автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Управление передачей данных в системах мобильной связи с ограниченным энергоресурсом

АНИСИМОВ Алексей Валерьевич

УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕДАЧЕЙ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ С ОГРАНИЧЕННЫМ ЭНЕРГОРЕСУРСОМ

Специальность 05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка информации (в технике и технологиях)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 6 ОКТ 2011

Санкт-Петербург 2011

4856662

Работа выполнена на кафедре безопасности информационных систем в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения»

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Тюрликов Андрей Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ивановский Ростислав Игоревич

кандидат технических наук, доцент Рогачев Виктор Алексеевич

Ведущая организация

ОАО «Мощная аппаратура радиовещания и телевидения»

Защита состоится Ока-.

2011 г. в

часов на

заседании диссертационного совета Д 212.233.02 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» по адресу: 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 67

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан «17 » 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Осипов Л. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. По мере того, как беспроводные сети передачи данных охватывают все большие территории и увеличивается число их пользователей, существенно возрастает сложность их проектирования и реализации. Прежде всего, это обуславливается мобильностью пользовательских устройств, требующей принципиально новых подходов к вопросам разработки и эксплуатации современных систем связи. Лидирующие позиции в области протоколов региональных (городских) сетей передачи данных прочно удерживают LTE и IEEE 802.16.

Так как мобильные пользовательские устройства имеют ограниченный запас энергии, снижение энергопотребления мобильных устройств является одной из основополагающих исследовательских задач при реализации имеющихся и разработке новых версий протоколов.

В диссертационной работе рассматривается наиболее современный протокол функционирования беспроводной системы передачи данных IEEE 802.16m, разработанный для мобильных пользовательских устройств и учитывающий особенности их беспроводного взаимодействия. Решается актуальная задача энергоэффективного управления передачей данных с учетом своевременной доставки данных на пользовательское устройство.

Различные аспекты управления передачей данных представлены в работах известных отечественных и зарубежных авторов (Б. С. Цыбаков, В. М. Вишневский, А. И. Ляхов, Л. Клейнрок, Ф. Тобаги, К. Блондиа). В последнее время появилось большое число работ, посвященных алгоритмам энергоэффективного управления передачей данных. Несмотря на это, ряд вопросов остается открытым. К их числу следует отнести учет динамического характера входного потока, требований к качеству обслуживания пользователей, особенностей беспроводного канала связи и других факторов. Также в ряде работ отмечаются недостатки распространенных алгоритмов энергоэффективного управления передачей данных, но не в полной мере исследованы способы улучшения этих алгоритмов.

Целью диссертационного исследования является уменьшение потребляемой энергии мобильными устройствами за счет улучшения существующих и разработки новых алгоритмов управления передачей данных.

Основные положения диссертационной работы сформулированы, в основном, на примере современного протокола региональной (городской) сети IEEE 802.16m. Тем не менее, большинство полученных результатов может быть использовано и в других централизованных сетях связи, таких как Long term evolution (LTE).

В соответствии с целью исследования были поставлены следующие конкретные задачи.

1. Разработать модели системы передачи данных для проведения исследований типовых режимов сбережения энергии, используемых при передаче данных на мобильную станцию, и алгоритмов управления этими режимами.

2. Исследовать наиболее распространенные режимы сбережения энергии мобильной станции при передаче данных от базовой станции и алгоритмы управления этими режимами.

3. Разработать способы выбора оптимальных параметров для типовых вариантов режима сбережения энергии.

4. Предложить новый алгоритм управления режимом сбережения энергии для уменьшения количества потребляемой энергии мобильной станцией и произвести анализ этого алгоритма.

5. Разработать модели системы для исследования средней задержки и механизмов сбережения энергии при передаче данных от мобильной станции.

Методы исследования. При получении основных результатов работы использовались общие методы системного анализа, методы теории вероятностей, теории случайных процессов, в частности регенерирующих и марковских процессов, теории систем массового обслуживания, численные методы линейной алгебры, а также методы имитационного моделирования.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующей.

1. Построена модель системы передачи данных для анализа режимов сбережения энергии и алгоритмов управления этими режимами, позволяющая достаточно легко производить сравнение различных режимов и алгоритмов управления этими режимами.

2. Разработан метод анализа режима сбережения энергии мобильной станции при передаче данных от базовой станции, учитывающий изменение интенсивности входного потока данных во времени.

3. Сформулирована оптимизационная задача для выбора параметров режима сбережения энергии при передаче данных от базовой станции и предложены способы ее решения для потоков с постоянной интенсивностью. Также сформулирован алгоритм выбора подоптимальных параметров режима сбережения энергии мобильной станции при передаче потока данных с переменной интенсивностью от базовой станции.

4. Предложен алгоритм управления режимом сбережения энергии, который позволяет достичь более высоких показателей энергоэффективности по сравнению с существующими алгоритмами при передаче потока данных с переменной интенсивностью на мобильную станцию.

Практическая ценность диссертационной работы. Полученные в диссертационной работе результаты позволяют уменьшить количество энергии, потребляемое мобильной станцией во время передачи данных от базовой станции, что, в свою очередь, ведет к продлению времени работы мобильной станции без дополнительной подзарядки аккумуляторных батарей.

Низкая вычислительная сложность предлагаемого алгоритма для поиска подоптимальных параметров режима сбережения энергии позволяет организовать его работу на стороне мобильной станции и, тем самым, избежать увеличения нагрузки на базовую станцию. При этом в данном алгоритме учитывается одно из основных преимуществ современных технологий передачи данных, а именно, соблюдение параметров качества обслуживания. Также использование предлагаемого алгоритма для поиска подоптимальных параметров режима сбережения энергии позволят выбрать значения параметров достаточно близкие к оптимальным, для вычисления которых требуются более сложные алгоритмы. Следует отметить, что реализация предлагаемого алгоритма не требует изменения существующих стандартов, поэтому он может быть использован при разработке программного обеспечения для мобильных станций сети IEEE 802.16. Кроме этого, данный алгоритм может быть применен с незначительными изменениями в технологии LTE.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах в период с 2008 по 2010 гг.: на научных сессиях ГУАП; на семинаре «On Multiple Access Communications»; конференции «On Ultra Modern Telecommunications»; на 7-ом и 9-ом семинарах «Finnish-Russian University Cooperation in Telecommunications»; на 8-ой конференции «Wired/Wireless Internet Communications»; на 10-ой конференции «On Next Generation Wired/Wireless Networking».

Внедрение результатов. Теоретические и практические результаты работы применяются в учебном процессе кафедры безопасности информационных систем Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП) .Результаты работы используются на практике в Санкт-Петербургском филиале ФГУП ЦНИИС - ЛО ЦНИИС.

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание и результаты диссертационной работы, опубликованы в 10 печатных работах. Из них 2 работы опубликованы в рецензируемых научных журналах, утвержденных в перечне ВАК.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Метод анализа энергоэффективности работы мобильной абонентской станции при передаче потока данных от базовой станции.

2. Алгоритм выбора подоптимальных параметров режима сбережения энергии мобильной станции при передаче потока данных с переменной интенсивностью от базовой станции.

3. Алгоритм управления режимом сбережения энергии для передачи потока данных с переменной интенсивностью от базовой станции.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 116 страниц основного машинописного текста, 36 рисунков и 5 таблиц. Список использованной литературы содержит 89 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования режимов сбережения энергии и алгоритмов управления этими режимами в современных централизованных сетях передачи данных, представлена научная новизна диссертационной работы и ее практическая ценность, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, а также приведено краткое содержание диссертационной работы по разделам.

