文摘

智能手机的普及和移动应用在最近几年经历了相当大的增长,这种增长预计将继续在未来。因为智能手机只有非常有限的能源资源、电池效率的决定因素之一是一个好的用户体验。因此,一些智能手机的拆除连接移动网络后不久,一个完整的数据传输,以降低功耗传输单位。然而,造成频繁的连接重建应用程序发送或接收少量的数据往往会导致一个沉重的信号加载在移动网络。本文的主要贡献之一是调查产生的能源消耗之间的权衡在智能手机和所生成的信号在移动网络流量。我们解释这权衡可以控制连接释放超时和研究该参数的影响的流行应用程序覆盖广泛的流量特征的带宽需求和产生的交通信号。最后,我们研究了影响定时器设置的网络流量的经验(体验质量)质量。这是一个重要方面,因为连接机构不仅导致交通信号,还提高web页面的加载时间。

1。介绍

与智能手机的广泛使用在今天的UMTS网络,智能手机应用程序的流行已经看到一个巨大的增长在过去的年1]。由此产生的流量预计将超过一半的全球移动数据流量在未来年2]。这一现象的一个主要原因是,智能手机非常方便用户保持总是连接到互联网。反过来,这使得智能手机应用程序的开发人员的假设连续的网络连接。因此,许多应用程序,如社交网络客户、天气预报、或即时信使经常更新他们的状态,引发了许多的问题上的移动网络以及智能手机。

相比台式机或笔记本电脑、智能手机装备只有有限的电池。自从建立了从智能手机连接到移动网络消耗大量能源,一些智能手机关闭这些连接数据传输完成后不久,也就是说,在很短的没有交通活动,这是由一个不活动定时器控制。这节省了能量,防止电池消耗引起的成立但未使用的连接。然而,它也可能降低用户体验自连接的顺序启动延迟是几秒钟。因此,用户可能会惹恼了,例如,如果每个web页面的加载时间在他们的浏览器增加。因此,两个对立的影响影响质量的经验(体验质量)被用户:降低能源消耗和短页面加载次数的权衡,我们彻底调查。

从一个移动运营商的角度来看,智能手机的每个变化之间的连接和断开连接的状态导致信号在网络,和过度的信号加载导致了严重的问题在最近的过去。例如,一个大型的移动网络在日本遭受2012年1月几个小时的停机。提到的这个网络运营商大量小控制消息的某些流行的应用程序(比如保持消息或好友列表更新在VoIP应用)作为这个故障可能的原因(penn olson,“找到一个连接:Android,行,Docomo的网络中断,”2012年,可用http://www.penn-olson.com/2012/01/30/docomo-outage-line/)。因此,我们认为,不是一个在数据流量过载,但大量的机构和拆解已经降低了网络的无线连接。因此,网络运营商可能会相应地调整计时器设置。更长的定时器设置可以减少信号加载和移动运营商的资源成本,然而,在用户设备的能源消耗的成本和增加无线电资源的消费。因此,一个额外的电池效率之间存在权衡智能手机和移动网络信号加载。专有的快速休眠模式,实现智能手机(即。,smartphones tear down the connection earlier than advised by the network) additionally affects the signalling load in the network and is also investigated in this paper. The influence of traffic generated by applications on radio resources is another point of interest of mobile operators which is already well investigated in the literature, for example [5),本文的范围。鉴于当前危机与网络中断信号引起的风暴,移动运营商和设备供应商的利益转向信号生成的应用程序流量(6,7我们的重点。

以下原因信令风暴。UMTS网络提供无线设计,高带宽接入互联网的移动用户,例如,视频电话。因此,高负载的数据流量时仔细考虑这种网络的设计。然而,一些当前流行的应用比如Aupeo广播流或Skype网络电话应用程序负载移动网络,即使他们只是在后台运行。他们保持消息发送更新,每隔几秒钟,这对今天的UMTS网络是有问题的。原因是移动网络通常拆毁无线连接用户设备(UE)的不活动超时后几秒,也就是说,这个短时间内没有数据传输时。如果两个保持消息之间的时间略高于移动网络的连接超时,问题之间的无线连接和移动网络建立和拆除每隔几秒钟。这是一个问题,UMTS网络并没有设计。

