專(zhuān)利名稱(chēng)：移動(dòng)站點(diǎn)休眠模式節(jié)能方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種移動(dòng)通信站點(diǎn)節(jié)能領(lǐng)域，尤其涉及一種基于IEEE8Q2. 16e 標(biāo)準(zhǔn)的MAC (媒介訪問(wèn)控制)層的移動(dòng)站點(diǎn)休眠模式節(jié)能方法。
技術(shù)背景IEEE802.16e (美國(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì)制定的通信協(xié)議，編號(hào)為 802. 16e)標(biāo)準(zhǔn)在IEEE802. 16基礎(chǔ)上增加了支持移動(dòng)性的功能，如何通過(guò)節(jié)能 機(jī)制減少能量消耗、延長(zhǎng)移動(dòng)站點(diǎn)的電池使用時(shí)間成為IEEE802. 16e系統(tǒng)中一 個(gè)非常重要的問(wèn)題。在IEEE802. 16e國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，移動(dòng)站點(diǎn)和基站有兩種操作 模式喚醒模式(wake-mode)和休眠模式(sleep-mode)。喚醒模式表示移動(dòng) 站點(diǎn)處于數(shù)據(jù)收發(fā)的通信狀態(tài)，所有通信模塊都打開(kāi)處于工作狀態(tài)；休眠模式 表示移動(dòng)站點(diǎn)在預(yù)協(xié)商的時(shí)間間隔內(nèi)停止數(shù)據(jù)收發(fā)，所有通信模塊都處于關(guān)閉 狀態(tài)以節(jié)省能量消耗。休眠模式中包含有兩種操作窗口休眠窗口 (sle印window)和偵聽(tīng)窗口 (listening window),休眠模式在兩種窗口中切換。在休眠窗口中，移動(dòng)站 點(diǎn)的通信模塊處于關(guān)閉狀態(tài)，如果來(lái)自網(wǎng)絡(luò)側(cè)的的SDU (服務(wù)數(shù)據(jù)單元)在移 動(dòng)站點(diǎn)休眠期到達(dá)基站，則該SDU在基站的緩沖隊(duì)列中緩存下來(lái)，直到移動(dòng)站 點(diǎn)返回喚醒狀態(tài)再將SDU發(fā)送給移動(dòng)站點(diǎn)。在偵聽(tīng)窗口中，移動(dòng)站點(diǎn)需要與服 務(wù)的基站取得下行同步，并偵聽(tīng)基站的指示消息以決定保持休眠模式或回到喚 醒模式。移動(dòng)站點(diǎn)在喚醒模式下如果有一段時(shí)間(時(shí)間長(zhǎng)度根據(jù)具體情況設(shè)定)沒(méi) 有進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，就向基站發(fā)送休眠請(qǐng)求報(bào)文，在獲得基站的休眠響應(yīng)報(bào)文后， 移動(dòng)站點(diǎn)進(jìn)入休眠模式。休眠響應(yīng)報(bào)文通常包含的參數(shù)有休眠起始時(shí)間、初 始休眠窗口長(zhǎng)度T^、最大休眠窗口基數(shù)B、最大休眠窗口指數(shù)E、偵聽(tīng)窗口長(zhǎng) 度TY。最大休眠窗口長(zhǎng)度1 ^按照7_=5*2￡獲得。從休眠起始時(shí)間開(kāi)始的第 一個(gè)休眠窗口為初始休眠窗口 。進(jìn)入休眠狀態(tài)的移動(dòng)站點(diǎn)在一個(gè)休眠窗口結(jié)束 后，醒來(lái)偵聽(tīng)基站是否有SDU發(fā)送給它，若有，則轉(zhuǎn)入喚醒模式，反之則繼續(xù) 休眠模式，進(jìn)入下一個(gè)休眠窗口。IEEE802. 