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一种动态能量感知的节点休眠调度算法

计算机工程与应用 2017年第20期53卷 61-67页

作者：党小超李琦郝占军西北师范大学计算机科学与工程学院兰州730070 甘肃省物联网工程研究中心兰州730070

为减小低占空比无线传感器网络(LDC-WSN)中端到端的休眠延迟和均衡能量负载,提出了一种动态能量感知的节点休眠调度算法(DESS),该算法通过感知节点剩余能量的动态变化,自适应地增加苏醒时隙的次数,用以平衡网络中节点的能量消耗。仿真... 详细信息

为减小低占空比无线传感器网络(LDC-WSN)中端到端的休眠延迟和均衡能量负载,提出了一种动态能量感知的节点休眠调度算法(DESS),该算法通过感知节点剩余能量的动态变化,自适应地增加苏醒时隙的次数,用以平衡网络中节点的能量消耗。仿真结果表明,与同类算法的LES和TOSS相比,DESS在休眠延迟以及能源消耗等方面带来明显的性能提升,有效地延长网络的生命周期。

关键词：无线传感器网络低占空比休眠调度能量感知休眠延迟

LTE中DRX节能策略的系统建模及性能优化

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吉林大学学报（工学版） 2015年第5期45卷 1615-1623页

作者：王志衡霍占强金顺福河南理工大学计算机科学与技术学院河南焦作454000 燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004

兼顾LTE(Long term evolution)通信技术中移动终端的节能效果和响应速度,提出了一种带有休眠延迟机制的非连续接收DRX(Discontinuous reception)节能策略。考虑到网络中实际缓存容量的有限性,建立了一个带有休假延迟和启动阶段的多重休... 详细信息

兼顾LTE(Long term evolution)通信技术中移动终端的节能效果和响应速度,提出了一种带有休眠延迟机制的非连续接收DRX(Discontinuous reception)节能策略。考虑到网络中实际缓存容量的有限性,建立了一个带有休假延迟和启动阶段的多重休假有限容量排队模型,综合使用嵌入Markov链方法和补充变量的方法,导出系统阻塞率、能量节省率和数据帧延迟等指标表达式。结合数值实验和仿真实验,揭示了不同指标之间的折衷关系。对DRX中的休眠延迟器长度和系统容量大小进行了优化设置,为无线通信网络节能策略的改进及优化提供了理论依据。

关键词：计算机应用 LTE 节能策略休眠延迟多重休假排队

IEEE802.16e节能类型I的休眠策略研究及性能分析

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IEEE802.16e节能类型I的休眠策略研究及性能分析

作者：李博光燕山大学

学位级别：硕士

IEEE802.16e是下一代移动无线宽带城域网的最新标准,支持用户节点以车辆速度移动。为了提高移动终端的能量效率,IEEE802.16e提出三种休眠模式,其中,节能类型I用于尽力而为BE业务及非实时可变速率NRT-VR业务。本文对节能类型I进行休眠策... 详细信息

IEEE802.16e是下一代移动无线宽带城域网的最新标准,支持用户节点以车辆速度移动。为了提高移动终端的能量效率,IEEE802.16e提出三种休眠模式,其中,节能类型I用于尽力而为BE业务及非实时可变速率NRT-VR业务。本文对节能类型I进行休眠策略研究及性能分析。首先,基于节能类型I的基本休眠策略,分别考虑无后效业务与自相似业务,建立休假长度指数变化的Geom/G/1及Geomξ/G/1排队模型,给出能量节省率,能量消耗率,系统切换率和数据帧平均响应时间等性能指标的表达式。结合数值例子与系统仿真,定量分析休眠窗口大小对系统性能的影响。其次,综合考虑能量节省率,能量消耗率,系统切换率和数据帧平均响应时间等系统性能指标,构造成本函数,给出休眠窗口的优化设置方案。基于休眠状态与唤醒状态之间的切换过程,给出休眠策略的启动阈值。然后,在基本的节能类型I中,提出一种休眠延迟策略。平行于基本休眠策略,建立带有休假延迟且休假长度指数变化的Geom/G/1及Geomξ/G/1排队模型,并给出相关性能指标的表达式。通过数值例子与系统仿真,定量分析休眠延迟定时器对系统性能的影响,并验证休眠延迟策略有效性。最后,针对带有休眠延迟的节能类型I,考虑能量节省率和数据帧平均响应时间的折衷问题,构造成本函数,给出休眠延迟定时器大小的优化设置方案。

