智能手机在3G和LTE网络中的尾能耗研究与优化

发布时间：2017-07-05 08:03

  本文关键词：智能手机在3G和LTE网络中的尾能耗研究与优化

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【摘要】：智能手机是当前最主流的移动终端,人们常常使用智能手机通过第三代(The Third Generation,3G)和长期演进(Long Term Evolution, LTE)通信技术与互联网进行数据交互。智能手机有限的电池容量限制了它的续航工作时间。作为智能手机的三大耗电元件之一的蜂窝端口在移动通信网络中进行数据传输后,会产生大比例的尾能耗,造成手机电能的浪费。对智能手机在3G和LTE网络中的尾能耗特性进行分析,不但可以获知产生大比例尾能耗的具体原因,还可以据此对尾能耗进行优化,以达到降低手机总能耗、延长续航工作时间的目的。因此,智能手机尾能耗的研究与优化是一项具有重大意义的工作。本文从智能手机尾能耗形成的角度出发,围绕如何有效合理地降低蜂窝网络端口传输能耗这一问题展开研究,在3G和LTE网络RRC状态机的基础上,提出基于数据分类和聚合的数据传输节能机制,以降低蜂窝网络端口传输能耗。本文主要做了以下研究：(1)深入研究智能手机在3G和LTE网络中尾能耗优化的相关理论和关键技术,对现有的尾能耗优化节能策略进行分类和总结,并讨论其在设计中存在的一些难题。(2)了解和研究3G和LTE通信技术中的无线资源控制协议的状态机及其工作流程,对基于RRC状态机建立传输能耗模型的应用依据进行了分析。设计了一个适合于尾能耗特性和优化研究的传输能耗统计函数和传输能耗模型执行流程,编程实现了在3G和LTE网络中的蜂窝端口传输能耗模型。对搭建好的传输能耗模型进行的模拟仿真结果表明,所设计的蜂窝端口传输能耗模型可以较好地模拟和统计数据传输过程中产生的能耗,适用于尾能耗特性和优化研究。(3)智能手机数据传输中的频发性和微量性特征增加了尾能耗的出现次数与占比,降低了传输能耗利用率。为此,本文提出一种基于聚合思想的数据传输节能机制(Aggregate-based Energy Saving Data Transmission, A-ESDT),该机制通过对数据传输类型的划分和蜂窝端口RRC状态机的判断,对数据传输做出即时发送或延迟发送的不同策略。通过传输能耗模型试验的结果表明,与普通传输机制相比,A-ESDT机制的节能效果好,但是在多次聚合后其节能效率并不稳定,会随着发送次数的增加而有所降低。(4)针对A-ESDT机制存在的节能效率不稳定的问题,提出一种改进型的A-ESDT机制(EA-ESDT)。该机制综合考虑即时型、心跳型数据出现周期和等待队列中最早deadline时间等因素,在原有数据传输判断机制的基础上加入概率预测进行机会成本的权衡。仿真模拟实验证明, EA-ETDS机制的节能效率维持在27%左右,实现了节能效率的稳定。本文对智能手机在3G和LTE网络中的尾能耗节能优化方面的研究取得了一定的进展,为提高智能手机的传输能耗利用率提供了一种新的思路,研究成果对智能手机的节能问题的研究具有科学意义与实际的应用价值。
【关键词】：第三代通信技术 长期演进 无线资源控制 尾能耗 聚合
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状分析11-16
• 1.2.1 尾能耗聚合的研究11-12
• 1.2.2 尾能耗窃取的研究12-14
• 1.2.3 尾能耗调节的研究14-15
• 1.2.4 各类尾能耗优化方法优点与不足15-16
• 1.3 主要研究内容与目标16
• 1.4 论文结构安排16-18
• 第二章 相关背景知识18-24
• 2.1 3G网络的RRC状态机及尾能耗18-20
• 2.2 LTE网络的RRC状态机及尾能耗20-22
• 2.3 智能手机数据传输特性22-23
• 2.4 小结23-24
• 第三章 3G与LTE传输能耗模型24-38
• 3.1 引言24-25
• 3.2 RRC状态机能耗参数25-26
• 3.2.1 3G网络中的RRC状态机参数25
• 3.2.2 LTE网络中的RRC状态机参数25-26
• 3.3 传输能耗模型的工作机制26-34
• 3.3.1 传输队列生成26-27
• 3.3.2 传输能耗的统计27-34
• 3.3.2.1 3G传输能耗统计函数27-30
• 3.3.2.2 3G蜂窝端口 RRC状态判断函数30-31
• 3.3.2.3 3G传输能耗模型执行流程图31-33
• 3.3.2.4 LTE传输能耗统计函数33-34
• 3.4 3G与LTE传输能耗实验对比34-37
• 3.5 小结37-38
• 第四章 A-ESDT与EA-ESDT传输机制38-58
• 4.1 问题的提出与分析38-39
• 4.2 A-ESDT机制39-51
• 4.2.1 数据传输请求分类39-40
• 4.2.2 A-ESDT机制的设计与实现40-48
• 4.2.2.1 A-ESDT机制的设计思想和工作原理40-41
• 4.2.2.2 3G的A-ESDT传输机制的实现41-47
• 4.2.2.3 LTE的A-ESDT传输机制的实现47-48
• 4.2.3 A-ESDT机制节能效率分析48-51
• 4.3 EA-ESDT机制51-57
• 4.3.1 A-ESDT机制的不足51-52
• 4.3.2 改进的思路与EA-ESDT机制的实现52-56
• 4.3.3 实验与性能分析56-57
• 4.4 小结57-58
• 第五章 总结与展望58-60
• 5.1 工作总结58-59
• 5.2 研究工作的不足与未来展望59-60
• 参考文献60-66
• 附录66-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 徐鹏飞;李炜;郑华;吴建国;;神经网络在时间序列预测中的应用研究[J];电子技术;2010年08期

2 邢丹;耿玉波;;智能手机的快速发展及其对移动网络的影响分析[J];邮电设计技术;2010年10期

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本文编号：521092