基于IEEE802.16e的节能算法研究及其仿真实现

【摘要】： IEEE802.16e是IEEE 802工作组在IEEE 802.16d的基础上提出来的标准协议,它在2~6GHz的特许频段内支持低速的移动终端,提供了一种既能提高数据业务又能使用户具有移动性的宽带无线接入解决方案。由于IEEE802.16e强调移动性,其相应的移动终端只能采用电池供电,而电池的容量又受到移动设备体积大小的限制。因此,降低能量消耗是IEEE802.16e移动终端的重要设计目标之一。 本文深入研究了IEEE 802.16e的MAC层协议,对MAC层的各子层功能和关键技术作了详细介绍。为了更好地了解休眠机制,本文系统地归纳总结了几种移动通信系统中所采用的休眠机制,包括UMTS、CDMA 2000、无线局域网和本文的重点IEEE 802.16e,并分析了各移动通信系统中休眠机制的异同。 在IEEE 802.16e中,MAC层协议将业务划分成了五种不同的类型,并针对不同业务的需要规定了三种类型的休眠机制,由于第二种类型和第三种类型的休眠机制可以看作是第一种类型休眠机制的特例,因此,本文主要针对第一种类型的休眠机制进行了研究。由于在BS向MS发送SDU到达率低的情况下,过长的休眠周期会大大增加休眠能量开销,从而加大平均能量消耗,且过长的休眠周期也大大增加了移动终端响应的平均等待时间。而802.16e规定的节能机制(ESM),其各休眠周内的休眠时段按照指数方式增长,导致了随休眠周期增加,其相应的休眠时段急速增长,因此,标准规定的休眠机制存在不足之处。 针对上述问题,本文在现有节能机制的基础上提出了两种新的改进节能算法,即叠加增长算法和退步平方增长算法,叠加增长算法各休眠周期的休眠时间按其前面相临两个休眠周期的休眠时段之和取值,即T(i)=[T(i-1)+T(i-2)],而退步平方增长算法各休眠周期的休眠时段取值为T(i)=int[(i-1)2/2]*Tmin。同时,为了进一步调整休眠时段的增长速度,使得节能算法具有更好的适应性,本文又提出了步进增长算法,即各休眠周期的休眠时段按照帧长步进方式增长。为了验证三种算法的性能,本文用Matlab进行了仿真,大量的仿真结果表明:与ESM相比,三种新的节能算法均不同程度地减少了平均能量消耗,并大大降低了平均等待时间,其总体性能明显优于ESM。文中通过不同的参数取值论证了各个参数对节能机制性能的影响,最后对几种不同的节能算法进行了比较,步进增长算法在节能、响应方面具有最优的效果,而且其对参数的选择不敏感,鲁棒性很好。 【关键词】：IEEE 802.16e MAC 节能算法 平均等待时间
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TN925.93
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 引言8
• 1.2 各种无线接入技术的特点8-9
• 1.3 IEEE 802.16 标准的发展进程9-10
• 1.4 IEEE 802.16 支持的两种网络拓扑10-11
• 1.5 IEEE 802.16 支持的双工方式：FDD 和TDD11
• 1.6 本文的研究背景和目的11-12
• 1.7 本文研究的主要内容和结构安排12-13
• 2 IEEE 802.16e 协议概述13-19
• 2.1 IEEE802.16e 协议模型和基本特征13-14
• 2.2 IEEE802.16e MAC 层14-18
• 2.2.1 MAC 层各子层功能14-15
• 2.2.2 MAC 层关键技术15-18
• 2.3 IEEE802.16e 物理层概述18-19
• 3 无线通信系统中的休眠机制19-41
• 3.1 UMTS 通信系统休眠机制20-23
• 3.2 CDMA2000 通信系统中休眠机制23-26
• 3.3 WLAN 中休眠机制26-33
• 3.3.1 DCF 介绍26-28
• 3.3.2 PCF 介绍28
• 3.3.3 BSS 中的功率管理28-31
• 3.3.4 IBSS 中的功率管理31-33
• 3.4 IEEE 802.16e 中的休眠机制33-39
• 3.4.1 休眠模式与清醒模式定义33
• 3.4.2 IEEE 802.16e MAC 休眠机制中的管理消息33-37
• 3.4.3 IEEE 802.16e 中的三种PSC37-39
• 3.5 小结39-41
• 4 IEEE 802.16eMAC 层的节能算法建模及仿真分析41-67
• 4.1 IEEE 8.2.16e 中第一种类型PSC42-47
• 4.2 基于IEEE 802.16e 的新节能算法47-62
• 4.2.1 叠加增长算法47-52
• 4.2.2 退步平方增长算法52-57
• 4.2.3 步进增长算法57-62
• 4.3 几种节能算法的比较62-66
• 4.4 小结66-67
• 5 总结67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 附录73-75

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