关键词： IEEE802.16e 节能类型I 尽力而为业务非实时可变速率业务多重休假排队模型指数变化休眠延迟

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低占空比WSN节点休眠调度方法研究

低占空比WSN节点休眠调度方法研究

作者：李琦西北师范大学

学位级别：硕士

随着科学的快速发展,近年来人们研制出了各式各样的具备感知、计算以及通信能力的微型传感器。这与目前分布式数据处理技术和传感器技术的不断进步密切相关,也与无线通信技术乃至嵌入式技术的日益成熟密不可分。但在无线传感器网络(Wire... 详细信息

随着科学的快速发展,近年来人们研制出了各式各样的具备感知、计算以及通信能力的微型传感器。这与目前分布式数据处理技术和传感器技术的不断进步密切相关,也与无线通信技术乃至嵌入式技术的日益成熟密不可分。但在无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)中,传感器节点因其体积受限,所以能量也有限,且在现实应用中难以实现充电或电池的更换,因此,让节点长时间处于休眠状态,即低占空比模式,对于低流量且能量有限的WSN而言是很有必要的。然而,低占空比的操作也对网络带来了较大的休眠延迟问题。基于此,在低占空比无线传感器网络中有必要采用一定的休眠调度方法实现性能的提升,以延长网络的生命周期。本文采取的主要思想是:对节点增加苏醒时隙的次数最少,以使付出额外能耗的代价最小化,减少端到端的休眠延迟,保障数据的实时传输。主要工作如下:(1)在动态能量感知的基础上,针对低占空比WSN休眠延迟问题,提出一种自适应增加苏醒时隙次数的节点休眠调度算法。低占空比模式下,网络中每一个节点都有自己的工作调度表,使其工作时隙与休眠时隙交替进行。该算法是针对一条链路的节点进行休眠-唤醒调度,根据感知到的节点所剩能量的多少,决定增加苏醒时隙次数的多少,在满足给定休眠延迟的要求下均衡能量负载。实验结果表明,该算法降低了休眠延迟,提高了网络性能。(2)在上面所述休眠调度算法的基础上,打破给定休眠延迟的情形,提出一种基于多唤醒机制的节点休眠调度算法。在此算法中,节点不必受到给定延迟的限制,可确定一个适用于任意拓扑结构下的延迟下界,使延迟和能耗达到一个均衡的最佳值。不同于以往的单唤醒机制,该算法通过计算链路上节点的权值,优先选择权值较大的节点作为时隙再分配节点(Allocation Node,AN)对其分配新的苏醒时隙。实验结果表明,使用多唤醒机制的休眠调度方法减少了链路上的休眠延迟,降低了网络能耗。(3)针对网络中能耗和时延折衷问题,提出一种基于Q-学习的节点休眠调度算法。此算法是通过采用Q-学习方法,让每个节点据其当前情况和邻居情况的近似来做出决策,自主决定每个时隙的状态。由于这种近似不需要与邻居通信,进而可避免相应过程的能耗。实验对比分析,该算法延长了低占空比WSN的生命周期。

关键词：无线传感器网络低占空比休眠调度节能休眠延迟

基于新型休眠机制的云任务调度策略及性能研究

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基于新型休眠机制的云任务调度策略及性能研究

作者：王秀双燕山大学

学位级别：硕士

随着能源危机的出现和温室气体排放的增加,如何实现绿色云计算成为学术界和工业界关注的热点。为了节约云数据中心能耗,降低云服务提供商的运营成本,同时保证云用户的服务质量,论文基于新型休眠机制,研究云任务调度策略及系统性能。首先... 详细信息

