面向移動終端的無線傳輸優(yōu)化與節(jié)能機制研究.pdf

1、近年來移動服務的爆炸式增長促進了對于更高傳輸帶寬的需求，現(xiàn)有的兩種無線技術，WiFi和蜂窩網(wǎng)絡成為移動終端應用最為廣泛的通信方式。蜂窩移動通信采用蜂窩無線組網(wǎng)方式，實現(xiàn)終端在活動中與網(wǎng)絡設備相互通信，具有越區(qū)切換和跨本地網(wǎng)自動漫游功能。WiFi是基于IEEE802.11系列標準的無線網(wǎng)路通信技術，該技術使用的2.4GHz和5GHz附近的頻段進行傳輸。蜂窩移動通信具有廣覆蓋、高移動性和中低等數(shù)據(jù)傳輸速率的特性，而WiFi則可以提供短距離高

2、速率傳輸，兩種傳輸技術從而可以形成互補。
　　對于移動網(wǎng)絡傳輸需求的急劇增加預示著網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸過程中能耗產(chǎn)生也會大量增加。不同于傳統(tǒng)PC設備，移動設備例如智能手機、平板電腦往往受限于有限的電池容量，因此在網(wǎng)絡傳輸中的能耗問題顯得更為突出。除去電池容量有限的因素，產(chǎn)生該問題的原因有多種。首先由于無線通信技術自身特性，其傳輸過程中能耗開銷較高，尤其在使用蜂窩網(wǎng)絡時為減少傳輸延遲往往需要使設備持續(xù)保持高能耗狀態(tài)，由此產(chǎn)生的“長尾能耗”占

3、據(jù)了傳輸能耗相當大比例，信道衰減以及設備移動導致的信號強度不穩(wěn)定也會加劇上述問題；同時，上層移動應用不合理的傳輸調(diào)度機制也降低了能耗效率。
　　因此移動終端在無線網(wǎng)絡中進行數(shù)據(jù)傳輸時的能耗問題引起了廣泛關注。國內(nèi)外對于移動終端傳輸?shù)墓?jié)能與優(yōu)化研究主要集中于兩個方面：一方面針對無線網(wǎng)絡通信協(xié)議進行相關優(yōu)化，例如盡量減少長尾片段的產(chǎn)生；另一方面是結(jié)合上層應用傳輸特性，采取延遲或者預取傳輸?shù)炔呗跃酆蟼鬏敂?shù)據(jù)達到節(jié)能效果。但現(xiàn)有研究大多針

4、對其中單一方面進行解決，忽略了上層應用與傳輸緊密的耦合關系，往往無法保證用戶體驗。然后，在混雜無線網(wǎng)絡環(huán)境下，移動設備采用帶寬合并傳輸時能耗會進一步增加，相關研究也存在空白。最后，目前針對單一設備傳輸策略的研究其節(jié)能效果往往有限，在多設備網(wǎng)絡環(huán)境下，協(xié)同通信架構(gòu)可以進一步聚合傳輸數(shù)據(jù)。通過對移動設備的無線傳輸優(yōu)化與節(jié)能機制的幾個關鍵技術進行研究，解決此類問題。
　　首先，針對移動終端傳統(tǒng)優(yōu)化傳輸策略節(jié)能效果有限的問題，提出了一種基

5、于數(shù)據(jù)流分析的動態(tài)調(diào)度節(jié)能傳輸機制。不同于傳統(tǒng)策略中靜態(tài)設定延遲傳輸參數(shù)，該研究利用神經(jīng)網(wǎng)絡技術實時分析數(shù)據(jù)流，動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)包的延遲參數(shù)，從而根據(jù)不同應用采取不同的延遲調(diào)度策略，在減少長尾能耗的同時保證上層用戶體驗，實驗表明該策略相比傳統(tǒng)調(diào)度方法能夠進一步節(jié)能20％左右。
　　其次，針對無線網(wǎng)絡傳輸中頻繁出現(xiàn)網(wǎng)絡抖動的特征，提出了一種面向敏感網(wǎng)絡環(huán)境的節(jié)能傳輸調(diào)度機制，研究從移動蜂窩網(wǎng)絡的波動性出發(fā)，分析了單任務傳輸和多任務傳輸?shù)?/p>

6、離線調(diào)度模型，并且給出了理論最優(yōu)解。在此基礎上給出網(wǎng)絡環(huán)境敏感的動態(tài)在線調(diào)度策略，在任務可以容忍的時間范圍內(nèi)，采取避免長尾效應的原則，盡量選取最優(yōu)的傳輸單元進行數(shù)據(jù)傳輸，達到能耗優(yōu)化的目的。在網(wǎng)絡抖動環(huán)境下的多任務在線調(diào)度測試中，該策略最多可以節(jié)約24%傳輸能耗。
　　再次，針對異構(gòu)網(wǎng)絡中移動終端多網(wǎng)絡聚合的問題，提出了一種面向異構(gòu)無線網(wǎng)絡的聚合傳輸中間件架構(gòu)，此架構(gòu)能夠有效聚合多網(wǎng)絡鏈路進行傳輸，從而大幅度提升傳輸帶寬，同時無需

7、對現(xiàn)有協(xié)議棧以及網(wǎng)絡架構(gòu)進行修改，并且在此基礎之上考慮了不同網(wǎng)絡端口能耗特性，通過相應調(diào)度策略在保證上層應用體驗基礎上盡可能降低多鏈路傳輸?shù)哪芎?，實驗證明該中間件能夠減少約40%的傳輸時間，同時相比默認傳輸策略，節(jié)能策略減少了16%的雙端口能耗開銷。
　　最后，針對單設備調(diào)度策略節(jié)能效果有限的問題，提出了一種基于協(xié)同通信的多設備節(jié)能傳輸策略，移動設備通過隨機森林算法動態(tài)分析數(shù)據(jù)流，將自身“非密集數(shù)據(jù)”選擇性地遷移給附近其他中繼設備