16e標(biāo)準(zhǔn)中定義了三種PSC (節(jié)能類(lèi)型)，其中用于BE (盡力而 為)業(yè)務(wù)及nrtPS (非實(shí)時(shí)輪詢(xún))業(yè)務(wù)的PSC最具有代表性，主要為用戶提供 網(wǎng)頁(yè)瀏覽、FTP (文件傳輸協(xié)議)等服務(wù)，其中的休眠窗口長(zhǎng)度按指數(shù)方式增 長(zhǎng)在第一個(gè)休眠時(shí)段，休眠窗口長(zhǎng)度為最小休眠時(shí)間長(zhǎng)度Lin，之后的每一 個(gè)休眠窗口長(zhǎng)度為前一個(gè)休眠窗口長(zhǎng)度的2倍，可表示為2k—其中k》1， 表示第k個(gè)休眠窗口，如圖1所示。當(dāng)2k—tin大于最大休眠窗口時(shí)間長(zhǎng)度Traax 時(shí)，取T,為休眠窗口長(zhǎng)度，第k個(gè)休眠窗口長(zhǎng)度Tk可用下式表示在IEEE802. 16e中，將一個(gè)休眠窗口和與之對(duì)應(yīng)的偵聽(tīng)窗口定義為一個(gè)休 眠周期，第k個(gè)休眠周期時(shí)間長(zhǎng)度Sk為移動(dòng)通信系統(tǒng)一方面強(qiáng)調(diào)低能耗，另一方面也強(qiáng)調(diào)響應(yīng)的時(shí)效性，因此平 均等待時(shí)間和平均能量消耗是考察休眠機(jī)制性能的主要指標(biāo)。SDU從網(wǎng)絡(luò)側(cè)到 達(dá)基站的過(guò)程服從泊松分布，到達(dá)率為入。休眠模式下，移動(dòng)站點(diǎn)的平均等待時(shí)間E[Tw]可以用下式得出<formula>formula see original document page 5</formula>設(shè)休眠窗口和偵聽(tīng)窗口單位時(shí)間能耗分別為Es和El，平均能量消耗E[En]可用下式得出<formula>formula see original document page 5</formula>t移動(dòng)站點(diǎn)采用這種休眠窗口長(zhǎng)度以指數(shù)方式增長(zhǎng)的節(jié)能機(jī)制，在SDU到達(dá) 率降低時(shí)，移動(dòng)站點(diǎn)在休眠模式中的能量消耗將快速增加，節(jié)能效果有限，平 均等待時(shí)間也不夠短。由于電池能量有限，用戶都希望在相同的業(yè)務(wù)下能耗更 少，使用時(shí)平均等待時(shí)間更短，為此，有些研究者對(duì)這種節(jié)能機(jī)制進(jìn)行了改進(jìn)。 Fangmin Xu等提出了一種基于到達(dá)率的節(jié)能方法(A Novel Adaptive Energy Saving Mode in IEEE 802.16e System. Military Communication Conference, 2006. MILCOM2006 23-25 Oct.2006:l-6.)，在到達(dá)率高的時(shí)候采用較小的初始休眠窗 口和較小的最大休眠窗口，到達(dá)率低時(shí)采用較大的初始休眠窗口和較大的最大 休眠窗口，與指數(shù)增長(zhǎng)節(jié)能機(jī)制相比，能耗降低8%，但是平均等待時(shí)間增加了 11%。劉利等提出的線性增長(zhǎng)方式(IEEE 802. 16e休眠模式算法的研究和改進(jìn). 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，Vol. 30， No. 1， 2007.1:146-152.)，在減少平均等待時(shí)間上有較 好的效果，但是節(jié)能效果不明顯，只有在到達(dá)率極低時(shí)在功耗方面不比指數(shù)增 長(zhǎng)差?，F(xiàn)有技術(shù)的缺陷是節(jié)能效果有限，平均等待時(shí)間也不夠短。雖然有人對(duì) 此進(jìn)行了改進(jìn)，但是綜合性能都不是很理想。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種移動(dòng)站點(diǎn)休眠模式節(jié)能方法，能夠綜合降低移動(dòng) 站點(diǎn)處于休眠模式下的能耗，縮短平均等待時(shí)間。