本文的贡献如下。首先,我们研究在智能手机和能源消费之间的权衡所生成的信号在移动网络流量。从用户的角度来看,电池效率的决定因素之一是一个好的体验质量由于能量非常有限的能力的智能手机8]。因此,我们分析的影响的不活动定时器以及快速休眠模式的智能手机应用程序基于测量在公共3 g网络。这些应用程序选择覆盖广泛的流量特征的带宽需求和产生的交通信号。特别是,我们考虑背景应用程序(比如Twitter或Skype在被动模式下),带宽密集型(比如Aupeo无线流媒体),和交互式应用程序(如《愤怒的小鸟》)。然后,我们回答这个问题移动运营商是否能够找到最优值不活动定时器对于一个给定的应用程序或网络配置。进一步,我们可以看到哪些应用程序(交通特征)让智能手机用户和移动运营商生气,分别。我们比较结果从这些不同的应用和研究选择其中一个最优的影响对一个特定的应用程序在其他应用程序。这种比较的实践启示了使用网络参数优化功耗或生成的信号频率。此外,我们讨论的新范式的设计机制,试图解决这种冲突,即经济交通管理9和设计的争斗10,11]。最后,我们研究了计时器设置为网页浏览体验质量的影响基于现有模型浏览网页(12]。这是一个重要方面,因为连接机构不仅导致交通信号也增加网页的加载时间,这是web体验质量的关键影响因素。

本文的其余部分的结构如下。部分2提供了背景UMTS网络和无线资源控制协议用于建立和拆除连接。相关工作相关RRC参数的测量研究了不活动定时器。此外,现有的资源消耗的优化方法再现。然后,能源消耗是智能手机用户的关键体验质量影响因素考虑。部分3描述了测量设置和算法来推断(连接和能源)智能手机的状态转换测量IP数据包。然后,我们计算基于状态转换的信号频率和功耗。部分4介绍了数值分析的结果。交通的四个受欢迎的智能手机应用程序是为特征。后来,我们比较信号频率和功耗取决于网络配置。最后,我们研究网络参数在web浏览体验质量的影响基于页面加载时间。部分5总结这项工作的前景在开放的挑战如何优化没有恼人用户或运营商的移动网络。

2。背景和相关工作

本节提供的背景资料UMTS网络的结构及其组件。此外,它解释了无线资源控制(RRC)协议,用于无线传输资源的分配。之后,它回顾相关工作RRC参数的测量研究在真实网络和优化方法的资源,在能源和无线领域。最后,我们讨论了能源消耗对智能手机等移动设备的影响最终用户的体验质量。

2.1。UMTS网络和RRC协议

UMTS网络的问题,无线接入网络(RAN),核心网络(CN)。其基本结构如图分组交换连接1。问题通常是使用datacards手机或电脑连接。CN跑连接问题,这是连接到互联网。的跑包含NodeBs问题与使用空气接口相连。NodeBs依次连接到无线网络控制器(rnc),其他任务负责无线资源控制使用RRC协议(3]。

资源管理的原因,问题可能在RRC的几个州之一,其中每个国家允许连接到运行的问题不同的水平。RRC协议指定的五个州之间的连接问题和跑:空闲,URA-PCH, CELL-PCH向前接入信道(FACH)代表和专用传输通道(DCH)。

在空闲状态下,细胞是通知的问题存在,但是问题不能发送和接收数据。FACH和DCH代表州允许通信跑,DCH状态允许更大的带宽在更高的功率消耗的成本。为简单起见,我们忽视URA-PCH和CELL-PCH研究。URA-PCH扮演只有在场景的高流动性,CELL-PCH尚未广泛实施。我们的结果仍然是普遍的性质和不依赖于数量有限的考虑RRC状态。

