智能手機在3G和LTE網(wǎng)絡中的尾能耗研究與優(yōu)化.pdf

1、智能手機是當前最主流的移動終端，人們常常使用智能手機通過第三代(The Third Generation，3G)和長期演進(Long Term Evolution，LTE)通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互。智能手機有限的電池容量限制了它的續(xù)航工作時間。作為智能手機的三大耗電元件之一的蜂窩端口在移動通信網(wǎng)絡中進行數(shù)據(jù)傳輸后，會產(chǎn)生大比例的尾能耗，造成手機電能的浪費。對智能手機在3G和LTE網(wǎng)絡中的尾能耗特性進行分析，不但可以獲知產(chǎn)生大比例尾能

2、耗的具體原因，還可以據(jù)此對尾能耗進行優(yōu)化，以達到降低手機總能耗、延長續(xù)航工作時間的目的。因此，智能手機尾能耗的研究與優(yōu)化是一項具有重大意義的工作。
　　本文從智能手機尾能耗形成的角度出發(fā)，圍繞如何有效合理地降低蜂窩網(wǎng)絡端口傳輸能耗這一問題展開研究，在3G和LTE網(wǎng)絡RRC狀態(tài)機的基礎上，提出基于數(shù)據(jù)分類和聚合的數(shù)據(jù)傳輸節(jié)能機制，以降低蜂窩網(wǎng)絡端口傳輸能耗。本文主要做了以下研究:
　　(1)深入研究智能手機在3G和LTE網(wǎng)絡中

3、尾能耗優(yōu)化的相關理論和關鍵技術(shù)，對現(xiàn)有的尾能耗優(yōu)化節(jié)能策略進行分類和總結(jié)，并討論其在設計中存在的一些難題。
　　(2)了解和研究3G和LTE通信技術(shù)中的無線資源控制協(xié)議的狀態(tài)機及其工作流程，對基于RRC狀態(tài)機建立傳輸能耗模型的應用依據(jù)進行了分析。設計了一個適合于尾能耗特性和優(yōu)化研究的傳輸能耗統(tǒng)計函數(shù)和傳輸能耗模型執(zhí)行流程，編程實現(xiàn)了在3G和LTE網(wǎng)絡中的蜂窩端口傳輸能耗模型。對搭建好的傳輸能耗模型進行的模擬仿真結(jié)果表明，所設計的蜂

4、窩端口傳輸能耗模型可以較好地模擬和統(tǒng)計數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的能耗，適用于尾能耗特性和優(yōu)化研究。
　　(3)智能手機數(shù)據(jù)傳輸中的頻發(fā)性和微量性特征增加了尾能耗的出現(xiàn)次數(shù)與占比，降低了傳輸能耗利用率。為此，本文提出一種基于聚合思想的數(shù)據(jù)傳輸節(jié)能機制(Aggregate-based Energy Saving Data Transmission，A-ESDT)，該機制通過對數(shù)據(jù)傳輸類型的劃分和蜂窩端口RRC狀態(tài)機的判斷，對數(shù)據(jù)傳輸做出即時

5、發(fā)送或延遲發(fā)送的不同策略。通過傳輸能耗模型試驗的結(jié)果表明，與普通傳輸機制相比，A-ESDT機制的節(jié)能效果好，但是在多次聚合后其節(jié)能效率并不穩(wěn)定，會隨著發(fā)送次數(shù)的增加而有所降低。
　　(4)針對A-ESDT機制存在的節(jié)能效率不穩(wěn)定的問題，提出一種改進型的A-ESDT機制(EA-ESDT)。該機制綜合考慮即時型、心跳型數(shù)據(jù)出現(xiàn)周期和等待隊列中最早deadline時間等因素，在原有數(shù)據(jù)傳輸判斷機制的基礎上加入概率預測進行機會成本的權(quán)衡。