本發(fā)明的具體方案是 一種移動(dòng)站點(diǎn)休眠模式節(jié)能方法，在移動(dòng)站點(diǎn)向基 站發(fā)出休眠請(qǐng)求報(bào)文，并獲得所述基站的休眠響應(yīng)報(bào)文后，該移動(dòng)站點(diǎn)進(jìn)入休 眠模式，該休眠響應(yīng)報(bào)文包含的參數(shù)有休眠起始時(shí)間、初始休眠窗口長(zhǎng)度T in、 最大休眠窗口基數(shù)B和最大休眠窗口指數(shù)E，所述初始休眠窗口即從休眠起始 時(shí)間開(kāi)始的第一個(gè)休眠窗口，所述移動(dòng)站點(diǎn)休眠窗口長(zhǎng)度按順序逐漸增加，最 大休眠窗口長(zhǎng)度Tmax按照T^ =^*2￡獲得，所述移動(dòng)站點(diǎn)處于休眠窗口狀態(tài)時(shí)， 停止收發(fā)數(shù)據(jù)，其關(guān)鍵在于第二個(gè)休眠窗口的長(zhǎng)度T2為式中，k為大于2的正整數(shù)，表示休眠窗口順序編號(hào)，Tk表示第k個(gè)休眠窗口大 小，Int[，]表示取整運(yùn)算，所述移動(dòng)站點(diǎn)按照給定的休眠窗口長(zhǎng)度休眠。本發(fā)明是基于IEEE802. 16e標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)休眠窗口增長(zhǎng)方式進(jìn)行的改進(jìn)，這種 增長(zhǎng)方式我們把它叫做退步平方增長(zhǎng)。由于在k=2時(shí)，1)2/2J=0，由此 算出T2=0，沒(méi)有意義，因此第二個(gè)休眠窗口長(zhǎng)度與其他休眠窗口增長(zhǎng)方式不同。所述休眠響應(yīng)報(bào)文還包含有參數(shù)偵聽(tīng)窗口長(zhǎng)度TY，所述休眠模式在所述 休眠窗口與偵聽(tīng)窗口中切換。偵聽(tīng)窗口長(zhǎng)度為固定值，在整個(gè)休眠模式中保持 不變。移動(dòng)站點(diǎn)發(fā)出休眠請(qǐng)求報(bào)文，獲得基站的休眠響應(yīng)報(bào)文之后，就進(jìn)入休眠 模式。休眠模式下，移動(dòng)站點(diǎn)在休眠窗口和偵聽(tīng)窗口間切換，當(dāng)偵聽(tīng)到基站有 SDU發(fā)送給它時(shí)，轉(zhuǎn)入喚醒模式。如果移動(dòng)站點(diǎn)在休眠模式下，休眠窗口的長(zhǎng) 度達(dá)到最大休眠窗口長(zhǎng)度，在沒(méi)有偵聽(tīng)到基站有SDU發(fā)送給它時(shí)，移動(dòng)站點(diǎn)繼 續(xù)處于休眠模式，此時(shí)休眠窗口長(zhǎng)度固定為最大休眠窗口長(zhǎng)度。這里比較在相同參數(shù)下，隨著到達(dá)率的升高，移動(dòng)站點(diǎn)分別采用指數(shù)增長(zhǎng)方式和退步平方增長(zhǎng)方式的平均能量消耗E[En]以及平均等待時(shí)間E[TW]。當(dāng)T隨二1024ms， TL=lms， L二5ms， Es=l， EL=10，到達(dá)率入(SDU/s，即SDU/ 秒)從1到50變化時(shí)，兩種增長(zhǎng)方式產(chǎn)生的平均能量消耗和平均等待時(shí)間的 對(duì)比分別如圖2 (a)、 2 (b)所示。從圖2 (a)可知，在到達(dá)率低的情況下， 移動(dòng)站點(diǎn)休眠窗口長(zhǎng)度按本發(fā)明增長(zhǎng)產(chǎn)生的平均能量消耗相對(duì)于指數(shù)增長(zhǎng)方 式而言，有所降低，尤其在到達(dá)率小于3QSDU/s時(shí)，平均能耗降低1GY。左右。 從圖2 (b)所知，在到達(dá)率小于30SDU/s的范圍內(nèi)，平均等待時(shí)間減少了 30% 以上。