状态转换是由共和党全国委员会控制RRC协议中指定的使用规则和定时器值设定的网络运营商(5,13]。简要描述在下面给出。我们考虑两种不同的状态转换模型,描绘在图2。第一个模型包括闲置,FACH,代表和DCH州(参看图的一部分)的权利。因此,我们称它为一个三态模型。如果问题是在检测到空闲状态和活动(即。,a packet is sent or received), the connection transits to the DCH state. After each transmission, a timer启动,重启,每当一个新包发送或接收。如果计时器到期时,连接凌日FACH国家代表。进入,启动计时器。如果一个新的传输时,再次凌日DCH的连接状态。如果到期,凌日的连接到空闲状态。

第二个模型,表示两国模型,只包括闲置和DCH状态。如果问题是在空闲模式和数据包发送或接收,连接凌日DCH状态。一旦在DCH模式,启动计时器,重置,每当一个新包发送或接收。如果计时器到期时,问题凌日回到空闲状态。

尽管三态模型更接近指定的RRC协议,两国模型类似于一些专有快速休眠问题供应商所使用的实现。在这些快速休眠实现,问题拆毁到网络的连接状态就没有数据可以发送特定的时间,也就是说,它迫使网络运输到空闲状态。三态模型相比,没有过渡到FACH国家代表。如果一个设备从网络断开过渡到空闲状态,它必须是reauthenticated之前另一个转换到DCH状态发生。这将导致额外的信号网络上的流量和导致更多的负载(6由于频繁的重建RRC连接。这些专有快速休眠算法不坚持RRC规范(14),但尽管如此,在现实世界中存在和已确定原因信令风暴。快速休眠的主要原因是实现降低功耗问题,因为问题的传输单位只消耗了-2%的能量1%处于闲置状态相比DCH状态。因此,这两种模型值得进一步调查。

2.2。相关工作RRC的测量参数和优化资源消耗

移动宽带网络的增加使用导致无线电资源管理成为一个热门研究课题。特别是,一个相当大的研究努力花在测量RRC配置中观察到真正的UMTS网络。的作者(13]目前正是为此目的的测量工具。他们使用数据包的往返时间推断RRC连接的状态。这是可能的因为延迟在FACH明显高于代表DCH状态。这允许作者测量RRC状态转换等参数和、频道设置延迟和分页在不同的网络延迟。他们发现随网络的设置,给DCH释放1.2秒的定时器值和值超过一分钟的空闲计时器。验证他们的方法推断RRC州的往返时间,他们比较的实际能耗设备预期的能源消耗在一个特定的RRC。

类似的方法应用的作者(5]。他们得出类似的结论,但报告5秒的定时器值和12秒。此外,作者从两个网络识别套RRC状态转换提供者。我们使用这些结果来定义部分的状态模型2。1。

在[15),作者提出了尾巴优化协议。问题上的主要观点是,应用程序可以准确预测是否交通很快就会传播。这些知识许可避免未使用的尾巴DCH时期如果没有进一步的数据发送。如果交通活动预计在短时间内,DCH状态,以避免频繁的问题保持连接重建和相关的信令负荷。同一作者扩展这个想法在4并提出ARO,应用程序资源优化器,连同一个Android 2.2的实现。这个工具还包括附加功能如批处理数据或增加应用程序的更新率优化他们的资源消耗。

最后,3 gpp发布了技术报告(16对移动数据应用的负面影响)。这份报告指出,由于小数据包频繁连接重建造成的,例如,通过状态更新社交网络或即时消息应用程序,会导致信号负载增加的问题。这突出这一主题的重要性。

2.3。智能手机的能源消耗和质量的经验

在[8),作者进行了四周与29日长期研究参与者识别移动应用程序的体验质量影响因素。从上下文感知研究(1)由数据软件,(2)用户反馈使用经验取样法每天几次,和(3)周报采访的参与者。确定因素的影响,作者分析特定的关键字的频率在采访和调查。事实证明,这个词电池最高的频率。根据(8),这是合理的,因为电池效率有很强的影响用户感知质量,特别是,当快出院。

