移动智能终端3G通信能耗与用户性能体验权衡调度方案

摘要

一种移动智能终端中3G能耗与用户性能体验的权衡调度方案，属于3G移动通信节能控制领域，通过建立一种描述应用服务性能体验指标的模型；当移动终端发出网络数据传输请求时，对先前到达的流量进行整形，使得传输请求在一定的性能损失指标约束下尽可能地完成流量聚合；通过调整算法的平衡因子，可以直接有效地对网络传输能耗和性能体验指标之间的倾向性进行调节，本发明可以大量地减少3G通信中所带来的长时间高能耗状态，通过调节平衡因子，可以在满足不同性能体验指标的需求下，最有效地降低3G网络传输能耗。

主权项

1.一种移动智能终端3G通信能耗与用户性能体验权衡调度方案，其特征在于：首先将各种应用程序的网络传输请求所对应的服务性能体验指标定义为具有如下性质的函数：φ_u(·)：时间取值范围为[0,t_d(u)-t_a(u)]；φ_u(0)=0；如果d₁>d₂，φ_u(d₁)≥φ_u(d₂)；φ_u(t_d(u)-t_a(u))=sup_{d∈[td(u)-ta(u)]}{φ_u(d)}；其中，u表示某个传输请求包，t_a(u)表示传输请求包的到达时间，t_d(u)表示传输请求包的最大可忍受发送时间，对于一般的周期性应用传输请求，其性能损失函数可建模为φ_u(t)，其请求的周期即t_d(u)，φ_u(t)为从原点线性递增的函数；基于上述定义，调度方案在移动终端上各应用程序与服务端通过3G网络接口进行数据通信中按以下步骤实现：步骤（1）对当前时刻t₀累计的传输请求包序列U，计算总的性能指标界限：其中为单个传输请求u的性能损失函数，λ为平衡因子，λ∈[0,1]；步骤（2）将总的性能指标界限平分给U中的各个传输请求u，得到各个传输请求在性能指标约束下相应的时间界限：步骤（3）计算各个传输请求u的调度时段上界：t_u=min_u∈U{perfBound_u,t_d(u)}，则可调度时段为Γ_u＝[t_a,t_u]；步骤（4）将U中的各个传输请求u的实际发送行为安排到其对应可调度时段内的某个时间点：步骤（4a）将U内各个传输请求u按t_u升序排序，确定总的调度区段为:$\Gamma =[t_0,\underset{u\in U}{\mathrm{Max}}\left(t_u\right)];$步骤（4b）对每个传输请求u，遍历其可调度区间内的各个时隙，分别计算各个时隙上放置该请求包时带来的能耗增量：E_u(slot)=RRC(ST(S_u(Γ,slot))-RRC(ST(S₀(Γ,0))，其中上次调度S₀带来的Γ时段内的初始能耗状态记为ST(S₀(Γ,0))，u的此次时隙安排S_u带来的Γ时段内的能耗状态记为ST(S_u(Γ,slot))，RRC(·)为根据RRC能耗状态计算能耗值的函数，定义如下：$\mathrm{RRC}(·)=\underset{\Gamma }{\int }P\left(\mathrm{ST}\left(t\right)\right)\mathrm{dt},$其中$P\left(\mathrm{st}\right)=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Power}\_\mathrm{DCH}(\mathrm{st}==\mathrm{DCH})\\ \mathrm{Power}\_\mathrm{FACH}(\mathrm{st}==\mathrm{FACH})\\ \mathrm{Power}\_\mathrm{IDLE}(\mathrm{st}==\mathrm{IDLE})\end{array}\right.,$Power_DCH是高能耗状态的功率值，Power_FACH是中能耗状态的功率值，Power_IDLE是低能耗状态的功率值，具体数值大小通过手机功耗监测确定，与手机型号相关；步骤（4c）选择能量增量E_u最小的时隙作为u的调度时隙，如果存在多个Eu相同且最小的时隙，则选择最靠后的一个：步骤（5）计算剩余的性能损失指标约束并重新等分给剩余未分配调度时隙的u，计算新一轮的性能指标约束下的时间界限：步骤（6）重复步骤（3）至（5），直至当前累计的所有传输请求u均被安排调度时隙slotSchedule_u；步骤（7）随着当前时刻t₀的变化，当有新的请求包到来时，重复步骤（1）至（6），开始新一轮调度；步骤（8）随着当前时刻t₀的变化，当累计的请求队列中有任何一个请求包u的slotSchedule_u到来时，即当前时刻t₀≥slotSchedule_u时，执行实际的网络请求u的发送动作，完成网络数据传输；其中，步骤（1）中计算性能指标约束的λ为平衡因子，当λ=0时，为原网络默认传输策略，能耗节约度为0，而性能体验指标最高；当λ增大时，能耗节约度越高，而性能体验指标越低；当λ=1时，能耗节约度最高，而性能体验指标最低。