In wireless networks, a power saving mechanism has attracted considerable attention as a key technique for increasing the life time of mobile station (MS). Hence, in the IEEE 802.16e standard, three types of Power Saving Class (PSC) are defined to satisfy the quality of service (QoS) for different traffic. Each type of PSC has its own characteristic and parameter for power saving. When multiple PSCs are used, the most important factor of power saving mechanism is to harmonize the sleep window of all the PSCs for increasing unavailable interval, which is defined as the intersections of the sleep windows of all the PSCs. However, the power saving mechanisms of the current IEEE 802.16e standard are designed to take no consideration of the harmonization among PSCs.
First, we analyze the performance of power saving mechanism using a discretetime Markov chain (DTMC) technique. The proposed analytical model considers poisson packet arrival, waiting time for power saving mode and etc. when two PSCs are used simultaneously. We validate the proposed model by comparing numerical analysis with simulation results. Also, to consider a practical system, we assume that the traffic for PSC I and PSC II is each generated according to traffic characteristic. By comparing simulation results and numerical results, we prove that the power consumption of the MS increases as many PSCs are used simultaneously.
Secondly, when the multiple PSCs are used, we propose a sleep window control scheme that increases the unavailable interval to reduce the power consumption. In the proposed mechanism, we harmonize sleep window between PSC I (III) and PSC II for increasing unavailable interval. The proposed scheme adjusts the timing of the sleep window of PSC I (III) to maximize the unavailable interval of MSs. We model and analyze the performances of a proposed scheme and a conventional scheme. The proposed analytical model considers power consumption and response delay under a poisson packet arrival. Through the numerical and simulation result, we validate the proposed model by comparing numerical analysis with simulation results.
Thirdly, we propose a power saving mechanism based on remaining energy awareness to prevent the failure of packet reception caused by high traffic environment and limitation of BS’s resource. We analyze the performance of proposed mechanism based on remaining energy with respect to power consumption, response delay and life time of MS. The performance of power saving mechanism based on remaining energy awareness is verified by comparing numerical analysis with simulation results.
빠른 전송속도, 넓은 전송영역, 다양한 서비스 품질(QoS), 빠른 이동성 그리고 다양한 멀티미디어 서비스를 지원하기 위해서 IEEEE 802.16 standard와 같은 광대역 무선 전송 기술들을 사용한다. 하지만 이동성이라는 특성 때문에 단말은 한정된 전원을 가지고 동작하게 되는 제약이 생긴다. 따라서 단말의 파워 소모를 줄이는 파워 절약 방안 (power saving mechanism)이 아주 중요한 기술중의 하나로 많은 연구가 진행되고 있다. 파워 소모를 줄이기 위한 다양한 연구 아이템들로는 파워 절약 모드 (power saving class) 간 조화 연구, 파워 절약 모드시 품질 보장 방안 연구, 계층간 정보를 통한 파워 절약 모드 최적화 연구 등이 있다. 본 논문에서는 IEEE 802.16 시스템에서 파워 절약 모드간 조화 및 잉여 전력을 고려하여 파워 소모를 개선시킬 수 있는 방안을 제안하고 분석한다.
첫째, IEEE 802.16e 시스템에서 파워 절약 모드 I과 모드 II의 동시 사용을 고려한 새로운 분석 모델을 제시한다. 파워 절약 모드 I과 모드 II 트래픽을 위한 poisson 트래픽 모델, 파워 절약 모드를 사용하기 위한 대기 시간 그리고 파워 절약 모드 II 사용 확률을 고려하여 IEEE 802.16e 시스템의 파워 절약 모드를 DTMC (discretetime Markov chain)로 모델링한다. 기존의 파워 절약 모드 I만 사용한 모델을 파워 절약 모드 I와 모드 II를 동시에 사용한 모델로 확장한다. 또한, 파워 절약 모드에서만 동작하는 모델을 평상 모드 (normal mode)와 파워 절약 모드가 동시에 동작 하는 모델로 확장한다. DTMC 분석 모델을 기반으로 평균 파워 소모, 평균 에너지 효율 그리고 평균 지연 시간 등의 결과를 보인다.
둘째, IEEE 802.16e 시스템에서 파워 절약 모드 I과 모드 II가 동시에 사용중일때 단말의 비가용 시간을 늘리기 위한 새로운 파워 절약 모드 I의 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘에서는 파워 절약 모드 I과 모드 II의 확인 창(listening window)을 일치시키기 위해 파워 절약 모드 I의 수면 창(sleep window)을 조절한다. 따라서 이 알고리즘을 이용하면 IEEE 802.16e 시스템에서 단말의 비가용 시간을 기존 알고리즘들보다 효율적으로 이용할 수 있다. 깊이 있는 분석과 시뮬레이션을 통해 평균 파워 소모와 평균 에너지 효율 관점에서 제안하는 방안이 기존 방안보다 우수한 성능을 가짐을 보이고 평균 지연 시간측면에서는 기존의 방안과 거의 동일한 성능을 가짐을 보인다.
셋째, 단말의 잉여 전력을 기반으로 단말의 사용 시간(life time)을 늘이기 위한 새로운 파워 절약 모드 I의 알고리즘을 제안한다. 파워 절약 모드를 사용하는 다수의 단말이 존재하는 환경에서 제안하는 알고리즘은 기지국이 단말의 잉여 전원에 따라 순서적으로 하향링크 트래픽을 단말에게 전송함으로 해서 단말의 사용 시간을 늘릴 수 있다. 깊이 있는 분석을 위해 제안하는 알고리즘은 DTMC를 이용하여 모델링하며, poisson 트래픽 모델을 이용한다. 분석과 시뮬레이션을 통해 평균 사용 시간 관점에서 제안하는 방안이 기존 방안보다 우수한 성능을 가짐을 보인다.