这一发现的结果,我们调查的能耗智能手机作为体验质量的主要指标之一。此外,我们表明,智能手机的传输单位的能源消耗可以减少,如果国家之间的无线连接问题和共和党全国委员会将空闲数据传输后不久。然而,这可能会导致频繁的连接重建以来的一些应用程序经常发送或接收小的状态更新。产生的信号加载等问题的一个主要问题在今天的UMTS网络。因此,这显然是一个电池效率之间的权衡的最终用户和网络运营商的网络负载。

有不同的方法来应对这样的权衡设计中具体的机制。两个最著名的经济交通管理(ETM) [9和设计的争斗10,11]。ETM范例表明不同的利益相关方合作,交换信息,允许联合优化的权衡。这比单独的优化可以达到更好的效果,因为这些倾向于工作在相反的方向。设计的争斗更关注于比合作利益冲突。这意味着机制应该能够适应一个特定的结果争斗在运行时,而不是在设计时,例如,通过给基本实体的唯一控制一个特定的利益相关者。

3所示。推断从网络跟踪信号频率和功耗

然而,RRC触发状态转换问题的固件。尽管解决方案存在捕获RRC状态转换在特定的硬件17),他们不是对所有现代智能手机平台可用。测量所需的信息的其他选项包括使用昂贵的硬件和具体问题,通常不提供给研究人员和开发人员。这可以防止应用程序开发人员评估他们的应用程序的影响对整体健康网络。因此,他们不能采取措施防止有害他们的应用程序的行为。然而,它是可能的推断RRC为给定的包状态转换跟踪,如果网络模型。

在本节中,我们首先描述设置为任意应用程序用于捕获网络包的痕迹。然后,我们给出一个算法来推断RRC状态转换为给定的包跟踪。基于这些状态转换,我们可以计算生成的信号消息包的数量跟踪。RRC的最后,我们使用信息的问题在每一个特定的时间点来计算能耗问题的无线接口。

3.1。测量程序和设置

调查应用程序的行为在研究中,我们获取流量在一个典型的使用智能手机上的应用程序。智能手机运行Android操作系统的3 g网络连接到一个主要的德国网络运营商。获取网络数据包的痕迹,我们使用tcpdump应用程序。这个应用程序要求根特权获得的加油设备和安装自定义cyanogenMod罗(http://www.cyanogenmod.org/)。一次tcpdump安装并运行,我们开始研究下的程序和应用程序运行时捕获数据包的痕迹。然后,android调试桥用于复制工作站的痕迹。跟踪包含互联网协议(IP)数据包以及Linux熟了。我们只需要IP数据包;因此,我们使用过滤IP数据包的痕迹在接下来的分析。

3.2。推断网络状态

在本节中,我们研究的影响应用流量RRC状态转换和信号信息。RRC以来状态转换不能捕获使用常用工具,我们引入一个算法来推断RRC状态转换从IP包的痕迹。使用该算法,我们分析了RRC状态转换频率和信号消息负载的两国模型和三态模型。

交通网络层以下无法衡量没有特定的设备为开发人员感兴趣的往往是遥不可及的评估他们的应用程序在网络上的影响。基于两国和三态模型中引入部分2。1,我们的过程tcpdump捕获应用程序的流量。然而,应该指出的是,这种方法并不局限于一个特定的网络模型,但可以扩展到任何其他网络模型。使用这些截图,我们提取IP数据包被发送或接收时的时间戳。此外,我们需要的定时器值从DCH状态过渡到FACH国家代表,计时器FACH和空闲状态代表之间的过渡。基于这些信息,算法1推断状态转换的时间戳根据3 gpp规范(3三态模型。该算法也可以简化为两国并存的工作模型。或者,一种后处理算法获得的结果结果两国模型在本小节的末尾。该算法首先计算interarrival时间包。然后,每个时间戳。如果该问题目前处于闲置状态,状态过渡到DCH此刻发生数据包发送或接收。如果interarrival时间超过了计时器,的问题凌日FACH,代表秒后,数据包发送或接收。类似地,如果interarrival时间超过两个和计时器,状态过渡到空闲时,秒后国家凌日,FACH。代表