圖3、圖4分別顯示了相對(duì)于圖2而言其他參數(shù)不變，僅改變T^的大小 時(shí)，移動(dòng)站點(diǎn)分別采用兩種增長(zhǎng)方式產(chǎn)生的平均能耗與平均等待時(shí)間的對(duì)比， 其中圖3中Tmin=lms,圖4中T in=20ms。圖5顯示了相對(duì)圖2而言，其他參數(shù) 不變，僅改變T,的大小時(shí)，移動(dòng)站點(diǎn)分別采用兩種增長(zhǎng)方式產(chǎn)生的平均能耗 與平均等待時(shí)間的對(duì)比。對(duì)比結(jié)果均表明相對(duì)指數(shù)增長(zhǎng)方式，移動(dòng)站點(diǎn)采用 退步平方增長(zhǎng)方式時(shí)，產(chǎn)生的平均能耗明顯要小，產(chǎn)生的平均等待時(shí)間明顯要 短。本發(fā)明的顯著效果是提出一種移動(dòng)站點(diǎn)休眠模式節(jié)能方法，通過(guò)改進(jìn)基 于IEEE802. 16e標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)站點(diǎn)休眠窗口長(zhǎng)度增長(zhǎng)方式，有效地降低了移動(dòng)站 點(diǎn)處于休眠模式下的能耗，并縮短了平均等待時(shí)間，提高了移動(dòng)站點(diǎn)的綜合性 能。


圖1是IEEE802. 16e國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的休眠模式示意圖； 圖2是移動(dòng)站點(diǎn)采用本發(fā)明與指數(shù)增長(zhǎng)方式產(chǎn)生的平均能耗和平均等待 時(shí)間上的對(duì)比，分別用帶星和帶圈曲線表示，(a)為平均能耗對(duì)比，(b)為平 均等待時(shí)間對(duì)比，兩種方式采用相同的參數(shù)T ax=1024ms， T^lms， Tmi =5ms， Es=l， EL=10;圖3是移動(dòng)站點(diǎn)采用本發(fā)明與指數(shù)增長(zhǎng)方式產(chǎn)生的平均能耗和平均等待 時(shí)間上的對(duì)比，分別用帶星和帶圈曲線表示，(a)為平均能耗對(duì)比，(b)為平 均等待時(shí)間對(duì)比，兩種方式采用相同的參數(shù)乙x二1024nis， TY二lms, T in=lms，Es二l， El二10;圖4是移動(dòng)站點(diǎn)采用本發(fā)明與指數(shù)增長(zhǎng)方式產(chǎn)生的平均能耗和平均等待 時(shí)間上的對(duì)比，分別用帶星和帶圈曲線表示，(a)為平均能耗對(duì)比，(b)為平 均等待時(shí)間對(duì)比，兩種方式采用相同的參數(shù)T^二1024ms， TY二lms， T in=20ms， Es二l， EL=10;圖5是移動(dòng)站點(diǎn)采用本發(fā)明與指數(shù)增長(zhǎng)方式產(chǎn)生的平均能耗和平均等待 時(shí)間上的對(duì)比，分別用帶星和帶圈曲線表示，(a)為平均能耗對(duì)比，(b)為平 均等待時(shí)間對(duì)比，兩種方式采用相同的參數(shù)Tnax=512ms， TY二lms， T in=5ms， Es=l，El二10;圖6是本發(fā)明休眠模式示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例1:如圖6所示 一種移動(dòng)站點(diǎn)休眠模式節(jié)能方法，在移動(dòng)站點(diǎn)向基站發(fā)出休 眠請(qǐng)求報(bào)文，并獲得所述基站的休眠響應(yīng)報(bào)文后，該移動(dòng)站點(diǎn)進(jìn)入休眠模式， 該休眠響應(yīng)報(bào)文包含的參數(shù)有休眠起始時(shí)間、初始休眠窗口長(zhǎng)度Lin、最大 休眠窗口基數(shù)B、最大休眠窗口指數(shù)E和偵聽(tīng)窗口長(zhǎng)度TL，所述初始休眠窗口 