В первом разделе даются основные понятия и определения, используемые в работе. В работе рассматривается процесс передачи данных как от базовой станции (БС) к мобильной станции (МС), так и в обратном направлении, от МС к БС. Далее как и в тексте диссертационной работы, так и в тексте автореферата в целях краткости изложения, где это не будет вызывать неоднозначности, при рассмотрении процесса передачи данных от БС к МС будет использоваться термин прием данных, а для обратного направления - передача данных. Принимая во внимание современные подходы к организации передачи данных по беспроводному каналу связи, следует отметить, что количество энергии, затрачиваемой МС для передачи и приема данных, сопоставимо. Также следует отметить, что количество принимаемых данных МС существенно больше количества передаваемых (соотношение 5 к 1). Исходя из этих фактов, в работе основное внимание уделяется рассмотрению механизмов сбережения энергии при приеме данных мобильной станцией. В качестве такого механизма рассматривается так называемый режим ожидания (sleep mode), который описан в современных стандартах мобильных сетей передачи данных и основан на принципе периодического прослушивания радиоканала. На рисунке 1 представлен пример работы режима ожидания. Как видно из рисунка, все время функционирования разбивается на интервалы, которые называются циклами ожидания.

В начале каждого такого цикла МС прослушивает радиоканал, чтобы узнать есть ли у ВС данные для передачи. Если в течении определенного времени передачи данных от ВС не было, то МС переключается в состояние ожидания, в котором отключает свое приемное устройство (тем самым снижая затраты энергии).

^^-Прослушивание -Ожидание | рранИца цИК1 ^-Тайм-аут (Ц) - Прием данных | ожидания

Рисунок 1. Пример работы режима ожидания

Также в разделе описываются основные характеристики систем передачи данных, которые используются в рамках работы. А именно дается определение общепринятого понятия энергоэффективности системы, которая показывает сколько бит данных может быть принято при затратах в 1 Дж и имеет размерность бит/Дж. При этом в первом разделе отмечается, что использовать такую характеристику для сравнения различных вариантов режима ожидания неудобно, поэтому в рассмотрение вводится коэффициент энергоэффективности. Коэффициент энергоэффективности показывает какую долю времени МС находится в состоянии ожидания, то есть чем больше значение этого коэффициента, тем больше экономится энергии МС.

Далее в разделе описываются общепринятые модели источников данных. В качестве основных моделей источников данных выбраны модели потоков HTTP и VoIP (Voice over IP), рекомендованные различными исследовательскими сообществами. Для удобства использования эти модели представляются в виде дискретного пачечного марковского процесса. В англоязычной литературе и далее по тексту такие процессы называются DBMAP (Discrete-time Batch Markovian Arrival Process). DBMAP модель позволяет достаточно точно описать потоки данных, возникающие в реальных системах передачи.

Предполагается, что источник данных может находиться в одном из двух состояний: активном (ON) или пассивном (OFF). Число пакетов данных, поступающих в состоянии ON, является случайной

Эмпирическая непрерывная модель HTTP потока ,.,,,,J|, а

Описание с помощью дискретной модели с памятью

Параметры:

- Иетенсманоста первходоа: yi, Уг

- Интенсивность потока в состоянии ON Хо*

P(ON|OFF)»l-e""i' »о, P(ON|OFF) P(OFF|ON)

Поток Пуассона

1Г

I

\..... -

Описание с помощью дискретной модели без памяти

pt,on\off)

пои i off) + pioff i on) p(off\on) ~ p(on i off) + pi.off i on)

Рисунок 2. Переходы между моделями источников данных

величиной, распределенной по закону Пуассона с интенсивностью A on- В пассивном состоянии поступлений пакетов нет. В начале каждого кадра определяется состояние источника данных. В случае DBMAP модели состояние источника данных в текущем кадре зависит от состояния в предыдущем кадре. В работе так же используется модель данных, в которой состояние источника данных в текущем кадре не зависит от состояния в предыдущем кадре. В данном случае состояние источника данных определяется вероятностями Pon (источник находится в состоянии ON) и Pqff (источник находится в состоянии OFF). Далее поток данных, получаемый с помощью такой модели, будем называть дважды стохастическим пуассоновским потоком (ДСПП).

На рисунке 2 представлена схема переходов от одной модели источника данных к другой.

Во втором разделе исследована эффективность алгоритма управления режимом ожидания наиболее современного протокола IEEE 802.16m. А также описан алгоритм выбора параметров для этого режима при приеме потока данных с переменной интенсивностью.

Для проведения такого исследования в разделе задается модель "истемы передачи данных. Особенностью этой модели является то, что в ней рассматривается взаимодействие только одной МС с ВС. А также то, что учитываются два уровня энергозатрат. Высокий уровень соответствует пребыванию МС в активном состоянии, а низкий уровень - в состоянии ожидания.

Технология IEEE 802.16 обеспечивает качество обслуживания (КО) для различных типов пользовательских потоков данных. В частности,

основным параметром КО является задержка передачи данных. В работе задержка передачи пакета данных определяется как интервал времени от момента поступления этого пакета в буфер на ВС до момента окончания его передачи по радиоканалу.

Использование режима ожидания в процессе передачи данных от БС к МС с одной стороны снижает энергозатраты МС, а с другой - увеличивает задержку передачи данных. Соответственно выбор параметров режима ожидания необходимо осуществлять так, чтобы обеспечить требуемое значение задержки передачи данных. В работе вводятся функции /п(30,3тах,1,т,\) и /о(5Ь,5тах,£,:Г,А), которые описывают зависимости коэффициента энергоэффективности и средней задержки от параметров режима ожидания. Где 5о - длительность начального интервала ожидания; 5тах - длительность конечного (максимально возможного) интервала ожидания; Ь - длительность интервала прослушивания; Т - длительность периода тайм-аута, в течение которого МС продолжает прослушивание радиоканала, если в предыдущем кадре был прием данных; А - средняя интенсивность принимаемого потока данных.

В работе формулируется и решается следующая оптимизационная задача.

Максимизировать

/^(йо, б'шад;, Г, А)

при ограничении

/о(5о, 5таж, Ь,Т, А) < -Отох,

где Отах - максимально допустимая средняя задержка.

Для решения сформулированной оптимизационной задачи указывается способ вычисления функций (йЬ, Ятах, Ь, У, А) и /о(Зо,Зтах,Ь,Т,\) как при приеме потока Пуассона, так и при приеме потока ДСПП. В рамках этого исследования рассматривается случайный процесс ((¿1,Мг), где - количество пакетов данных в очереди на БС в начале кадра с номером £; Мг - состояние МС, в начале кадра с номером 4, которое может принимать два значения: Я - активное состояние и IV - состояние ожидания. На рисунке 3 изображены возможные переходы для данного процесса во время цикла ожидания.

В работе отмечается, что в точках начала циклов ожидания (см. рисунок 1) рассматриваемая система характеризуется только одним параметром, а именно (¡>1. Это связано с тем, что в начале цикла ожидания МС всегда переключается в активное состояние. Поэтому, на первом этапе анализа рассматривается последовательность <Э1,<51+С,<31+2С,..., которая образует вложенную цепь Маркова. Где С - длительность цикла ожидания в кадрах. Переходные вероятности этой цепи обозначаются через р^. При этом нижний индекс указывает как изменилось количество пакетов данных в буфере на БС, а верхний - за какое количество кадров произошло данное изменение.