问题供应商总是寻找方法减少能源消耗的设备。一个简单的方法来实现这一目标,如果问题是幸福,就是从DCH尽快空闲状态不准备发送额外的数据。虽然这种转变不是直接在3 gpp规范RRC协议(3),一个问题可能重置连接,有效地从任何状态过渡到空闲。这种行为可以使用两国模型建模中引入部分2。1。

状态转换的两国模型可以使用类似的计算算法。另外,两国的行为模型可以模拟使用的算法1如果设置为0秒,所有状态转换在后处理步骤FACH被代表。

3.3。计算信号频率和功耗

在现实中,状态转换的数量不是最重要的指标,如果网络负载应该评估。每一个状态转换结果的RRC问题和不同的网络组件之间的消息。在这项研究中,我们考虑,认为在共和党全国委员会的消息的数量,可以发现在3),总结了表1。可以看出,从或闲置状态转换特别昂贵的发送或接收的消息的数量。这是由于这样的事实,在进入或离开,空闲状态验证必须执行。注意,对于两国模型,仅从或空闲状态发生转换。这导致同样的网络包的跟踪,信令消息的数量发生在两国模型通常高于三态模型。获得信号消息的总数,我们的体重状态转换的数量与每个状态转换发送的消息数量。然后,我们平均状态转换的数量的测量持续时间来获得一个度量信号加载在共和党全国委员会。推理算法并不区分状态改变引起的上游或下游流量。状态改变引起的下游流量通常产生一些额外的信号信息,如分页。推理算法可以很容易地增强支持这种行为。 However, the results discussed in the next section would only change quantitatively. Furthermore, the inference of signalling messages can be easily adapted to new networking models or signalling numbers.

从用户的角度看,信号消息频率并不重要。用户感兴趣的低功耗,因为这增加了电池的装置。计算电池时间,我们使用的时候发生状态转换,和新RRC的问题来计算相对的时间是花在每个州。鉴于每个州的相对时间,我们用表2(来自[4])来计算能耗的无线接口在测量阶段。获取能源消耗、能源消耗可以增加测量网络包的持续时间跟踪。我们只专注于无线接口的功耗,因为它可以测量聚合功耗使用开箱即用的仪器技术提供的硬件供应商。

4所示。数值结果的测量研究

在测量研究中,我们应用一节中介绍的方法3四个受欢迎的智能手机应用程序来推断信号交通和能源消耗。节4.1,我们描述应用程序的流量模式,应用程序的使用,和带宽需求。节4.2研究了信号频率和功耗这些应用程序造成的,如果不活动定时器等或被修改。最后,我们分析部分4.3网络参数在web体验质量的影响而言,意味着意见分数(MOS)根据页面加载时间是影响网络设置。

4.1。描述交通模式的选择应用程序

在这项研究中,我们选择了四个具体的应用程序为了覆盖广泛的交通特征,如表所示3。首先,我们讨论说这些应用程序的特性。我们区分应用程序,用户交互使一代的交通,和这样的应用程序定期发送或接收的交通。最后,我们考虑的应用程序所使用的带宽量。

Android是一个受欢迎的“愤怒的小鸟”互动免费游戏和运行前景。为游戏,一旦玩家开始显示了一个广告或者重启一个水平。广告是由应用程序,但需要按需下载低带宽。因此,两个广告之间的时间取决于球员前进到下一个层次的频率或决定重新启动。

Aupeo是一个网络电台的应用程序,允许用户从个性化电台听内容在运行背景。但下载内容不是流的开始。确切的时间取决于用户选择的广播电台,因此互动。这个结果在大型活动的时候回放记录本身。由于音频文件被下载,有一个高带宽要求。

