窄带物联网协议栈中非连续接收算法的设计与实现
发布时间：2021-06-28 22:31
随着无线通信技术的迅猛发展,物联网设备应用的越来越广泛,万物互联的时代也愈发临近。NB-IoT（Narrow Band Internet of Things,窄带物联网）技术作为专为物联网设备设计的无线通信技术也在迅速普及,但物联网设备对NB-IoT通信模块在成本和功耗方面有着更高的要求。在NB-IoT系统中,DRX（Discontinuous Reception,,非连续接收）算法是数据接收中提升能量利用效率的关键技术之一的。考虑到NB-IoT应用场景中的数据特点已经与LTE（Long Term Evolution,长期演进）系统中的大不相同,需要针对物联网场景对DRX算法进行进一步优化。针对以上问题,本文以NB-IoT协议中的DRX算法为研究基础,通过选取设备的数据接收量为参考指标,设计了P-DDRX算法（Predictable-Dynamic Discontinuous Reception基于预测的动态配置非连续接收算法）。首先通过分析物联网设备的数据特点,发现设备的数据接收量存在的规律,然后对DRX算法以马尔科夫链模型进行建模,计算出DRX算法的各项参数与功耗和时延的关系,并对...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
负指数函数P随t变化曲线
第三章DRX算法的优化设计33时间概率，对DRX周期中的onDurationTimer和DRXCycleTimer进行动态调整。P-DDRX算法通过以上两个方面，尽可能的延长UE处于DRX休眠态的时间，从而达到提升设备能量利用效率的目的，并且这种调整是通过寻找物联网设备数据规律的方式进行修改，又能够尽可能避免对设备时延的影响。3.6P-DDRX算法仿真验证通过对3.2节中模型分析，可以了解到DRX算法中功耗主要是受数据接收时长和等待数据时长影响，本节将使用MATLAB仿真平台对P-DDRX算法进行仿真，通过对数据接收时长和等待数据时长的总和也就是UE处于激活期的总时长进行统计，通过反映P-DDRX算法与标准DRX算法对激活时长的影响，即可反映出P-DDRX算法对功耗的影响。所以选取几组常用DRX参数组合，并选取不同数据类型的组合进行测试。参考实际参数配置经验，将InactivityTimer设置为10TTi，onDurationTimer设置为2TTi，再模拟终端只接收一种消息，变换接收消息时间长度，对传统DRX和P-DRX的激活时间进行仿真测试，得到的结果如图3.12所示图3.12单一消息激活时长测试结果根据上图可以看出，在UE只接收一种消息时，由于每次数据类型是统一的，离散度为零，所以P-DDRX算法根据离散度选择了PDRX进行优化，通过对结果分析，根据数据长度不同，激活时长会有一定变化，但是对每种消息长度来说P-DDRX的激活时长对于传统DRX来说都有了非常明显的减少。根据上图结果，再将消息种类增加，对两种算法进行仿真测试，得到的结果如图3.13所示，其中横坐标表示数据的种类和每一种数据的数据量大校
东南大学工程硕士学位论文34图3.13多种数据激活时长测试结果根据上图测试结果，在引入多种消息类型之后，离散度出现了较大的变化，P-DDRX算法将选择DDRX进行优化，根据结果分析，优化的效果有了一定的减弱，数据种类越多，优化效果越差，数据长度越长，效果越差，但是对于小数据接收量，对于数据类型单一的物联网设备来说，P-DDRX算法对功耗还是有着较高的应用价值的。3.7本章小结本章介绍了本课题研究的NB-IoT协议栈中DRX算法的优化设计方案。首先通过对物联网场景中可能遇到的问题为引，根据对场景中设备数据进行分析归纳，总结出物联网设备的数据特点。再通过使用马尔科夫链对DRX算法进行建模，找到了DRX算法中对功耗影响的关键因子。DRX算法优化设计主要思想是对设备实际接收数据量进行统计并对下一次数据接收量进行预测，再根据预测情况对DRX参数进行动态修改，形成了优化效果好但适用条件苛刻的PDRX方案和适用条件广泛的DDRX方案的两套设计方案。最后通过以预测值的离散度为判断条件，在符合条件时使用效果更好PDRX方案，在不符合PDRX算法条件时使用DDRX方案，最终形成了以两种方案融合的P-DDRX算法的设计方案，并通过仿真验证的算法性能。下一章将介绍融合算法在协议栈中的具体实现。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于NB-IoT系统的eDRX的分析与研究[J]. 李贵勇,舒强,李文彬. 电子技术应用. 2018(08)
[2]基于马尔科夫链的自适应DRX优化机制[J]. 高岭,陈艳,王海,魏泽玉. 东南大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]基于自适应控制休眠周期的LTE DRX机制研究[J]. 刘涛,李方伟. 数字通信. 2012(06)
[4]增强DRX技术对TD-LTE系统节能机制中的研究与应用[J]. 张雅清,李方伟. 计算机应用研究. 2010(12)
[5]基于长期演进系统非连续接收机制的改进算法[J]. 李仁波,张春业,宁祥峰,李婧卿,万伟. 计算机应用. 2010(12)