х

I 5 Я=0

3 С£

Ю ®

о О. -

О Ф

О 3"

о о

т

Я>0

Номер кадра в цикле ожидания

(Ек-Ш

ЛВРЩ Щ-Щ

Щ

Ш:

\\

®с

Условия переходов:

- при любом С

- при в=0

- при С3>0

-------- ПрИ с=о и Оя-1 = 1

-------- либо в>0, либо 0„и >1

в - количество поступлений сообщений за 1 кадр

Рисунок 3. Возможные переходы для процесса

вероятностей р^

Ниже приводится рекуррентное выражение для расчета переходных ч

' Аесли г = 0; О, если г>С,з-{г-С) < 0;

А^+с, если г > С,.? — (г — С) > 0;

Ру

3+с-1

р£Г\ если о < г < С,

Лг=О

где А9 - вероятность того, что за С кадров поступит ровно ] новых сообщений. Выражения для вычисления этой величины для различных потоков данных приводятся ниже. Начальное условие

если г = 0;

если г > 1, ] — (г — 1) < 0; ¿+1, если г > 1, ,7 — (г — 1) > 0.

После нахождения стационарного распределения вложенной цепи Маркова (для первого кадра в цикле ожидания), на втором этапе анализа вычисляется стационарное распределение для каждого кадра в цикле ожидания. В зависимости от того, в каком состоянии находится МС, стационарная вероятность вычисляется по формуле (1) или (2).

9+1

7ri(q,R) = J2^-1U,R)-Alq_{j_1), (1)

j=l

тг'(?, W) = £ ^(j, W) ■ Al_j + 7r*-1(0, Д) • ¿J, (2)

j=0

где 7гг(д, R) и лг(д, W) - стационарные вероятности того, что на начало г-го кадра в цикле ожидания в буфере на БС находится ровно q пакетов данных и МС находится в активном состоянии или состоянии ожидания, соответственно.

При приеме потока Пуассона вероятность того, что за С кадров поступит j сообщений равна:

Ас = (3)

В случае приема потока ДСПП

А? = Е^oV(?) ^-^Vwc-j). (4)

Используя выражения (1), (2) и (3), (4), вычисляется среднее количество пакетов данных в буфере на БС в начале каждого кадра в рамках цикла ожидания следующим образом:

оо

ВД = (*% R) + тт% W)), (5)

(=0

где i - номер кадра в цикле ожидания.

Далее используется обобщенная формула Литтла для вычисления средней задержки передачи пакета данных

где С - длительность цикла ожидания; E[ql] - среднее количество пакетов данных в буфере на БС в начале г-го кадра цикла ожидания; А - средняя интенсивность принимаемого потока; Г/ - длительность кадра.

Коэффициент энергоэффективности при использовании алгоритма управления режимом ожидания стандарта IEEE 802.16m вычисляется

по следующей формуле

с-1

£(С-0тг4(0,Д) £ (С - Отг'(0, Л) + £ tV(0, Л) + С £ 7TC(j, Л)

i=l ¿=1 j=О

Таким образом функции, необходимые для решения оптимизационной задачи, могут быть легко вычислены как для случая приема потока Пуассона, так и для случая приема потока ДСПП (потока с переменной интенсивностью).

Кроме способа анализа режима ожидания стандарта IEEE 802.16m, в работе предлагается способ нахождения подоптимальной длительности цикла ожидания для случая приема потока данных DBMAP. Так как нахождение оптимальной длительности цикла ожидания (при которой соблюдаются требования по КО и наблюдается максимальный коэффициент энергозффективности) является сложной и ресурсоемкой задачей, в работе описывается альтернативный алгоритм выбора длительности цикла ожидания. Этот алгоритм основан на использовании верхних оценок для функции средней задержки от длительности цикла ожидания fo{C) при приеме потока данных с переменной интенсивностью.

В области малых интенсивностей (до 0.2 пакетов/кадр) в качестве верхней оценки используется функция средней задержки, наблюдаемая при приеме потока ДСПП. В области более высоких интенсивностей такая оценка перестает быть верхней, поэтому в качестве верхней оценки используется функция средней задержки, наблюдаемая при приеме потока Пуассона с интенсивностью A on-

Использование описанных выше оценок позволяет выбрать такое значение длительности цикла ожидания, при котором гарантируется соблюдение требований к задержки передачи данных и проигрыш в коэффициенте энергоэффективности будет составлять менее 2.5% (по сравнению с оптимальной длительностью цикла ожидания).

В третьем разделе вводится новый алгоритм управления режимом ожидания, который в большей степени учитывает такое свойство современных потоков данных, как неравномерность поступления пакетов во времени. Далее предлагаемый алгоритм управления режимом ожидания будем называть модифицированным, а алгоритм управления стандарта IEEE 802.16m - стандартным. Основные отличия модифицированного алгоритма управления от стандартного алгоритма заключаются в том, что в данном случае нет четкого разбиения на циклы ожидания. Пример работы модифицированного алгоритма управления режимом ожидания представлен на рисунке 4.

В работе производится исследование модифицированного

Прослушивание -Ожидание

I-Тайм-аут

I _Границы цикла - Прием данных! регенерации

Рисунок 4. Пример работы модифицированного алгоритма управления режимом ожидания

алгоритма управления режимом ожидания с использованием модели системы передачи данных, введенной во втором разделе. В рамках этого исследования функционирование системы передачи данных рассматривается как регенеративный процесс. Особенностью регенеративных процессов является их свойство постоянно возвращаться в некоторую точку регенерации, начиная с которой дальнейшее развитие процесса не зависит от его поведения в прошлом и определяется одним и тем же вероятностным законом. Точками регенерации для рассматриваемой системы являются моменты времени, когда буфер на БС становится пустым. Интервал времени между двумя соседними точками регенерации называется циклом регенерации. Отметим, что за один цикл регенерации осуществляется прием как минимум одного пакета данных. Для расчета средней задержки передачи данных и коэффициента энергоэффективности достаточно рассмотреть функционирование системы передачи данных во время одного цикла регенерации.

В результате проведенного исследования получены выражения для вычисления средней задержки передачи пакета данных и коэффициента энергоэффективности для случая использования модифицированного алгоритма управления режимом ожидания (см. формулы (8) и (9)).

Коэффициент энергоэффективности модифицированного алгоритма управления режимом ожидания вычисляется по формуле

% = (! +-55-^-Г1. (8)

¿=i

где E[G) - математическое ожидание количества принимаемых пакетов данных за цикл регенерации; L - длительность интервала прослушивания; Si - длительность г-го интервала ожидания в цикле регенерации; А%0 - вероятность того, что за i кадров не будет поступлений пакетов данных.

Математическое ожидание задержки передачи пакета данных в условиях использования модифицированного алгоритма управления режимом ожидания вычисляется как

А • Е[Х2} Е[Р] — 2 • (1 — А) 2~ПЩ] (9)

где А - интенсивность принимаемого потока; Е[Х2] - второй момент времени обслуживания одного пакета данных; Е[1] и Е[12] - первый и второй моменты интервала времени между двумя следующими друг за другом периодами приема данных, соответственно; Dt - время передачи пакета данных. Отметим, что формула (9) является обобщением формулы Поллачека-Хинчина для системы M/D/1 с перерывами.

