,与恒功率休眠算法相比,该变功率休眠算法可以减少功耗6%~12%。     

IEEE802.16e睡眠模式的改进和硬件设计

IEEE802.16e标准支持终端的移动性,能量消耗成为非常重要的问题,因此,标准提出了节能机制睡眠模式减少移动站点（MS）的功率消耗。草案中提出的睡眠窗口指数增长算法在低业务量情况下,响应时间过长。提出了指数加权滑动增长算法解决这一问题,理论分析了新算法的平均响应时间和平均消耗能量两性能指标,对算法进行了硬件设计和整体系统的硬件结构设计,通过仿真对比了这两种算法的性能,证实后者在现实应用环境下具有较好的性能。进一步分析了睡眠模式各参数对上述性能指标的影响,对参数值的选取有参考价值。     

902.16e系统中一种节能的实时业务数据调度算法

在802.16e系统中,当多个拥有实时业务的MS同时处在休眠模式时,BS的调度结果不仅决定了这些实时业务的QoS,还会影响到网络的平均节能效率.针对这个问题提出了一种新的节能数据调度算法.该算法具有两个方面的技术特点:1)通过调整新加入的MS休眠模式的启动时间,使得各MS的侦听窗口尽量分散并实现系统负载在OFDM帧上较为均匀的分布,以平滑BS调度器的输入;2)对目前广泛使用的实时业务调度算法EDF进行改进,提高处在休眠状态的MS的数据调度优先级.仿真结果表明,该算法在保证系统QoS的同时,不仅能够较大地提高了网络的平均节能效率,还降低了系统的整体信令开销.     

宽带城域网中节能机能I的性能分析

在移动宽带城域网中,如何获得更好的节能效果是移动设备面临的重要问题之一,IEEE 802.16e标准中提出称为休眠模式的节能机制。基于带有休眠延迟的节能类型I,建立带有休假延迟且休假长度指数变化的多重休假排队模型。通过嵌入Markov链方法及边界状态变体定理,对排队模型进行了分析,给出了系统切换率、能量节省率和平均响应时间等性能指标的解析表达式。通过理论分析和仿真实验刻画了不同系统负载下,系统性能指标与休眠延迟定时器长度的依赖关系。综合不同性能指标,构造成本函数,给出系统参数的优化设置方案。     

基于长期演进系统非连续接收机制的改进算法

为了使3GPP长期演进（LTE）系统可以根据不同业务的服务质量(QoS)要求来动态地调整非连续接收（DRX）周期,进而利用增加短时间内数据到达过程的相关性,提出了一种LTE系统DRX机制的改进算法。该算法通过引入增长因子实现睡眠周期的可变倍数增长,并且根据上一次睡眠模式状态阶数确定下一次初始睡眠间隔来降低能耗。算法建立了DRX机制的数学模型,并从能量消耗和时延方面进行分析,仿真结果表明该算法总体上具有更好的节能效果和时延特性。     

无线传感器网络节点自适应睡眠调度算法NASS的研究与实现

为解决无线传感器网络能量受限问题,提出一种节点自适应的睡眠调度算法NASS(Node Adaptive Sleep Schedule)。当网络中有节点的死亡或者离开时,为了节约能量,其邻居节点应该根据通信节点的数目的减少而自动增加睡眠时间。在LEACH协议的分簇方法基础上,通过调整数据融合窗口来增加簇头节点的睡眠时间,从而达到了节约能量和提高整个网络生存周期的目的。实测结果表明,此算法在网络节点减少的条件下有效的提高了网络生存周期。     

基于分簇的无线传感器网络MAC节能算法

为减少节点能耗和提高信道利用率,提出一种基于分簇结构的无线传感器网络MAC节能算法(EEC-MAC)。在TDMA机制的基础上,采用时隙系数动态调整簇内节点的时隙大小,降低数据的传输时延。对于部分不需要数据传输的节点不分配时隙,使其拥有较长的睡眠时间来节约能量。簇内节点按其剩余能量系数形成时隙分配顺序,减少状态转换的能耗。簇间节点采用基于CSMA/CA机制的随机分配策略实现通信。仿真结果表明,EEC-MAC节能效果较好,具有较小的平均通信时延和较长的网络生命周期。     

基于跨层竞争的同步MAC协议研究

在无线传感器网络(WSNs)中,基于跨层竞争的同步媒体接入控制(MAC)在一周期内可安排多个数据包的多跳传输,传统的协议在同一个数据窗口传输请求数据包和确认数据包,降低了数据窗口的多跳流量的建立,也降低了在多跳场景中的数据包传输率和传输时延性能.本文提出了基于新的基于跨层竞争的同步MAC(CLC-MAC)协议,CLC-MAC协议引用新的周期结构,且其包含两个独立窗口,并由该窗口分别传输数据请求包和确认包,即请求包在数据窗口传输,而确认包在休眠窗口传输.实验数据表明:与先锋路由帧MAC(PRMAC)协议相比,CLC-MAC协议的端到端传输时延和数据包传输率的性能均得到了提高.     

LBPS: Load-Based Power Saving in the IEEE 802.16e Network

Previous works in IEEE 802.16e power saving mainly focused on standard Type I or Type II power saving class. The limitation of adopting Type I or Type II is discussed in the paper, and the idea of Load-Based Power Saving (LBPS) is proposed. The base station in LBPS measures the traffic load and estimates the sleep window size for mobile subscriber stations by setting a threshold for data accumulation. A basic version of LBPS, LBPS-Aggr, is presented in the paper, in which all of the traffic in the network is treated as a single aggregate flow in estimation of the sleep window size. Adopting the idea of group splitting or merging in sleep schedule, two enhanced versions namely LBPS-Split and LBPS-Merge are proposed. Simulation results demonstrate that better power saving efficiency can be achieved by proposed LBPS schemes than standard Type I and Type II.     

基于簇头预测的无线传感器网络节能算法

针对无线传感器网络寿命受节点能量制约的问题,提出基于簇头预测的节能算法。分析节点接收、发送和处理数据所需能耗与通信中数据包长度的近似线性关系,给出节能算法的能耗模型。以已有融合数据为基础,簇头利用灰色预测算法求出该簇的数据,降低簇头与非簇头节点的通信频率,使簇头以较低能耗延长其轮回周期。仿真结果表明,该算法能有效降低节点死亡速度,延长网络寿命。     

函数级进化型硬件在模式识别中的应用

设计了一个基于函数级进化型硬件(FEHW)的高速模式识别系统，并提出了一种适合此系统的改进遗传学习算法——可变染色体长度遗传算法(VGA)。利用VGA代替简单的遗传算法(SGA)来处理大输入的图像数据，实时实现了3类飞机识别。仿真结果表明，VGA进化速度是SGA的9倍，识别率达到80％以上。