随着能源危机的出现和温室气体排放的增加,如何实现绿色云计算成为学术界和工业界关注的热点。为了节约云数据中心能耗,降低云服务提供商的运营成本,同时保证云用户的服务质量,论文基于新型休眠机制,研究云任务调度策略及系统性能。首先,针对用户服务质量要求较高的云数据中心,引入休眠延迟机制,提出带有休眠延迟的同步多重休眠云任务调度策略SD-SMSM-CTSS(Cloud Task Scheduling Strategy based on Synchronous Multiple Sleep Mode with Sleep-Delay)。建立带有休假延迟的多服务台同步多重休假模型,构造二维Markov链,进行系统稳态分析,给出云任务平均响应时间及云系统节省水平等性能指标表达式。其次,针对系统节能效果要求较高的云数据中心,引入休眠唤醒阈值,提出带有休眠延迟与休眠唤醒阈值的同步多重休眠云任务调度策略SD-WT-SMSMCTSS(Cloud Task Scheduling Strategy based on Synchronous Multiple Sleep Mode with Sleep-Delay and Waking-up Threshold)。基于物理机浅度休眠情形,建立带有休假延迟的多服务台同步N策略多重休假模型。利用矩阵几何解方法,定量评估系统的节能效果和响应性能。再次,在SD-WT-SMSM-CTSS的基础上,基于物理机深度休眠情形,考虑物理机的唤醒过程,建立带有休假延迟与启动过程的多服务台同步N策略多重休假模型。通过建立平衡方程,求解模型稳态分布,进行SD-WT-SMSM-CTSS的系统性能评估。最后,通过数值实验和仿真实验,验证SD-SMSM-CTSS和SD-WT-SMSM-CTSS的有效性。从经济学角度出发,权衡云系统节能效果和云用户响应性能,构造系统效用函数。针对SD-SMSM-CTSS,研究云用户的Nash均衡行为与社会最优行为,通过征收合理的入场费达到社会最优。针对SD-WT-SMSM-CTSS,基于物理机浅度休眠和深度休眠的情形,分别建立系统成本函数,改进遗传算法,给出休眠参数,休眠延迟参数及休眠唤醒阈值等策略参数的优化方案。

关键词：云计算任务调度休眠延迟唤醒阈值排队模型启动过程系统优化

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宽带城域网中节能机能I的性能分析

计算机工程与应用 2011年第15期47卷 126-129,205页

作者：张丽媛李博光金顺福霍占强廊坊师范学院河北廊坊065000 燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004 河南理工大学河南焦作454003

在移动宽带城域网中,如何获得更好的节能效果是移动设备面临的重要问题之一,IEEE802.16e标准中提出称为休眠模式的节能机制。基于带有休眠延迟的节能类型I,建立带有休假延迟且休假长度指数变化的多重休假排队模型。通过嵌入Mar-kov链方... 详细信息

在移动宽带城域网中,如何获得更好的节能效果是移动设备面临的重要问题之一,IEEE802.16e标准中提出称为休眠模式的节能机制。基于带有休眠延迟的节能类型I,建立带有休假延迟且休假长度指数变化的多重休假排队模型。通过嵌入Mar-kov链方法及边界状态变体定理,对排队模型进行了分析,给出了系统切换率、能量节省率和平均响应时间等性能指标的解析表达式。通过理论分析和仿真实验刻画了不同系统负载下,系统性能指标与休眠延迟定时器长度的依赖关系。综合不同性能指标,构造成本函数,给出系统参数的优化设置方案。

关键词： IEEE802.16e 节能类型I 休眠模式休眠延迟休假排队

IEEE 802.16e中节能类型II的系统建模与性能分析

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IEEE 802.16e中节能类型II的系统建模与性能分析

作者：李然然燕山大学

学位级别：硕士

为了提高移动终端的能量使用效率,支持无线宽带城域网的IEEE 802.16e标准提出了三种休眠模式。本文基于现代网络中的UGS(Unsolicited Grant Service)和RT-VR(Real-Time Variable Rate)类型的业务,对节能类型II进行了研究。首先,基于经... 详细信息