В работе также приводится сравнение модифицированного алгоритма управления режимом ожидания со стандартным алгоритмом в случаях приема различных потоков данных. При приеме пуассоновского входного потока оба алгоритма демонстрируют одинаковые значения коэффициента энергоэффективности при одном и том же ограничении на среднюю задержку передачи данных. Однако, в случае приема потока данных с переменной интенсивностью (например, HTTP) при использовании модифицированного алгоритма управления режимом ожидания наблюдается более высокое значение коэффициента энергоэффективности, чем при использовании стандартного алгоритма. На рисунке 5 приводится график выигрыша в коэффициенте энергоэффективности при использовании модифицированного алгоритма управления режимом ожидания при приеме потока HTTP. Следует отметить, что наибольший выигрыш от использования модифицированного алгоритма управления (до 20%) достигается в области малых ограничений на среднюю задержку передачи данных. С ослаблением требований к средней задержки выигрыш от использования модифицированного алгоритма уменьшается.

В четвертом разделе основное внимание уделяется процессам передачи данных от МС к БС. При этом, как и в предыдущих разделах, рассматриваются механизмы, которые описаны в современных

Рисунок 5. Сравнение коэффициентов энергоэффективности при приеме потока с переменной интенсивностью

стандартах беспроводной связи, так и исследуются новые, описание которых в стандартах не приводится.

Основные результаты, полученные в четвертом разделе, можно разделить на две части. Первая часть - это разработка способа анализа средней задержки передачи данных от МС к БС при использовании механизма опроса. Вторая часть - это разработка достаточно простой модели системы передачи данных для исследования и сравнения механизмов сбережения энергии МС при передаче данных к БС.

В начале четвертого раздела описывается механизм индивидуального опроса МС и предлагается способ его использования при передаче данных от МС к БС. Для организации индивидуального опроса каждой МС выделяется интервал резервирования. В течение этого интервала МС передает запрос на резервирование ресурса канала. В работе предполагается, что все МС, функционирующие в системе, разбиваются на Ь групп. В каждом кадре производится опрос только одной группы МС. В работе приводится метод анализа такого группового опроса МС, результатом которого является выражение для вычисления средней задержки передачи данных.

При анализе вводится обозначение случайной величины , равной количеству пакетов, которые поступили на г-ую МС в 3-ой группе за кадр с номером Ь. При этом предполагается, что эти величины для разных кадров независимы и имеют одинаковое распределение. Результатом анализа является выражение для расчета средней задержки передачи данных:

.Л/Т/ (Д[(М,„,)2] - Д2[Мг,,) - Е[М^\)НТ{

2{Р - Е[М^]МТ}У 2Е[Ми]{Р - Е[М^]МТ}) +

(10)

где - средняя задержка передачи г-ой МС в j-oй группе; N - общее количество МС в системе; 2/ - длительность кадра; Р - количество МС в одной группе; - время передачи одного пакета данных от г-ой МС в .7-ой группе.

Во второй части четвертого раздела исследуются способы сбережения энергии при передаче данных от МС к ВС. В качестве таких способов рассматриваются алгоритмы управления мощностью передачи мобильной станции и специальные алгоритмы работы планировщика на ВС. В настоящее время эти алгоритмы реализуются как два независимых отдельных блока. Однако, в последнее время стали иоявляеться варианты работы ВС, в которых предполагается согласованное функционирование этих двух узлов. В диссертационной работе производится сравнение характеристик системы, наблюдаемых при использовании одного и другого подходов.

Характеристики системы, наблюдаемые при исследовании таких алгоритмов, сильно зависят от условий, в которых находятся МС, поэтому в разделе вводится достаточно простая модель системы передачи данных, основное внимание в которой уделяется физическому уровню. В рамках данной модели рассматривается функционирование нескольких соседних ВС и множества МС, каждая из которых закреплена за той или иной ВС. Одной из особенностей данной модели является то, что система передачи данных рассматривается в условиях насыщения, то есть у любой МС в системе в любой момент времени есть данные для передачи. Такой подход позволяет выявить максимально возможный выигрыш в показателях эиергоэффективности системы.

Предлагаемая модель системы передачи данных учитывает основные рекомендации международных исследовательских сообществ и отличается достаточной простотой, которая выражается в небольшом количестве параметров модели. К основным параметрам модели стоит отнести радиус соты и количество МС в одном секторе. Значения остальных параметров выбраны в соответствии с рекомендациями различных исследовательских сообществ. При этом результаты, получаемые с помощью предлагаемой модели достаточно близки к результатам более сложных известных моделей.

С помощью предлагаемой модели были исследованы специальные глгоритмы управления мощностью передачи МС и работы планировщика на ВС. В качестве таких алгоритмов рассматриваются два механизма, один из которых максимизирует сумму энергоэффективностей всех МС из системы, другой - произведение энергоэффективностей. Далее первый алгоритм будем называть среднеарифметический, а второй - среднегеометрический. Для сравнения в качестве наиболее распространенного набора алгоритмов

используются пропорционально справедливый планировщик на Б С и механизм управления мощностью передачи МС, который обеспечивает необходимое соотношение сигнал/шум при приеме на БС. Далее этот набор алгоритмов будем называть базовым.

По сравнению с базовым набором алгоритмов и среднеарифметический, и среднегеометрический алгоритмы позволяют достичь более высокого уровня энергоэффктивности системы. Однако, этот выигрыш достигается за счет того, что ресурс для передачи данных чаще выделяется тем МС, которые находятся в более выгодных условиях (ближе к БС). Наиболее несправедливое распределение ресурса наблюдается при использовании среднеарифметического алгоритма. В то время, как среднегеометрический алгоритм демонстрирует наиболее разумный компромис между несправедливостью распределения ресурса и энергоэффективностью системы.

В заключении приведены основные результаты, полученные в диссертационной работе.

В приложении А описывается метод анализа точности результатов имитационного моделирования с использованием теории регенерационных процессов.

В приложении Б приводится доказательство выражения для расчета средней задержки при использовании эффективного алгоритма управления режимом ожидания.

В приложении В содержится описание метода, который позволяет оценить параметры принимаемого потока данных.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, можно сформулировать следующим образом.

1. Разработана модель системы передачи данных для исследования режима энергосбережения при приеме данных мобильной станцией, позволяющая анализировать как существующие алгоритмы, так и новые алгоритмы энергосбережения.

2. Предложен метод анализа средней задержки и коэффициента энергоэффективности при приеме потока данных с постоянной и переменной интенсивностью.

3. Сформулирована оптимизационная задача для выбора параметров существующего режима сбережения энергии и предложен способ ее решения.

4. Разработан алгоритм выбора подоптимальных параметров существующего режима сбережения. С помощью имитационного моделирования показано, что проигрыш при использовании выбранных таким образом параметров составляет менее 2.5%.

5. Предложен алгоритм управления режимом сбережения энергии, который позволяет достичь более высоких показателей эиергоэффективности по сравнению с существующими алгоритмами при передаче потока данных с переменной интенсивностью на мобильную станцию.

6. Выполнен анализ средней задержки и коэффициента энергоэффективности в случае использования модифицированного алгоритма управления режимом сбережения энергии при приеме данных мобильной станцией.

7. Предложен способ решения оптимизационной задачи для выбора параметров режима сбережения энергии с модифицированным алгоритмом управления.

8. Приведено сравнение модифицированного алгоритма управления режимом сбережения энергии с существующими алгоритмами управления и показано, что при использовании модифицированного алгоритма можно добиться выигрыша в коэффициенте энергоэффективности до 20% при приеме потока данных с переменной интенсивностью.

9. Разработаны модели системы передачи данных для анализа средней задержки при передаче данных к базовой станции и для сравнения механизмов сбережения энергии.

