一種ledrx的睡眠周期配置方法

一種ledrx的睡眠周期配置方法

準(zhǔn)4g系統(tǒng)的lt和wimax可以提供高的傳輸速度。高傳輸速度需要高的傳輸模式（64qam）、先進(jìn)的編碼技術(shù)（陀碼）、多天線技術(shù)（mimo）和空區(qū)域多地技術(shù)。這些都要求復(fù)雜的終端電路,能耗勢必加快,限制了用戶的移動性。UE的電池能量節(jié)約就非常重要。LTE系統(tǒng)中的DRX方案,根據(jù)服務(wù)質(zhì)量要求(QoS),設(shè)計(jì)出可感知能量的最優(yōu)方法。DRX作為無線通信系統(tǒng)鏈路層優(yōu)化能量效率的一項(xiàng)重要方法被大多數(shù)無線通信系統(tǒng)所采納。其基本思想是終端沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí),進(jìn)入睡眠狀態(tài),關(guān)閉收發(fā)單元以降低終端功耗。在3GPP的LTE項(xiàng)目中,對LTE系統(tǒng)提出了更加嚴(yán)格的時(shí)延要求,一方面要求顯著降低控制平面時(shí)延,具體為UE從空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)移到激活狀態(tài)時(shí)延要求為100ms,從睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)移到激活狀態(tài)的時(shí)延要求為50ms;另一方面要求降低用戶平面時(shí)延,數(shù)據(jù)包從UE或RAN(RadioAccessNetwork)邊緣節(jié)點(diǎn)IP層傳輸至RAN邊緣節(jié)點(diǎn)或UEIP層的單向傳輸時(shí)間要求為5ms。為了滿足這些時(shí)延要求,LTE系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作過程中,提供了長短DRX兩種周期,一定程度上滿足了不同業(yè)務(wù)的QoS時(shí)延要求,但不是很理想。1drx省電的確定LTE系統(tǒng)中DRX模式分IDLEDRX(空閑狀態(tài)下DRX)和RRC-CONNECTEDDRX(無線資源連接下的DRX)兩種。IDLEDRX沒有無線資源連接,只是監(jiān)聽呼叫信道和廣播信道,只要配置好固定睡眠周期就達(dá)到非連續(xù)接收。如果要監(jiān)聽用戶數(shù)據(jù)信道,就必須轉(zhuǎn)入無線資源連接狀態(tài)下的DRX。RRC-CONNECTEDDRX,可以優(yōu)化資源配置,節(jié)約UE功率,UE從空閑轉(zhuǎn)到激活狀態(tài)速度快,本文就是研究無線資源連接下的DRX。結(jié)合圖1來理解DRX,必須首先理清如下概念。OndurationTimer:UE每次從DRX睡眠周期醒來后監(jiān)聽PDCCH(物理下行控制信道)的時(shí)間。InactivityTimer:UE在醒著時(shí)每次成功解碼HARQ(混合自動重傳請求)初始發(fā)送的PDCCH后保持激活的時(shí)間。ActiveTime:UE從DRX睡眠周期醒來后保持激活的總時(shí)間。在3GPPTS36.321中定義,如果配置了DRX,那么ActiveTime包括OnDurationTimer,DRXInactivityTimer,DRXRetransmissionTimer和MacContentionResolutionTimer運(yùn)行的時(shí)間以及有SR(調(diào)度請求)已經(jīng)發(fā)送到PUCCH(物理上行控制信道),等待對應(yīng)的HARQ緩沖區(qū)里數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間。DRXRetransmissionTimer:UE預(yù)期接收DLRetransmission(下行重傳)的時(shí)間。一個(gè)DRX周期包括兩個(gè)時(shí)間段。