基于WiMAX的节能控制研究

【摘要】：宽带无线接入凭借其在初期投资、业务承载与提供服务的速度方面具有的独特优势及广泛的市场应用前景,成为近几年通信市场发展的一个热点。WiMAX家族中的IEEE 802.16e标准是支持终端移动性的无线城域网接入标准,其作为最新的无线宽带接入技术,具有很大的市场应用潜力。由于在无线宽带接入网络中移动终端MSS主要是由电池供电,而电池的能量是有限的,因此如何降低移动终端MSS的能量消耗,延长其待机时间成为一个重要的研究课题。休眠模式作为移动终端MSS的必备功能,它能有效地管理电池容量,延长其单次充电使用时间。因此,研究移动终端MSS的休眠模式对于移动终端MSS的节能控制具有重要的意义。 本文研究了移动终端MSS在休眠模式下的能量节省问题。针对三种不同的功率节省类型:用于尽力而为业务和非实时业务连接的功率节省类型A,用于主动授权业务和实时业务连接的功率节省类型B和用于多播连接和管理操作的功率节省类型C,本文通过详细的数学建模分析,数学公式推导和仿真分析,综合分析了这三种功率节省类型的工作场景,应用效率,为休眠模式模型的进一步分析奠定了基础。 基于IEEE 802.16e功率节省类型A,本文通过建立数学分析模型,详细分析了休眠模式下的四种情况,推导了各种情况下的平均能量消耗、平均包延迟时间和平均休眠时间的公式,在此基础上,通过NS2仿真,本文对比了在不同初始化窗口以及不同业务流量情况下,模型的平均包延迟时间和平均能量消耗的情况。结果表明:在休眠模式中,如果具有相对较大的初始化窗口时间间隔,移动终端MSS将会消耗更多的能量,以及需要更长的包延迟时间。由于IEEE 802.16e中的节能控制算法的初始化窗口时间间隔是固定不变的,不会根据具体的业务流量来进行自适应地调整,从而不能对不同业务流量都产生很好的节能效果,因此,本文提出了一种自适应的节能控制算法来进一步改进移动终端MSS的节能效果。此算法能够根据不同的业务流量信息,动态地修改下一次移动终端MSS进入休眠模式的初始化窗口大小,从而达到减少睡眠模式下的平均包延迟时间和平均能量消耗的目的。仿真结果表明:在低业务流量情况下,改进的自适应算法同标准算法相比,节省了更多的能量,并且减少了包延迟时间;而在高业务流量条件下,改进的自适应算法和标准算法的平均能量消耗以及平均包延迟时间相当。因此,本文提出的自适应节能控制算法优于标准算法,尤其适应于低业务流模式。 【关键词】：IEEE802.16e 休眠模式 平均能量消耗 平均包延迟时间 功率节省类型A
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 IEEE802.16 标准制定的背景和意义9-10
• 1.2 IEEE802.16 的发展现状10-15
• 1.2.1 IEEE802.16 的演进10-12
• 1.2.2 WiMAX与IEEE802.16 之间的关系12-13
• 1.2.3 IEEE802.16 与IEEE802.11 技术的比较13-14
• 1.2.4 WiMAX技术应用前景14-15
• 1.3 本文研究问题的提出15-16
• 1.4 前人的研究工作16-17
• 1.5 本文的主要工作17
• 1.6 本文的结构安排17-18
• 1.7 本章小结18-19
• 第二章 WIMAX体系结构以及对节能控制的支持19-36
• 2.1 IEEE802.16E体系结构概况19-20
• 2.2 媒介接入控制层20-29
• 2.2.1 MAC层的会聚子层20-23
• 2.2.2 MAC层的关键技术23-24
• 2.2.3 WiMAX所支持的业务类型24-25
• 2.2.4 MAC层对节能控制的支持25-29
• 2.3 物理层29-35
• 2.3.1 WiMAX物理层特性30-31
• 2.3.2 物理层对节能控制的支持31-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 基于IEEE802.16E的功率节省类型研究36-52
• 3.1 研究功率节省类型的目的36
• 3.2 三种功率节省类型的研究36-49
• 3.2.1 功率节省类型的原理37-42
• 3.2.2 功率节省类型的建模分析42-49
• 3.3 功率节省类型的分析比较49-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 节能控制研究52-70
• 4.1 问题的提出52
• 4.2 在休眠模式下的能量消耗和延迟时间建模分析52-66
• 4.2.1 分析模型建模53-61
• 4.2.2 性能仿真与分析61-66
• 4.3 自适应的节能控制算法66-69
• 4.3.1 自适应的节能控制算法分析66-67
• 4.3.2 性能仿真与分析67-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 全文总结70-73
• 5.1 主要结论70-71
• 5.2 研究展望71-73
• 参考文献73-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文80-81
• 上海交通大学学位论文答辩决议书81-83

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