10. Приведен анализ средней задержки передачи данных к базовой станции, который позволяет учесть различную скорость потоков данных у различных пользователей.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях (статьи 1-2 опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК):

1. Анисимов А.В., Андреев С.Д., Тюрликов A.M. Управление энергоэффективной доставкой информации на абонентскую станцию. // Электросвязь.— 2011.— №.4. С. 56-61.

2. Анисимов А.В., Тюрликов A.M. Анализ влияния изменения характеристик потока на энергозатраты мобильной станции. / / Информационно-управляющие системы. — 2010. — №. 6. С. 62-69.

3. Анисимов А.В. Сравнительный анализ алгоритмов управления режимом ожидания для современных региональных беспроводных сетей. // Научная сессия ГУАП. — 2010. — Vol. 1. С. 78-81.

4. Анисимов А.В., Андреев С.Д. Минимизация энергозатрат абонентской станции в централизованной системе связи при ограничении на задержку нисходящего трафика. // Научная сессия ГУАП. — 2009. — Vol. 1. С. 76-80.

5. Анисимов А.В., Буланова Е.А. Оценка точности результатов имитационного моделирования функционирования базовой станции стандарта IEEE 802.16 в режиме unicast опроса на основе регенеративного метод. // Научная сессия ГУАП.— 2008.— Vol. 1. С. 85-92.

6. Andreev S., Anisimov A., Koucheryavy Y., Turlikov A. Practical Traffic Generation Model for Wireless Networks // Proc. of the 4th ERCIM workshop on eMobility. — 2010. P. 61-72.

7. Andreev S-, Suffer Zs., Anisimov A. Overall delay analysis of IEEE 802.16 network. // Proc. of the IEEE ICC. - 2009. - C. 1-6.

8. Anisimov A., Andreev S., Gonchukov P., Turlikov A. Energy efficient op-eraion of a wireless communication system. // Proc. of the 9th Finnish-Russian University Cooperation in Telecommunications'2011. — 2011.

9. Anisimov A., Andreev S., Turlikov /4.IEEE 802.16m Energy-Efficient Sleep Mode Operation Analysis with Mean Delay Restriction. // Proc. of the XII International Conference on Ultra Modern Telecommunications,. — 2009.

10. Anisimov A., Andreev S., Turlikov A., Galinina O., Comparative Analysis of Sleep Mode Control Algorithms for Contemporary Metropolitan Area Wireless Networks. // Proc. of the 10th International Conference on Next Generation Teletraffic and Wired/Wireless Advanced Networking. — 2010.

Формат 60x84 1416 .Бумага офсетная. Печать офсетная. Тираж 100 экз. Заказ № 384.

Отпечатано в редакционно-издательском центре ГУАП 190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67

Введение

1. Механизмы энергосбережения в современных региональных системах передачи данных

1.1 Вводные замечания.

1.2 Обзор технологий региональных систем передачи данных

1.3 Режим сбережения энергии при передаче потока данных от базовой станции.

1.4 Способы сбережения энергии при передаче данных мобильной станцией.

1.5 Оценки эффективности системы передачи данных

1.6 Модели входных потоков данных.

1.6.1 Подходы к построению моделей входных потоков.

1.6.2 Описание входных потоков HTTP и VoIP.

1.6.3 Описание входного потока DBMAP.

1.6.4 Описание входных потоков с помощью DBMAP.

1.6.5 Упрощенные модели входных потоков.

1.7 Выводы но разделу.

2. Анализ эиергоэффективности работы мобильной станции при приеме потока данных

2.1 Вводные замечания.

2.2 Модель системы передачи данных.

2.3 Постановка оптимизационной задачи.

2.4 Анализ режима ожидания второго тина

2.4.1 Общий подход к анализу.

2.4.2 Расчет средней задержки и энергозатрат

2.5 Учет влияния изменчивости интенсивности входного потока

2.6 Вычисление коэффициента энергоэффективности.

2.7 Решение оптимизационной задачи и численные результаты

2.8 Выбор длительности цикла ожидания для приема потоков с переменной интенсивностью.

2.9 Увеличение энергоэффективности за счет переменного цикла ожидания.

2.10 Выводы по разделу.

3. Эффективный алгоритм управления режимом ожидания для приема потока с переменной интенсивностью

3.1 Обзор работ по режиму ожидания.

3.2 Эффективный алгоритм управления режимом ожидания.

3.3 Анализ режима ожидания.

3.3.1 Общий подход к анализу.

3.3.2 Анализ средней задержки.

3.3.3 Анализ энергоэффективности.

3.4 Численные результаты.

3.5 Сравнение режимов ожидания.

3.6 Выводы по разделу.

4. Механизмы сбережения энергии при передаче данных к базовой станции

4.1 Вводные замечания.

4.2 Расчет средней задержки передачи данных.

4.2.1 Модель системы передачи данных

4.2.2 Анализ средней задержки при передаче информации.

4.2.3 Численные результаты.

4.3 Механизмы энергосбережения при передаче данных к базовой станции.

4.3.1 Общие замечания.

4.3.2 Конфигурация системы передачи данных.

4.3.3 Распространение радиосигнала и шумы.

4.3.4 Функционирование МС.

4.3.5 Описание механизмов сбережения энергии при передаче

4.4 Сравнение механизмов сбережения энергии при передаче данных

4.5 Выводы по разделу.

Актуальность темы. По мере того, как беспроводные сети передачи данных охватывают все большие территории и увеличивается число их пользователей, существенно возрастает сложность их проектирования и реализации. Прежде всего, это обуславливается мобильностью пользовательских устройств, требующей принципиально новых подходов к вопросам, разработки и эксплуатации современных систем связи. Лидирующие позиции в области протоколов региональных (городских) сетей передачи данных прочно удерживают LTE и IEEE 802.16.

Так как мобильные пользовательские устройства имеют ограниченный запас энергии, снижение энергопотребления мобильных устройств является одной из основополагающих исследовательских задач при. реализации имеющихся и разработке новых версий протоколов.

В диссертационной работе рассматривается наиболее современный протокол функционирования беспроводной системы передачи данных IEEE 802.16m, разработанный для мобильных пользовательских устройств и учитывающий особенности их беспроводного взаимодействия: Решается актуальная задача энергоэффективного управления передачей данных с учетом своевременной доставки- данных на пользовательское устройство.

Различные аспекты управления передачей данных представлены в работах известных отечественных и зарубежных авторов (Б. С. Цыбаков, В. М. Вишневский, А. И. Ляхов, Л. Клейнрок, Ф. Тобаги, К. Блондиа). В последнее время появилось большое число работ, посвященных алгоритмам энергоэффективного управления передачей данных. Несмотря на это, ряд вопросов остается открытым. К их числу следует отнести учет динамического характера входного потока; требований к качеству обслуживания пользователей, особенностей беспроводного канала связи и других факторов. Также в ряде работ отмечаются недостатки распространенных алгоритмов энергоэффективного управления передачей данных, но не в полной мере исследованы способы улучшения этих алгоритмов.

Целью диссертационного исследования является уменьшение потребляемой энергии мобильными устройствами за счет улучшения существующих и разработки новых алгоритмов управления передачей данных.

Основные положения диссертационной работы сформулированы, в основном, на примере современного протокола региональной (городской) сети IEEE 802.16m. Тем не менее, большинство полученных результатов может быть использовано и в других централизованных сетях связи, таких как Long term evolution (LTE).

В соответствии с целью исследования были поставлены следующие конкретные задачи.

1. Разработать модели системы передачи данных для проведения s исследований типовых режимов сбережения энергии, используемых при передаче данных на мобильную станцию, и алгоритмов управления этими режимами.

