介绍
最近，IEEE 802.16标准（IEEE Std.802.16-2004，2004）被认为是下一代宽带无线接入网络的一个有前途的标准，它是宽带无线接入的解决方案，俗称“全球微波接入互操作性”（WiMAX）。IEEE 802.16e（IEEE Std.802.16e-2005，2005），也称为移动WiMAX（Li等人，2007），提供了对IEEE 80216的增强，以支持移动用户站（MSS）以车辆速度的移动性。与其他无线系统一样，节能是802.16e中MSS的关键问题之一。因此，协议需要为MSS提供设计良好的节能算法。
IEEE 802.16e预计将支持实时应用程序的服务质量（QoS），如IP语音（VoIP）、视频流和具有不同QoS要求的视频会议（Wongthavarawat和Ganz，2003；Zhu和Cao，2004）。此类应用容易受到延迟和延迟变化的影响。例如，当数据包发生大量延迟和延迟变化时，应用程序的质量会严重下降。为了避免这种情况，QoS提供了传输的保证。IEEE 802.16e定义了五种类型的服务：主动授权服务（UGS）、实时可变速率（RT-VR）、非实时可变速率。其中，UGS旨在支持恒定比特率（CBR）服务，如T1/E1仿真和VoIP，而无需静音抑制。这些类型的服务定期生成固定大小的数据包。它们通常需要严格的QoS延迟约束，因此在802.16e中确定MSS的休眠持续时间长度不仅受MSS中连接产生的总流量的限制，而且还受连接的QoS延迟约束的限制。IEEE 802.16e是为通常由能量有限的电池供电的移动设备上的目标而开发的。因此，节能是延长MSS寿命的一个重要问题（Jang等人，2006；Mukherjee等人，2005；Tian等人，2007）。当建立连接时，如果在特定的帧持续时间内没有要发送或接收的数据包，MSS可能会将操作状态转换为睡眠模式，以节省功耗。在睡眠模式下，有两个时间间隔：睡眠时间间隔和收听时间间隔。在睡眠间隔期间，MSS可以通过将其无线网络接口置于睡眠模式来关闭电源。除此之外，MSS将无法在休眠间隔期间发送或接收数据包。睡眠间隔结束后，MSS切换到监听间隔。MSS在侦听间隔期间唤醒，以检查是否有发送到它的数据包。检查消息包以确定是否应唤醒MSS。IEEE 802.16e为具有不同特征的连接定义了三种类型的节能类（PSC），每个PSC都是为一组具有公共属性的连接定义的。PSC由交错的监听窗口和休眠窗口组成。在PSC类型I中，睡眠窗口从最小值以指数方式增加到最大值。这通常是在MSS进行最大努力和非实时流量时进行的。PSC II型有一个固定长度的休眠窗口，用于无人值守地面传感器服务。PSC类型III允许一次休眠窗口，通常用于多播流量或管理流量，当MSS知道预期的下一个流量时。
此前有许多研究致力于调整IEEE 802.11和IEEE 802.15的睡眠时间（Liao和Wang，2008；Liu和Liu，2003；Tseng等人，2002；Ye等人，2004；Zheng等人，2005）。然而，由于缺乏QoS要求，这些搜索的结果不能直接应用于IEEE 802.16e。针对MSS在节能模式下运行时IEEE802.16e的功率进行了几项研究（Han和Choi，2006；Lei和Tsang，2006；Seo等人，2004）。几项研究（Fang等人，2006年；Huang等人，2007年；Jang等人，2005年；Tsao和Chen，2008年）调查了IEEE 802.16e的功耗问题，并提出了确定睡眠间隔的算法，以提高能效。在Jang等人（2006）中，睡眠时间的长度根据交通类型进行了调整。此场景仅在一个MSS下有效，并且未考虑QoS延迟约束。在Tsao和Chen（2008）中，尽管考虑了QoS延迟约束，但场景不能考虑状态转换的能量成本。在Fang等人（2006）中，提出了一种具有QoS延迟约束的多MSS调度算法。为了节省电力，该算法授予主MSS在突发模式下使用带宽的权利。辅助MSS仅被赋予必要的带宽以满足QoS延迟约束的要求。然而，只有当所有MSS的总流量负载较低时，其优势才会显现出来。在Huang等人（2007）中，尽管考虑了具有QoS延迟约束的恒定比特率业务，但该场景不能考虑抖动约束。
在本文中，我们提出了一种节能调度方案，以提高移动WiMAX中的能源效率并保证QoS，即IEEE 802.16e。我们认为应同时调度延迟和抖动类型的QoS并在一个MSS中集成睡眠时间。在延迟和抖动的QoS要求下，数据包将被连续调度，以减少状态转换的数量。所提出的方法不仅可以最小化MSS的功耗，而且可以保证实时连接的延迟和抖动QoS。
论文的其余部分组织如下。第2节介绍了我们提出的具有QoS保证方案的节能调度。实验结果见第3节。第四部分对本文进行了总结。