即從休眠起始時(shí)間開(kāi)始的第一個(gè)休眠窗口，所述移動(dòng)站點(diǎn)休眠窗口長(zhǎng)度按順序 逐漸增加，最大休眠窗口長(zhǎng)度1^按照7_=^*2￡獲得，所述休眠模式在所述 休眠窗口與偵聽(tīng)窗口中切換，所述移動(dòng)站點(diǎn)處于休眠窗口狀態(tài)時(shí)，停止收發(fā)數(shù) 據(jù)，第二個(gè)休眠窗口的長(zhǎng)度T2為<formula>formula see original document page 9</formula>、第三個(gè)休眠窗口開(kāi)始，隨后的休眠窗口長(zhǎng)度為 r-i)2/2]， (rmta*M<formula>formula see original document page 9</formula>
式中，k為大于2的正整數(shù)，表示休眠窗口順序編號(hào)，Tk表示第k個(gè)休眠窗口大 小，Int[，]表示取整運(yùn)算，所述移動(dòng)站點(diǎn)按照給定的休眠窗口長(zhǎng)度休眠?；痉祷亟o移動(dòng)站點(diǎn)的休眠響應(yīng)報(bào)文中的參數(shù)初始休眠窗口長(zhǎng)度 T^二5ms、最大休眠窗口基數(shù)B二lms、最大休眠窗口指數(shù)E二IO，可以得到最大休 眠窗口長(zhǎng)度Tma^l024ms，此時(shí)第二個(gè)休眠窗口長(zhǎng)度為10ms，第三個(gè)休眠窗口長(zhǎng) 度為lOms，第四個(gè)休眠窗口長(zhǎng)度為20tns，……，第k個(gè)休眠窗口長(zhǎng)度為5*Int[(k-l)2/2]ms或1024ms， ......， 1024ms。同時(shí)休眠響應(yīng)報(bào)文中的參數(shù)還有偵聽(tīng)窗口長(zhǎng)度Kms，隨著到達(dá)率的增加，移動(dòng)站點(diǎn)產(chǎn)生的平均能耗和平均 等待時(shí)間如圖2帶星的曲線所示。其工作原理如下如圖6所示移動(dòng)站點(diǎn)在喚醒模式下如果有一段時(shí)間(時(shí)間長(zhǎng)度根據(jù)具體 情況設(shè)定)沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，就向基站發(fā)送休眠請(qǐng)求報(bào)文，在獲得基站的休 眠響應(yīng)報(bào)文后，移動(dòng)站點(diǎn)進(jìn)入休眠模式。休眠響應(yīng)報(bào)文通常包含的參數(shù)有休 眠起始時(shí)間、初始休眠窗口長(zhǎng)度T^、最大休眠窗口基數(shù)B、最大休眠窗口指數(shù) E、偵聽(tīng)窗口長(zhǎng)度L。最大休眠窗口長(zhǎng)度1 ^按照7_=^2￡獲得。在休眠模式 下，休眠窗口和偵聽(tīng)窗口交替出現(xiàn)。按照休眠響應(yīng)報(bào)文，移動(dòng)站點(diǎn)從休眠起始 時(shí)間開(kāi)始進(jìn)入第一個(gè)休眠窗口，長(zhǎng)度為L(zhǎng)in，之后進(jìn)入偵聽(tīng)窗口，經(jīng)過(guò)TV后， 再進(jìn)入第二個(gè)休眠窗口，長(zhǎng)度為2T^或T,，之后進(jìn)入偵聽(tīng)窗口，同樣經(jīng)過(guò)H 后，進(jìn)入第三個(gè)休眠窗口，長(zhǎng)度為L(zhǎng)^Int[(3-1)V2]或T,，之后進(jìn)入偵聽(tīng)窗 口，以此類(lèi)推。移動(dòng)站點(diǎn)處于休眠窗口時(shí)，通信模塊處于關(guān)閉狀態(tài)，如果SDU在此時(shí)到達(dá) 基站，則緩存在基站的緩沖隊(duì)列中，休眠期結(jié)束之后進(jìn)入偵聽(tīng)窗口，如果偵聽(tīng) 到基站有SDU發(fā)送給移動(dòng)站點(diǎn)，則進(jìn)入喚醒模式，反之則進(jìn)入下一個(gè)休眠窗口 ， 繼續(xù)休眠模式。