2. Исследовать наиболее распространенные режимы сбережения энергии мобильной станции при передаче данных от базовой станции и алгоритмы управления этими режимами.

3. Разработать способы выбора оптимальных параметров для типовых вариантов режима сбережения энергии.

4. Предложить эффективный алгоритм управления режимом сбережения энергии и произвести его анализ.

5. Разработать модели системы для исследования средней задержки и механизмов сбережения энергии при передаче данных от мобильной станции.

Методы исследования. При получении основных результатов работы использовались общие методы системного анализа, методы теории вероятностей, теории случайных процессов, в частности регенерирующих и марковских процессов, теории систем массового обслуживания, численные методы линейной алгебры, а также методы имитационного моделирования.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.

1. Построена модель системы передачи данных для анализа режимов сбережения энергии и алгоритмов управления этими режимами, позволяющая достаточно легко производить сравнение различных режимов и алгоритмов управления этими режимами.

2. Разработан метод анализа режима сбережения энергии мобильной станции при передаче данных от базовой станции, учитывающий изменение интенсивности входного потока данных во времени.

3. Сформулирована оптимизационная задача для выбора параметров режима сбережения энергии при передаче данных от базовой станции и предложены способы ее решения для потоков с постоянной интенсивностью. Также сформулирован алгоритм выбора нодоптимальных параметров режима сбережения энергии мобильной станции при передаче потока данных с переменной интенсивностью от базовой станции.

4. Предложен алгоритм управления режимом сбережения энергии, который позволяет достичь более высоких показателей энергоэффективиости при передаче потока данных с переменной интенсивностью на мобильную станцию.

Практическая ценность диссертационной работы. Полученные в дайной диссертационной работе результаты позволяют уменьшить количество энергии, потребляемое мобильной станцией во время передачи данных от базовой станции, что, в свою очередь, ведет к продлению времени работы мобильной станции без дополнительной подзарядки аккумуляторных батарей.

Низкая вычислительная сложность предлагаемого алгоритма для поиска нодоптимальных параметров режима сбережения энергии позволяет организовать его работу на стороне мобильной станции и, тем самым, избежать увеличения нагрузки на базовую станцию. При этом в данном алгоритме учитывается одно из основных преимуществ современных > технологий передачи данных, а именно, соблюдение параметров качества обслуживания. Также использование предлагаемого алгоритма для поиска нодоптимальных параметров режима сбережения энергии позволят выбрать значения параметров достаточно близкие к оптимальным, для вычисления которых требуются более сложные алгоритмы. Отметим, что реализация предлагаемого алгоритма ие требует изменения существующих стандартов, поэтому он может быть использован при разработке программного обеспечения для мобильных станций сети IEEE 802.16. Кроме этого, данный алгоритм может быть применен с незначительными изменениями в технологии LTE.

Теоретические и практические результаты работы использованы в учебном процессе кафедры Безопасности информационных систем Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП). Результаты работы используются на практике в Санкт-Петербургском филиале ФГУП ЦНИИС - ЛО ЦНИИС. '

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и -обсуждались на семинарах кафедры Безопасности информационных систем, а также па следующих конференциях и симпозиумах. 1. На научных сессиях ГУАП, посвященных всемирному Дню авиации и космонавтики (Санкт-Петербург, Россия, 2008 - 2010).

2. На международном семинаре «On Multiple Access Communications» (Дрезден, Германия, 2009).

3. На международной конференции «On Ultra Modern Telecommunications» (Санкт-Петербург, Россия, 2009).

4. На 7-ом и 9-ом международных семинарах «Finnish-Russian University Cooperation in Telecommunications» (Санкт-Петербург, Россия, 2010", 2011).

5. На 8-ой международной конференции «Wired/Wireless Internet Communications» (Лулео, Швеция, 2010).

6. На 10-ой международной конференции «On Next Generation Wired/Wireless Networking» (Санкт-Петербург, Россия, 2010).

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание и результаты диссертационной работы, опубликованы в 10 печатных работах. Из них 2 работы опубликованы в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Метод анализа энергоэффективпости работы мобильной абонентской станции при передаче потока данных от базовой станции.

2. Алгоритм выбора иодоитимальных параметров режима сбережения энергии мобильной станции при передаче потока данных с неременной интенсивностью от базовой станции.

3. Эффективный алгоритм управления режимом сбережения энергии для передачи потока данных с переменной интенсивностью от базовой станции.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 116 страниц основного машинописного текста, 36 рисунков и 5 таблиц. Список использованной литературы содержит 89 наименований.

Основные результаты, полученные в работе, можно сформулировать следующим образом.

1. Разработана модель системы передачи данных для исследования режима энергосбережения при приеме данных мобильной станцией, позволяющая анализировать как существующие алгоритмы, так и новые алгоритмы энергосбережения.

2. Предложен метод анализа средней задержки и коэффициента энергоэффективности при приеме потока данных с постоянной и переменной интенсивностью.

3. Сформулирована оптимизационная задача для выбора параметров существующего режима сбережения энергии и предложен способ ее решения.

4. Разработан алгоритм выбора иодоптимальных параметров существующего режима сбережения. С помощью имитационного моделирования показано, что проигрыш при использовании выбранных таким образом параметров составляет менее 2.5%.

5. Предложен эффективный алгоритм управления режимом сбережения энергии.

6. Выполнен анализ средней задержки и коэффициента энергоэффективности в случае использования эффективного алгоритма управления режимом сбережения энергии при приеме данных мобильной станцией.

7. Предложен способ решения оптимизационной задачи для выбора параметров режима сбережения энергии с эффективным алгоритмом управления.

8. Приведено сравнение эффективного алгоритма управления режимом* сбережения энергии с существующими алгоритмами управления и показано, что при использовании эффективного алгоритма можно добиться выигрыша в коэффициенте энергоэффективности на 20% при приеме потока данных с переменной интенсивностью.

9. Разработаны модели системы передачи данных для анализа средней задержки при передаче данных к базовой станции и для сравнения механизмов сбережения энергии.

10. Приведен анализ средней задержки передачи данных к базовой станции, который позволяет учесть различную скорость потоков данных у различных пользователей.

Заключение

В данной диссертационной работе были рассмотрены задачи энергоэффективной работы мобильной станции. При этом основное внимание было уделено рассмотрению обеспечения энергоэффективной доставки данных на мобильную станцию при соблюдении требований к задержке передачи. В частности, была исследована работа стандартного алгоритма управления режимом сбережения энергии в сети IEEE 802.16m. Были изучены вопросы, связанные с функционированием этого алгоритма при приеме потоков данных с переменной интенсивностью. Для проведения такого исследования была разработана модель системы передачи данных и введена универсальная характеристика для сравнения различных алгоритмов управления режимом сбережения энергии - коэффициент энергоэффективности. Кроме этого, была сформулирована оптимизационная задача для выбора параметров режима сбережения энергии.

После анализа существующего алгоритма управления режимом сбережения энергии был предложен эффективный алгоритм управления, использование которого позволяет добиться выигрыша в коэффициенте эиергоэффективиости до 20% при приеме потока данных с переменной интенсивностью.

Также в данной работе были рассмотрены аспекты, связанные со сбережением энергии при передаче данных к базовой станции и была разработана модель системы передачи данных для сравнения различных механизмов сбережения энергии, используемых в этом случае.

1. Андреев С.Д., Семенов С.А., Тюрликов A.M. Методики оценки параметров радиоканала // Информационно-управляющие системы — 2007. Vol. 29, № 4. — С. 37-43.