[6]基于时延的动态非连续接收周期调整机制[J]. 黄波,田辉,徐海博. 中国科学技术大学学报. 2009(10)
博士论文
[1]LTE通信系统中下行链路调度算法研究[D]. 王珂.北京邮电大学 2014
硕士论文
[1]基于LTE/LTE-A系统的DRX算法研究[D]. 韩立鸿.武汉理工大学 2014
[2]LTE-A系统自适应非连续接收技术研究[D]. 吴炯.北京邮电大学 2014
[3]LTE与LTE-A系统中的节能及调度机制研究[D]. 黄波.北京邮电大学 2011
本文编号：3255148
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
负指数函数P随t变化曲线
第三章DRX算法的优化设计33时间概率，对DRX周期中的onDurationTimer和DRXCycleTimer进行动态调整。P-DDRX算法通过以上两个方面，尽可能的延长UE处于DRX休眠态的时间，从而达到提升设备能量利用效率的目的，并且这种调整是通过寻找物联网设备数据规律的方式进行修改，又能够尽可能避免对设备时延的影响。3.6P-DDRX算法仿真验证通过对3.2节中模型分析，可以了解到DRX算法中功耗主要是受数据接收时长和等待数据时长影响，本节将使用MATLAB仿真平台对P-DDRX算法进行仿真，通过对数据接收时长和等待数据时长的总和也就是UE处于激活期的总时长进行统计，通过反映P-DDRX算法与标准DRX算法对激活时长的影响，即可反映出P-DDRX算法对功耗的影响。所以选取几组常用DRX参数组合，并选取不同数据类型的组合进行测试。参考实际参数配置经验，将InactivityTimer设置为10TTi，onDurationTimer设置为2TTi，再模拟终端只接收一种消息，变换接收消息时间长度，对传统DRX和P-DRX的激活时间进行仿真测试，得到的结果如图3.12所示图3.12单一消息激活时长测试结果根据上图可以看出，在UE只接收一种消息时，由于每次数据类型是统一的，离散度为零，所以P-DDRX算法根据离散度选择了PDRX进行优化，通过对结果分析，根据数据长度不同，激活时长会有一定变化，但是对每种消息长度来说P-DDRX的激活时长对于传统DRX来说都有了非常明显的减少。根据上图结果，再将消息种类增加，对两种算法进行仿真测试，得到的结果如图3.13所示，其中横坐标表示数据的种类和每一种数据的数据量大校
东南大学工程硕士学位论文34图3.13多种数据激活时长测试结果根据上图测试结果，在引入多种消息类型之后，离散度出现了较大的变化，P-DDRX算法将选择DDRX进行优化，根据结果分析，优化的效果有了一定的减弱，数据种类越多，优化效果越差，数据长度越长，效果越差，但是对于小数据接收量，对于数据类型单一的物联网设备来说，P-DDRX算法对功耗还是有着较高的应用价值的。3.7本章小结本章介绍了本课题研究的NB-IoT协议栈中DRX算法的优化设计方案。首先通过对物联网场景中可能遇到的问题为引，根据对场景中设备数据进行分析归纳，总结出物联网设备的数据特点。再通过使用马尔科夫链对DRX算法进行建模，找到了DRX算法中对功耗影响的关键因子。DRX算法优化设计主要思想是对设备实际接收数据量进行统计并对下一次数据接收量进行预测，再根据预测情况对DRX参数进行动态修改，形成了优化效果好但适用条件苛刻的PDRX方案和适用条件广泛的DDRX方案的两套设计方案。最后通过以预测值的离散度为判断条件，在符合条件时使用效果更好PDRX方案，在不符合PDRX算法条件时使用DDRX方案，最终形成了以两种方案融合的P-DDRX算法的设计方案，并通过仿真验证的算法性能。下一章将介绍融合算法在协议栈中的具体实现。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于NB-IoT系统的eDRX的分析与研究[J]. 李贵勇,舒强,李文彬. 电子技术应用. 2018(08)
[2]基于马尔科夫链的自适应DRX优化机制[J]. 高岭,陈艳,王海,魏泽玉. 东南大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]基于自适应控制休眠周期的LTE DRX机制研究[J]. 刘涛,李方伟. 数字通信. 2012(06)
[4]增强DRX技术对TD-LTE系统节能机制中的研究与应用[J]. 张雅清,李方伟. 计算机应用研究. 2010(12)
[5]基于长期演进系统非连续接收机制的改进算法[J]. 李仁波,张春业,宁祥峰,李婧卿,万伟. 计算机应用. 2010(12)
[6]基于时延的动态非连续接收周期调整机制[J]. 黄波,田辉,徐海博. 中国科学技术大学学报. 2009(10)
博士论文
[1]LTE通信系统中下行链路调度算法研究[D]. 王珂.北京邮电大学 2014
硕士论文
[1]基于LTE/LTE-A系统的DRX算法研究[D]. 韩立鸿.武汉理工大学 2014
[2]LTE-A系统自适应非连续接收技术研究[D]. 吴炯.北京邮电大学 2014
[3]LTE与LTE-A系统中的节能及调度机制研究[D]. 黄波.北京邮电大学 2011
本文编号：3255148
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