如果移動(dòng)站點(diǎn)在休眠模式下，休眠窗口的長(zhǎng)度達(dá)到最大休眠窗 口長(zhǎng)度，在沒(méi)有偵聽(tīng)到基站有SDU發(fā)送給它時(shí)，移動(dòng)站點(diǎn)繼續(xù)處于休眠模式， 此時(shí)休眠窗口長(zhǎng)度固定為最大休眠窗口長(zhǎng)度。移動(dòng)站點(diǎn)在這種方式下工作比按 照IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn)定義的方式相比，在同樣的參數(shù)下，產(chǎn)生的平均能耗明顯 要小，平均等待時(shí)間明顯縮短。
權(quán)利要求
1、一種移動(dòng)站點(diǎn)休眠模式節(jié)能方法，在移動(dòng)站點(diǎn)向基站發(fā)出休眠請(qǐng)求報(bào)文，并獲得所述基站的休眠響應(yīng)報(bào)文后，該移動(dòng)站點(diǎn)進(jìn)入休眠模式，該休眠響應(yīng)報(bào)文包含的參數(shù)有休眠起始時(shí)間、初始休眠窗口長(zhǎng)度Tmin、最大休眠窗口基數(shù)B和最大休眠窗口指數(shù)E，所述初始休眠窗口即從休眠起始時(shí)間開(kāi)始的第一個(gè)休眠窗口，所述移動(dòng)站點(diǎn)休眠窗口長(zhǎng)度按順序逐漸增加，最大休眠窗口長(zhǎng)度Tmax按照Tmax＝B*2E獲得，所述移動(dòng)站點(diǎn)處于休眠窗口狀態(tài)時(shí)，停止收發(fā)數(shù)據(jù)，其特征在于第二個(gè)休眠窗口的長(zhǎng)度T2為
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述移動(dòng)站點(diǎn)休眠模式節(jié)能方法，其特征在于所述 休眠響應(yīng)報(bào)文還包含有參數(shù)偵聽(tīng)窗口長(zhǎng)度TY，所述休眠模式在所述休眠窗口與偵聽(tīng)窗口中切換。<formula>formula see original document page 2</formula>第三個(gè)休眠窗口開(kāi)始，隨后的休眠窗口長(zhǎng)度為<formula>formula see original document page 2</formula>
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種移動(dòng)站點(diǎn)休眠模式節(jié)能方法，在移動(dòng)站點(diǎn)向基站發(fā)出休眠請(qǐng)求，并獲得基站休眠響應(yīng)后，進(jìn)入休眠模式，基站返回給移動(dòng)站點(diǎn)的參數(shù)有初始休眠窗口長(zhǎng)度T_min、最大休眠窗口基數(shù)B和最大休眠窗口指數(shù)E，最大休眠窗口長(zhǎng)度T_max按照T_max＝B*2^E獲得，第二個(gè)休眠窗口長(zhǎng)度T₂為2T_min，當(dāng)2T_min＞T_max時(shí)，T₂＝T_max，從第三個(gè)休眠窗口開(kāi)始，休眠窗口長(zhǎng)度T_k＝T_min*Int[(k-1)²/2]，k表示第k個(gè)休眠窗口，當(dāng)T_k＞T_max時(shí)，T_k＝T_max，移動(dòng)站點(diǎn)處于休眠窗口狀態(tài)時(shí)，停止收發(fā)數(shù)據(jù)。移動(dòng)站點(diǎn)按照本發(fā)明提出的休眠窗口長(zhǎng)度增長(zhǎng)方式工作，產(chǎn)生的能耗和響應(yīng)時(shí)間都有明顯減小，綜合性能提高。
文檔編號(hào)H04Q7/32GK101272557SQ20081006968
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者櫟 何, 傅明怡, 唐朝偉, 浩 曾 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)