为了提高移动终端的能量使用效率,支持无线宽带城域网的IEEE 802.16e标准提出了三种休眠模式。本文基于现代网络中的UGS(Unsolicited Grant Service)和RT-VR(Real-Time Variable Rate)类型的业务,对节能类型II进行了研究。首先,基于经典的节能类型II的工作原理,将侦听窗口内传输数据帧之前的阶段抽象为唤醒延迟,传输数据帧的阶段抽象为忙期,建立带有唤醒延迟的多重休假排队模型,给出数据帧平均响应时间的表达式。将侦听窗口内传输数据帧的阶段抽象为一种特殊休假期,建立一种具有两种休假机制,且在一种休假机制内可以传输数据帧的多重休假排队模型,给出经典的节能类型II的性能指标表达式。其次,为了避免休眠状态与唤醒状态之间的频繁切换,将休眠延迟机制引入到经典的节能类型II中,提出一种改进的节能类型II的休眠策略。建立带有休假延迟与唤醒延迟的多重休假排队模型,及带有休假延迟与两种休假机制,且在一种休假机制内可以传输数据帧的多重休假排队模型,给出改进的节能类型II的性能指标表达式。最后,基于经典的节能类型II和改进的节能类型II,综合考虑能量节省率、系统切换率和数据帧平均响应时间等性能指标,分别建立成本函数,并给出休眠窗口的优化设置方案。通过数值例子,定量刻画了系统负载对性能指标的影响,通过系统仿真,验证改进的节能类型II的有效性。

关键词：休眠模式节能类型II 休眠延迟多重休假排队系统唤醒延迟能量节省率响应时间

融合节能效果与响应性能的云虚拟机调度策略及性能研究

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融合节能效果与响应性能的云虚拟机调度策略及性能研究

作者：王晓琛燕山大学

学位级别：硕士

随着云应用种类的不断增多及数量的持续增长,云用户对响应性能的需求呈现出多样化趋势,同时云计算中心对其节能水平的要求越来越高。为了在保证云计算中心节能效果的前提下,提高云用户请求对于响应性能的需求,面向云数据中心的云虚拟机... 详细信息

随着云应用种类的不断增多及数量的持续增长,云用户对响应性能的需求呈现出多样化趋势,同时云计算中心对其节能水平的要求越来越高。为了在保证云计算中心节能效果的前提下,提高云用户请求对于响应性能的需求,面向云数据中心的云虚拟机引入(N,T)休眠机制,提出一种虚拟机调度策略。首先,兼顾云计算中心的节能效果与云用户请求的响应性能,引入(N,T)休眠机制,提出基于(N,T)休眠机制的云计算中心调度策略。结合唤醒阈值N及长度为T的休眠计时器,建立同步多重休假随机模型,构造二维Markov链,运用矩阵几何解方法进行模型的理论分析。其次,为了进一步研究响应性能更高的云计算中心的调度策略,引入休眠延迟机制,提出融合休眠延迟与(N,T)休眠机制的云虚拟机调度策略。建立同步多重休假随机模型,刻画节能策略的随机行为。运用拟生灭过程及矩阵几何解方法,构造二维Markov链,评估云用户请求平均响应时间及云系统节能水平等性能指标。然后,在休眠延迟与(N,T)休眠机制的同步多重休眠虚拟机节能策略的基础上,为了使云系统更符合实际,引入启动过程,提出带有启动过程、休眠延迟与(N,T)休眠机制的同步多重休假模型。运用拟生灭过程及矩阵几何解方法,构造二维Markov链对所建立的休假模型进行系统分析。最后,进行数值实验和仿真实验,定量分析休眠参数与唤醒阈值等系统参数对云系统节能水平及云用户请求平均响应时间的影响,评估所提出策略的有效性以及所建立模型的合理性。权衡不同性能指标,建立系统成本函数,通过改进飞蛾扑火优化算法,给出云数据中心节能策略的联合优化结果。

关键词：云计算 (N,T)休眠机制休眠延迟启动过程飞蛾扑火优化算法