第一個(gè)是ondurationtime,在該時(shí)間段UE醒來監(jiān)聽PDCCH,等待或接收eNB(演進(jìn)型基站)下行數(shù)據(jù)發(fā)送;第二個(gè)是睡眠時(shí)間段,在該時(shí)間段UE關(guān)閉收發(fā)單元,不監(jiān)聽PDCCH。長短DRX周期和連續(xù)接收之間的轉(zhuǎn)換由eNB中的定時(shí)器(周期配置方法)或命令來控制。UE進(jìn)入DRX模式后,檢查當(dāng)前子幀是否滿足(SFN×10+N)%TP=Toffset(1)式中:%為求模運(yùn)算符;SFN和N分別代表無線幀和子幀數(shù)目;TP和Toffset分別表示當(dāng)前DRX周期和需要啟動的DRX周期(基于子幀)。當(dāng)滿足式(1)時(shí),那么就啟動定時(shí)器onDurationTimer,此時(shí)UE就要開始監(jiān)聽PDCCH信道了。如果DRX-InactivityTimer超時(shí)或者收到eNB控制信息單元,就會停止監(jiān)聽,但是并不會停止跟重傳相關(guān)的定時(shí)器。此時(shí)立即啟動DRXShortCycleTimer,使用DRX短周期。如果DRXShortCycleTimer超時(shí),那么啟動DRXLongCycleTimer,使用DRX長周期。目前,大多文獻(xiàn)都是如何選擇一個(gè)合適的DRX長短周期,或者是具體分析某個(gè)參數(shù)對省電性能的影響,如InactivityTimer和OndurationTimer。文獻(xiàn)介紹了協(xié)作中繼在終端省電方面的應(yīng)用;文獻(xiàn)分析DRX不同的InactivityTimer下能耗比較,但并未說明其對時(shí)延的影響;文獻(xiàn)闡述了VoIP與流媒體兩種業(yè)務(wù)下采用DRX的省電情況,但業(yè)務(wù)模型交代的不清楚;文獻(xiàn)分析了業(yè)務(wù)時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的關(guān)系,并未說明節(jié)能與吞吐量間的關(guān)系;文獻(xiàn)描述了采用階數(shù)來調(diào)整DRX睡眠周期大小,本文也借鑒了它的可調(diào)因子;文獻(xiàn)闡述了不同DRX參數(shù)對省電性能的影響。2動態(tài)drx周期配置LTE系統(tǒng)的DRX當(dāng)中存在若干需要權(quán)衡的因素。出于節(jié)能的考慮,則需要配置長周期、短的開啟持續(xù)時(shí)間和短的去激活時(shí)間。而出于調(diào)度的靈活性、資源的利用率以及業(yè)務(wù)的時(shí)延考慮,則需要配置短的DRX周期和長的開啟持續(xù)時(shí)間去監(jiān)督PDCCH。針對上述問題,本文提出一種參數(shù)可控的動態(tài)DRX周期配置,均衡省電和時(shí)延之間的矛盾。新方法的第n個(gè)睡眠間隔為tn={tminceil[a3(n)],tminceil[a3(n)]≤tmaxtmax,tminceil[a3(n)]>tmax(2)tn={tminceil[a3(n)],tminceil[a3(n)]≤tmaxtmax,tminceil[a3(n)]>tmax(2)LTE系統(tǒng)目前實(shí)現(xiàn)的DRX方案是固定的長短睡眠周期,不能動態(tài)調(diào)整,對時(shí)延滿足不是很理想。改進(jìn)方法的前后周期存在相關(guān)性,同時(shí)用參數(shù)a(0.5≤a≤2)來動態(tài)調(diào)整周期增加,根據(jù)不同業(yè)務(wù)要求降低時(shí)延,同時(shí)降低功耗。3drx模式tj根據(jù)兩種狀態(tài){S,A}來建立DRX馬爾可夫模型,其中S代表睡眠狀態(tài),A代表激活狀態(tài)。如圖2所示,當(dāng)InactivityTimer超時(shí),UE進(jìn)入第1個(gè)睡眠狀態(tài)S(1),監(jiān)督窗口沒有收到eNB傳送數(shù)據(jù)命令,則進(jìn)入第2個(gè)睡眠狀態(tài)S(2),有數(shù)據(jù)到達(dá)則返回激活狀態(tài)A。