2. Анисимов A.B. Сравнительный анализ алгоритмов управления режимом ожидания для современных региональных беспроводных сетей. // Научная сессия ГУАП. — 2010. Vol. 1. С. 78-81.

3. Анисимов A.B., Андреев С.Д. Минимизация энергозатрат абонентскойстанции в централизованной системе связи при ограничении на задержку нисходящего трафика. // Научная сессия ГУАП. — 2009. Vol. 1. С. 76-80.

4. Анисимов A.B., Андреев С.Д., Тюрликов A.M. Управление эиергоэффективной доставкой информации на абонентскую станцию. // Электросвязь. — 2011. — №. 4. Р. 56-61.

5. Анисимов A.B., Буланова Е.А. Оценка точности результатов имитационного моделирования функционирования базовой станции-стандарта IEEE 802.16 в режиме unicast опроса па основе регенеративного метод. // Научная сессия ГУАП. -- 2008. —- Vol. 1. С. 85-92.

6. Анисимов A.B., Тюрликов A.M. Анализ влияния изменения характеристик потока на энергозатраты мобильной станции. // Информ,а,ционно-управляюш,ие системы — 2010. — №. 6. С. 62-69.

7. Вертсекас Д., Галл,а,гер Р. Сети передачи данных. М.: / Мир, 1989. 544 с.

8. Вишневский В.М., Андреев С.Л., Шахнович И.В. Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G. М.: / Техносфера, 2009. 472 с.

9. Гольдштейн B.C., Соколов H.A., Яновский Г.Г. Сети связи.СПБ.: / БХВ Санкт-Петербург, 2009. 400 с.

10. Ипатов В. П. Широкополосные системы и кодовое разделение сигналов. Принципы и приложения. М.: /Техносфера, 2007. 488 с.

11. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: / Машиностроение, 1979. 432 с.

12. Крэйн М., Лемуан О., Введение в регенеративный метод анализа моделей. М.: /Наука, 1982. 104 с.

13. Кучерявый Е.А. Управление трафиком и качество обслуживания в сети Интернет.СПБ.: / Наука и Техника, 2004. 336 с.

14. Петров В.В., Платов В.В. Исследование самоподобной структуры телетрафика беспроводной сети // Радиотехнические тет,ради. --2004. Vol. 30.- С. 58-62.

15. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. В 2-х томах.1-е изд. М.: /Мир, 1984.

16. Хименко В.И. Характеристики типа "превышений уровней"для случайных точечных процессов // Радиотехника и электроника. — 2000. Vol. 4.— С. 436-443.

17. Цыбаков Б. С. Модель телетрафика на основе самоподобного случайного процесса // Радиотехника. — 1999. — Vol. 5.— С. 24-31.

18. Adas A. Traffic Models in Broadband Networks // IIEEE Communications Magazine. July, 1997. - Vol. 35.- P. 82-89.

19. Ahson S., Ilias M. WiMAX Technologies, Performance Analysis, and Qos. / CRC'Press, 2008. 296 p.

20. Andreev S., Anisim,ov A., Koucheryavy Y. Turlikov A. Practical Traffic Generation Model for Wireless Networks // Proc. of the 4th ERCIM workshop on eMobility. — 2010. P. 61-72.

21. Andreev S. et al Active-mode power optimization in OFDMA-based wireless networks. // in Proc. of the IEEE BWA Workshop of Globecom. 2010. "

22. Andreev S., Galinina 0., Vinel A. Cross-Layer Channel-Aware Approaches for Modern Wireless Networks. // Proc. of the 3rd International Workshop MACOM'2010.- 2010.- C. 163-179.

23. Andreev S., Suffer Zs., Anisimov A. Overall delay analysis of IEEE 802.16 network. // Proc. of the IEEE ICC. 2009. - C. 1-6.

24. Andreev S., Vinel A. Gilbert-Elliott model parameters derivation for the IEEE 802.11 wireless channel // Proc. of the International Workshop on Distributed Computer and Communication Networks. 2007. Vol. 1. P. 101107.

25. Anisimov A., Andreev S., Gonchukov P., Turlikov A. Energy efficient op-eraion of a wireless communication system. // Proc. of the 9th Finnish-Russian University Cooperation in Telecommunications'2011. — 2011.

26. Anisimov A., Andreev S., Turlikov ,4.IEEE 802.16m Energy-Efficient Sleep Mode Operation Analysis with Mean Delay Restriction. // Proc. of the XII International Conference on Ultra Modern Telecommunications,. — 2009.

27. Baccelli F., Foss S. On the saturation rule for the stability of queues // J. Appl. Prob1995.-Vol. 32. P.494-507.

28. Baek S., Son J., Choi B. Performance Analysis of Sleep Mode Operation , for IEEE 802.16m Advanced WMAN // Proc. of the ICC 2009. 2009. P. 1-4.

29. Blondia C. A discrete-time batch Markovian arrival process as B-ISDN traffic model // Belgian Journal of Operations Research, Statistics and Computer Science. 1993. — Vol. 32.— P. 3-23.

30. Blondia C., Casals O., Statistical multiplexing of VBR sources: a matrix-analytic approach // Performance Evaluation. — 1992. — Vol. 16.— P. 5-20.

31. Boxma O., Groenendijk W. Waiting times in discrete-time cyclic-service systems. // IEEE Trans, on Comm. 1988. - T. 36, № 2. - C. 164-170.

32. Chang Y, Chien F.~T., Kuo C. J.Delay Analysis and Comparison of OFDM-TDMA and OFDM A under IEEE 802.16 QoS Framework. // Proc. of the IEEE GLOBECOM506. 2006.

33. Cui S., Goldsmith A. Li Y, Bahai A .Energy-constrained modulation optimization 11 IEEE Trans. Wireless Commun.- 2005. Vol. 4. - P. 23492360.

34. De Turck K., Andreev S., De Vuyst S.,Fiems D., Wittevrongel S.,Bruneel H. Performance of the IEEE 802.16e sleep mode mechanism in the presence of bidirectional traffic. // Proc. of the International Workshop on Green Communications. -- 2009.

35. De Turck K., De Vuyst S.,Fiems D., Wittevrongel S., Performance analysis of the IEEE 802.16e sleep mode for correlated downlink traffic. // Telecommunication Systems.-- 2008. Vol. 39. P. 145-156.

36. Fiems D., Inghelbrecht V., Steyaert B., Bruneel H. Markovian characterization of H.264/SVC scalable video. // Proc. of the 15th Int. Conference ASMTA'2008. 2008. — C. 1-15.

37. Flament M. et al An approach to 4th Generation Wireless Infrastructures: Scenarios and Key Research Issues. // Proc. VTC'99.- 1999. P. 16-20.

38. Gakhar K., Achir M., Gravey A. Dynamic Resource Reservation in IEEE 802.16 Broadband Wireless Networks // Proc. of the IEEE Int'l Workshop Quality of Service (IWQoS). 2006. P. 140-148.

39. Geist R., Westall J. Simulation Modeling of Self-similarity in Network Traffic Models // Proc. of the 25th International CMG Conference. 1999.-P. 803-811.

40. Han K., Choi S. Performance analysis of sleep mode operation in IEEE 802.16e mobile broadband wireless access systems // Proc. of the IEEE 63rd Vehicular Technology Conference. 2006. Vol. 3. P. 1141-1145.

41. Han Y.H., Min S.G., Jeong D. Performance Comparison of Sleep Mode Operations in IEEE 802.16e Terminals. // Proc. of the 7th International Conference on Computational Science. — 2007. P. 441-448.

