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IEEE 802.16e中Ⅰ-型休眠模式的建模、分析及应用

霍占强  
【摘要】: 随着计算机技术与通信技术的飞速发展与高度融合及网络中新媒体业务的不断增加,计算机通信的发展呈现出宽带移动化及移动宽带化的趋势。IEEE 802.16e是下一代移动无线宽带接入网络的最新标准。在移动网络中,由于移动终端是由电池供电的,所以移动终端的能量消耗问题成为当今移动无线宽带网络的研究热点之一。IEEE 802.16e引入休眠模式以减少移动终端能量消耗。本文依据移动终端与服务基站协同工作的原理,针对网络数据的不同特征并同时考虑上/下行链路业务,为IEEE 802.16e中Ⅰ-型休眠模式建立了一套系统的,具有递进关系的,带有关闭延迟和多重异构休假的排队模型。完成对排队模型的分析,并结合数值例子和仿真实验对IEEE 802.16e中Ⅰ-型休眠模式做了系统的研究。 首先,针对网络中用户触发事务的无后效性,建立带有关闭延迟和多重异构休假的Geom/G/1排队模型。使用嵌入马尔可夫链方法完成模型的分析,导出支持休眠模式移动终端的能量节省率、系统切换率和数据帧平均延迟时间等系统性能指标的表达式。通过数值例子讨论了系统性能指标对超时定时器长度、初始休眠窗口长度等系统配置参数的依赖关系,通过系统仿真验证了理论分析的正确性,并给出应用理论分析结果配置系统参数的例子 其次,针对数据帧到达过程的突发性,在排队模型的输入过程中引入成批到达机制,设批量大小X服从Pareto(c,α)分布,建立带有关闭延迟和多重异构休假的Geomx/G/1排队模型。使用嵌入马尔可夫链方法,导出相应的系统性能指标,通过数值例子讨论了能量节省率和系统切换率对系统配置参数的依赖关系。由于批量大小的方差为无穷大,无法给出数值例子,使用仿真实验的方法讨论了数据帧平均延迟时间对系统配置参数的依赖关系。此外,给出应用理论分析和仿真实验结果配置系统参数的例子。 再次,针对数据帧到达的突发性与数据帧间的相关性,将数据帧到达过程推广至D-BMAP (Discrete-Time Batch Markovian Arrival Process),建立带有关闭延迟和多重异构休假的D-BMAP/G/1排队模型。为避免繁琐的矩阵推导,提出并证明了具有一般休假的D-BMAP/G/1排队模型的分解定理,导出相应的系统性能指标。以D-BMAP的一个特例开—关模型,通过数值例子与仿真实验讨论了系统性能指标对系统配置参数的依赖关系,并给出应用理论分析结果配置系统参数的例子。 最后,同时考虑下行链路业务与上行链路业务,建立了带有关闭延迟和多重异构休假的两服务台共享休假的排队系统。使用二维嵌入马尔可夫链方法对该模型进行了分析,并导出相应的系统性能指标。通过数值例子与仿真实验讨论了系统性能指标对系统配置参数的依赖关系,并给出应用理论分析结果配置系统参数的例子。


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