宽带无线城域网实时通信系统中休眠机制的研究与实现

论文摘要

如今用户对于宽带无线化及移动化需求的显著增加，业已出现的各种移动应用都宣告着移动时代的来临。移动系统中手持设备电池能量的有限性使得如何有效使用能量至关重要。高效的能量节省策略及算法对于保证移动通信系统的性能及稳定性具有极其重要的意义。本课题来源于中国科学院计算技术研究所“下一代宽带无线网络通信系统”项目。该项目作为北京市科委的科技计划项目执行过程中与英国芯片制造商PICOCHIP公司合作。笔者在参与项目期间负责系统中HARQ及休眠两个重要模块的全部设计、开发、调测工作。在此基础上，对系统中能量节省策略—休眠机制的相关问题进行了深入研究。本文完成的具体工作和创新之处概括如下：首先，简要介绍了能量节省策略休眠机制及算法的发展状况，较为详细的介绍了WCDMA、CDMA2000、WLAN等无线移动网络中采用的休眠机制。然后对IEEE802.16协议中的休眠机制进行了详细介绍及深入分析，指出了该机制中待完善之处，作为后续研究和待解决的重点。其次，详细介绍了IEEE 802.16无线接口技术规范的特点和技术优势，深入分析了物理层和媒体接入控制层的协议栈体系结构。详细介绍了宽带无线城域网实时无线通信系统解决方案所采用的硬件平台、软件系统，同时概要说明了该系统下休眠模块的设计与实现。第三，针对本人工作的重点，对无线城域网实时通信系统中的休眠机制的实现方案加以详细介绍和说明，并将该方案在Linux OS下以网络驱动程序的方式实现及测试，包括基站和移动台休眠模块。最后，对休眠机制中的参考场景进行数学建模，针对本人提出的休眠机制实现方案在OPNET仿真环境下进行仿真，对休眠机制中参数选取对于系统性能的影响进行分析并得出的结论，对以后的研究具有指导性意义。同时，将休眠机制与切换机制结合起来考虑，将是论文进一步研究的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 论文工作
• 1.3 论文的组织结构
• 第二章 无线通信系统中的休眠机制
• 2.1 UMTS 通信系统休眠机制
• 2.2 CDMA2000 通信系统中休眠机制
• 2.3 WLAN 中的休眠机制
• 2.4 Wimax 无线城域网休眠机制
• 2.4.1 休眠模式与清醒模式
• 2.4.2 休眠机制中的管理消息
• 2.4.3 三种类型的Power Saving Class
• 2.4.4 休眠中的周期测距
• 2.4.5 休眠与切换的结合
• 2.5 小结
• 第三章 IEEE802.16 协议概述及宽带无线城域系统概貌
• 3.1 IEEE 802.16 标准发展历程
• 3.2 IEEE802.16e 协议模型及关键技术
• 3.2.1 IEEE 802.16 协议模型
• 3.2.2 物理层关键技术
• 3.2.3 媒体接入控制（MAC）层关键技术
• 3.3 宽带无线城域网实时通信系统实现方案
• 3.3.1 PicoChip 硬件平台
• 3.3.2 系统整体架构
• 3.3.3 模块接口
• 3.3.4 系统核心数据结构
• 3.4 宽带无线城域网实时通信系统中的休眠控制模块
• 3.4.1 基站端休眠模块
• 3.4.2 移动台端休眠模块
• 第四章 无线城域网实时通信系统中休眠的设计与实现
• 4.1 休眠机制流程
• 4.1.1 基站休眠控制模块流程
• 4.1.2 移动台休眠控制模块流程
• 4.2 休眠控制模块的实现模型
• 4.2.1 模块外部接口
• 4.2.2 模块内部结构
• 4.2.3 休眠控制模块核心数据结构
• 4.2.4 休眠控制模块核心函数定义说明
• 第五章 休眠方案中参数选取对于系统性能的影响
• 5.1 数学分析
• 5.1.1 时延建模
• 5.1.2 能量消耗建模
• 5.2 仿真方法
• 5.3 仿真结果及结论
• 5.3.1 休眠模式阈值对于端到端时延及能量消耗的影响
• 5.3.2 初始休眠窗口大小对于 ETE 时延及能量消耗影响
• 第六章 总结及展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 缩略语表
• 致谢