42. IEEE Std 802.16-2004 Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, New York, USA, 2004.

43. IEEE Std 802.16-2009. IEEE Standard for Local and metropolitan area networks, New York, USA, May, 2009.

44. IEEE 802.16m Evaluation Methodology Document, IEEE 802.16m-08/004r5, New York, USA, 2009.

45. Improving Client Energy Consumption in 802.16m, C802.16m-09/107, 2009.

46. ITU-T Recommendation G.114, 2003.

47. Iyengar R., Iyer P., Sikdar 5.Delay analysis of 802.16 based last mile wireless networks. // Proc. of the IEEE GLOBECOM'05. 2005.

48. Jeffrey G. Andrews, Arunabha Ghosh, Rias Muhamed, Fundamentals of WiMAX: Understanding Broadband Wireless Networking / Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, NJ, 2007. 478 p.

49. Keep-awake Mechanism for IEEE Std 802.16m Sleep Mode, C802.16m-08/718, July, 2008.

50. Kum,ar R., Vatsa O.J., Ra,j M., Panigrahy D., Das D. Adaptive Power Saving Algorithm for Mobile Subscriber Station in 802.16e // Proc. of the Communication Systems Software and Middleware. — 2007. —

51. Leland W., Taqqu M., Wilson D. On the Self-Similar Nature of Ethernet Traffic (Extended Version) // IEEE/ACM Trans, on Networking. — February, 1997. Vol. 2.- P. 1-15.

52. Li G., Liu H. OFDM-Based Broadband Wireless Networks. Design and Optimization / Wiley-Interscience; USA, 2005. 251 p.

53. Mean Traffic Bit Rate with ON-SID Modeling of VoIP Traffic, IEEE C802.16m-07/123,July, 2007.

54. Kong L. Performance Analysis and Optimization for MAC-layer IEEE 802.16e Power Saving Mechanism: Ph.D. thesis / Hong Kong University of Science and Technology. 2007.

55. Mah B. A. An Empirical Model of HTTP Network Traffic // Proc. of the INFOCOM;97. 1997. — '

56. Maltsev A. et al Analysis of IEEE 802.16m and 3GPP LTE Release 10 Technologies by Russian Evaluation Group for IMT-Advanced. // Proc. the ICUMT International Congress'2010. 2010. "

57. McDysan D. QoS and traffic Management in IP and ATM Networks. / McGraw-Hill, New-York, 2000. 480 p.

58. Miao G. Cross-layer optimization for spectral and energy efficiency: Ph.D. thesis / School of Electrical and Computer Engineering Georgia Institute of Technology. - 2008.

59. Miao G., Him ay a,t N. Li Y, Swami A. Cross-layer optimization for energy-efficient wireless communications: A survey // Wiley J. Wireless Commun. a,nd Mob. Comp. 2009. - Vol. 9, № 4. -- P. 529-542.

60. Nejatian N.M.P., Nayebi M.M. Evaluating the effect of non-Poisson traffic patterns on power consumption of sleep mode in the IEEE 802.16e MAC. // Proc. of International Conference on Wireless and Optical Communications Networks. 2007.

61. Nui Z., Zhu Y., Benetis V. A phase-type based markov chain model for IEEE 802.16e sleep mode and its performance analysis // Proc. of the IEEE International Test Conference. 2007. - P. 791-802.

62. Park Y., Hwang G.U. An efficient power saving mechanism for delay-guaranteed services in IEEE 802.16e. // IEICE Transactions on Communications. 2009. - Vol. 1. P.277-287.

63. Park Y., Hwang G. U. Performance modelling and analysis of the sleep mode in IEEE 802.16e WMAN. // Proc. of the IEEE 65th Vehicular Technology Conference. 2007. P. 2801-2806.

64. Paxson V., Floyd S. Wide-Area Traffic: The Failure of Poisson Modeling // Proc. of the SIGCOMM'94. — 1994.

65. Perrucci G. P. Energy Saving Strategies on Mobile Devices. // PhD Thesis, Aalborg University. 2009.

66. Prasad R. OFDM for Wireless Communications Systems / Artech House, Boston,London, 2004. 294 p.

67. Rom R., Sidi M. Multiple Access Protocols: Performance and Analysis. / Springer-Verlag, 1990. 172 p.

68. Salvador P., Pacheco A., Valadas R. Modeling IP traffic: joint characterization of packet arrivals and packet sizes using BMAPs. // Computer Network Journal. 2004. - T. 44, № 3. - C. 335-352.

69. Sayenko A., Alanen 0., Karhula J.,Ha,malainen T. Ensuring the QoS requirements in 802.16 scheduling. // Proc. of the 9th ACM internationalsymposium on Modeling analysis and simulation of wireless and mobile systems. 2006.

70. Seo J.B, Lee S. Q., Park N.H., Lee H. W., Cho C.H. Performance analysis of sleep mode operation in IEEE 802.16e. // Proc. of the IEEE 60th Vehicular Technology Conference. 2004. Vol. 2. P. 1169-1173.

71. Sesia SToufik I., Baker M., LTE. the UMTS Long Term Evolution: from theory to practice / Wiley, 2009. 626 p.

72. Sleep Mode for IEEE Std 802.16m System, C802.16m-08/688rl, July, 2008.

73. Sleep Mode Operation for IEEE Std 802.16m, C802.16m-08/721rl, July, 2008.

74. So-In C., Jain R., Tamimi A. Scheduling in IEEE 802.16e Mobile WiMAX Networks: Key Issues and a Survey // IEEE JSAC. 2February, 2009. -Vol. 27.

75. Staehle D.Source Traffic Modeling of Wireless Applications, tech.rep. / 2000.-No 261. —

76. The Draft IEEE Std 802.16m System Description Document, IEEE Std 802.16m-08/003r5, October, 2008.

77. Traffic Model for 802.16 TG3 MAC-PHY Simulations, IEEE 802.16.3c-01/30rl, March, 2001.

78. Tsybakov B., Georganas N. Self-similar processes in communications networks // IEEE Trams. Inform. Theory.— September, 1998. Vol. 44 — P. 1713-1725.

79. Van Houdt B., Blondia C. Robustness of Q-ary collision resolution algorithms in random access systems // Performance Evaluation. 2004. -Vol. 57.- P. 357-377.

80. Wan L., Ma W., Gou Z. A Cross-Layer Packet Scheduling and Subchannel Allocation Scheme in 802.16e OFDMA System // Proc. on Wireless Communication and Networking Conference. — 2007.

81. Wang A., Cho S., Sodini G., Chandrakasan A. Energy efficient modulation and MAC for asymmetric RF microsensor system // Proc. of the Int. Symp. Low Power Electronics and Design. — 2001.— P. 106-111.

82. WiMAX System Evaluation Methodology. Version 2.1, 2008.

83. Wong K. W. A Comparative Study and Novel Heuristic Approach for the IEEE 802.16e Mobile WiMAX Power Saving Mechanism: Ph.D. thesis / Hong Kong University of Science and Technology. 2009.

84. Xiao J., Zou S., Ren B., Cheng S. An Enhanced Energy Saving Scheme in Mobile Broadband Wireless Access Systems. // Proc. of the 1st International Conference on Wireless Algorithms, Systems and Applications. — 2006. P. 81-92.

85. Xiao Y. Energy saving mechanism in the IEEE 802.16e wireless MAN // IEEE Communications Letters. — 2005. — Vol. 9. P.595-597.

86. Zhang Y., Fujise M. Energy Management in the IEEE 802.16e MAC. // IEEE Communications Letters. 2006. — Vol. 10. P. 311-313.