一般認(rèn)為到達(dá)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分組服從參數(shù)為λ的泊松分布,相鄰分組服的到達(dá)時(shí)間間隔服從均值為1/λ的指數(shù)分布。那么第j個(gè)睡眠間隔有數(shù)據(jù)分組到達(dá)的概率為pj=1-e-λTj(3)式中:Tj是第j個(gè)睡眠間隔和監(jiān)聽間隔之和,監(jiān)聽長度為tL,Tj的表達(dá)式為Tj=tj+tL=min(tminceil[a3(j)]+tL,tmax+tL)(4)假如在第j個(gè)睡眠間隔后的監(jiān)聽間隔里發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組到達(dá)系統(tǒng),則退出DRX模式。這說明在1,2,…,j-1個(gè)睡眠周期中沒有數(shù)據(jù)分組到達(dá)。θj表示在第j個(gè)睡眠周期中退出DRX模式的概率,其表達(dá)式為θj=pj∏n=1j?1(1?pn)=(1?e?λTj)e?λ∑n=1j?1Tn(5)θj=pj∏n=1j-1(1-pn)=(1-e-λΤj)e-λ∑n=1j-1Τn(5)ES和EL分別表示在睡眠間隔和監(jiān)聽間隔內(nèi)單位時(shí)間所消耗的能量。E表示在第j個(gè)睡眠周期中退出DRX模式消耗的總能量,其表達(dá)式為Ej=∑n=1jEStn+jtLEL(6)Ej=∑n=1jEStn+jtLEL(6)平均消耗的能量E(energy)為E(energy)=∑j=1∞Ejθj=∑j=1∞(∑n=1jEStn+jtLEL)?(1?e?λTj)e?λ∑n=1j?1Tn(7)E(energy)=∑j=1∞Ejθj=∑j=1∞(∑n=1jEStn+jtLEL)?(1-e-λΤj)e-λ∑n=1j-1Τn(7)平均功率為P=∑j=1∞∑n=1jEStn+jtLEL(1?e?λTj)e?λ∑n=1j?1Tn∑n=1jTj(8)Ρ=∑j=1∞∑n=1jEStn+jtLEL(1-e-λΤj)e-λ∑n=1j-1Τn∑n=1jΤj(8)睡眠周期中隨機(jī)到達(dá)的數(shù)據(jù)分組服從泊松分布,所以數(shù)據(jù)分組到達(dá)時(shí)刻均勻地分布在睡眠周期中,平均時(shí)延為E(t)=∑j=1∞θjTj2=∑j=1∞(1?e?λTj)e?λ∑n=1j?1TnTj2(9)E(t)=∑j=1∞θjΤj2=∑j=1∞(1-e-λΤj)e-λ∑n=1j-1ΤnΤj2(9)4數(shù)據(jù)到達(dá)率對改進(jìn)方法性能的影響基于上述模型,將不同參數(shù)改進(jìn)方法與標(biāo)準(zhǔn)方法比較,其中ES==50mW,EL=170mW,tL=1ms。圖3所示,各種方法平均功率都隨著數(shù)據(jù)到達(dá)率λ增大而增加,而改進(jìn)方法的平均功率明顯都低于LTE標(biāo)準(zhǔn)方法,圖中采用a=1.2改進(jìn)方法時(shí),降低功率的效果是最好的。在數(shù)據(jù)到達(dá)率比較大的時(shí)候,改進(jìn)方法的平均功率效果就向LTE標(biāo)準(zhǔn)靠近,這是因?yàn)楦叩臄?shù)據(jù)到達(dá)率使得UE進(jìn)入睡眠機(jī)會減小,UE保持激活的狀態(tài)機(jī)率比較大。改進(jìn)方法的平均功率與a的大小成反比。圖4所示,各種方法平均時(shí)延都隨數(shù)據(jù)到達(dá)率λ的增大而減小。在低的數(shù)據(jù)到達(dá)率λ下,UE都進(jìn)入比較長的周期睡眠狀態(tài),因而返還到激活狀態(tài)時(shí)間就加長了,時(shí)延都比較大,而在高的數(shù)據(jù)到達(dá)率下,UE進(jìn)入長周期睡眠的機(jī)會較少,時(shí)延也較小。比較看出,LTE標(biāo)準(zhǔn)方法時(shí)延最大,改進(jìn)方法前后循環(huán)睡眠周期存在相關(guān)性,而LTE標(biāo)準(zhǔn)方法其前后周期幾乎不相關(guān),其系統(tǒng)時(shí)延比較大。改進(jìn)方法的時(shí)延與a的大小成正比。改進(jìn)方法的中,參數(shù)a控制著睡眠周期增長速度