基于802.16e的无线网络节能策略研究

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1、博十学位论文摘要电池供电移动站的移动性决定了节能策略在无线网络设计中的重要性，目前节能算法已经成为MAC层备受关注的研究热点。IEEE802．16e规范采用休眠模式机制节省电池供电移动站的能量资源，但是高负载时移动站频繁的模式转换和低负载下过多的监听窗口都会导致低能量效率。另外，降低收发数据时的功率消耗是无线网络资源分配必须考虑的因素之一，合理的资源分配方案不仅能够满足多业务多用户系统的服务质量要求，而且可以提高网络的整体性能。本文针对IEEE802．16e规范休眠模式机制和物理层传输技术特点，从休眠模

2、式的启动时机、休眠参数动态设置以及清醒后的资源调度三个方面，深入研究全面提高无线网络移动终端能量效率方案，为制定未来多业务多用户宽带无线网络节能策略提供了具有参考价值的结果。本文的主要研究成果如下：1．针对802．16e休眠模式机制中电池供电的移动站在较高负载时频繁模式转换导致的低能量效率问题，提出一种根据网络实时负载设置空闲检测时间参数的启发式算法。本文通过建立的设有空闲检测状态马尔可夫链分析模型，分析了负载、能量消耗和空闲检测时间之间的关系。基于这些分析的基础上，提出了根据负载信息动态转换空闲检测时

3、间的启发式算法。该算法能够避免频繁的模式转换，同时降低了数据包的平均延时。2．提高移动站在休眠模式中的节能效率是无线网络设计中另一个重要问题。针对无线接入设备在休眠模式时过多监听下行信道，导致消耗大量能量资源和降低空中接口的使用效率问题，提出一种基于跨层设计理念设置休眠参数的动态算法。本文将移动站MAC层休眠时间数值与提取的物理层信息相结合，形成休眠申请参数，基站根据从其物理层提取的跨层流间隔信息对移动站的休眠申请参数加以验证。通过建立马尔可夫链分析模型，分析了所提算法能更多节省处于休眠模式移动台的有限

4、能量。3．针对无线城域网协议未给出资源分配算法的问题，提出将可分配带宽转换为等效可分配时间的策略。通过构建基于效用函数的理论模型，提出一种由用户站网络作用、剩余电量、业务特性、信干比等决定的优先级权重的网络带宽分配算法。运用优化理论探讨了多用户多业务系统中的资源管理问题，通过提高重要节点服务数据时的时间集中度，降低其收发数据时的功率消耗，同时较大程度降低了大量迭代计算的算法复杂度。该算法可以通过自适应分配等效可分配时间基于802．16e的无线网络节能策略研究和发射功率来优化系统的资源分配，还可以通过改变

5、效用函数的斜度参数满足不同的业务特性。关键词：休眠模式；节能机制；网络可分配时间；效用函数；带宽分配Ⅱ博士学位论文AbstractMobilityofmobilestation，whichisgenerallyenergizedbybattery,impliesthatenergy-savingbecomesawirelessnetworkissueSOthatlifetimeofmobilestationcanbeextendedbeforerecharging．Therefore，energy-sa

6、vingstrategyisrecentlyspecifiedintheMACprotoc01．Tosupportbatterypoweredmobilebroadbandwirelessaccessdevicesefficiently，IEEE802．16edefinesasleepmodeoperationforconservingtheenergyofmobileterminals．Nevertheless，iftheMSworksinhighload，frequentstartupswillco

7、stSOmuchenergythatsuchanenergy—savingmechanismisnotenergyefficient．AndexcessivelistenwindowwillstillconsumptionenergySOlargelimitedenergythatcannotmeettherequirementofpracticalserviceswhenthemobilestationworksinlighttrafficload．Inaddition，withtherapiddev

8、elopmentofradioresourcemanagement，moreandmoreattentionsarepaidonreducereceiveandtransmitdatapowerconsumption，oneoftheessentialproblemsistoallocateradioresourcesefficientlySOthattheoverallperformanceofnetworkscanbeimprovedw