Twitter客户端用于发送和接收新短信用户的Twitter账户。传递这些信息需要相对低带宽。为此,用户可以指定一个更新频率时的新消息背景。因此,下载的发生低频率的周期性行为,客户端发送一个http请求到Twitter服务器并在返回接收新微博用户的帐户。我们不考虑一个活跃的用户发布新微博。这样的行为会表现为额外的流量周期性生成的状态更新。因为发布更新发生相对很少,更新提要次数越多,产生的流量通过发布更新由发生由于更新,因此可以忽略。

最后,我们认为Skype应用程序。我们不考虑任何语音IP (VoIP)调用,但应用程序的闲置的行为,也就是说,当应用程序中运行背景。在这段时间里,应用程序将保持消息发送到网络。这些维生消息被发送高频率并要求低带宽。

除了应用程序考虑,存在其他类别的应用程序中运行前景和交互式地需要一个高带宽。这样的应用程序的一个例子是Skype在VoIP电话。这些应用程序不被认为是在这项研究中,因为这种行为会导致问题总是在线。这个结果最少的信令消息发送和最大功耗问题,独立于网络模型,或使用参数。其他组合的交通条件也存在。然而,从一个信号负载以及能耗的角度来看,他们可以被映射到一个案例讨论。举个例子,如果一个应用程序发送定期更新和低带宽没有用户交互,然后应用程序是运行在前台或后台没有结果生成的信号负载或功耗。然而,这些情况下应该考虑当消息发送的优化策略研究。例如,后台应用程序可以允许消息的配料,因为传输通常是不紧急,而前台应用程序不允许这种行为,因为这将减少体验质量。

接下来,我们更详细地描述下的应用研究。对于每个应用程序,我们的累积分布函数(CDF) interarrival *在图3(一个)并给信息的平均值和标准偏差interarrival表时间和带宽4,分别。

让我们再一次开始与“愤怒的小鸟”应用程序。我们看到,没有明显的峰值interarrival时间,这将暗示周期性行为。此外,我们发现5%的interarrival乘以大于1秒。我们只考虑值1秒以上,这些候选人触发状态转换。平均interarrival时间是0.66秒,相对较高的标准偏差为15.90秒。这是由于低interarrival时间在一个广告请求和相对较大的interarrival乘以两个广告。平均与4.42 kbps带宽相对较低和高4.5 kbps的标准差。这些差异可以解释为考虑应用程序的行为。在长期阶段使用,没有发送流量,,水平重新启动后,必须获得一个新的广告,导致数据的传输。

接下来,我们研究Aupeo应用程序的行为。我们看到,相对较小的应用程序生成数据包interarrival倍。这个发现支持小意味着interarrival以0.06秒的成绩。高3.06秒的标准偏差是由于等待两个痕迹。此外,我们看到一个高的平均带宽是129.76 kbps,标准差482.63 kbps。这是由于交通活动之间的差异的时候跟踪下载或不是。

对于微博,我们发现90%的所有传输发生interarrival时间1秒。同样,我们可以观察到一个高意味着interarrival以8.91秒的成绩和标准差是44.49秒。此外,平均带宽低,只有0.27 kbps,低标准偏差0.04 kbps是因为Twitter短信只有140个字符长度,因此只需要传输的通信流量很低。

最后,我们认为Skype应用程序。类似于Twitter的应用程序中,我们可以看到,90%的所有数据包发生的interarrival时间小于1秒。然而,在Twitter相比,我们看到一个低平均interarrival时间0.55秒的标准偏差为1.95秒。进一步,我们观察一个相对较低的平均带宽是1.30 kbps,标准差1.8 kbps。

进一步研究交通模式的应用程序中,我们研究的自相关数据包interarrival时间滞后长度图3 (b)。我们注意到所有的研究应用interarrival时报呈现完全不同的自我。这是其中一个原因,考虑应用程序将显示不同的信号行为在下一节。

4.2。应用程序特征对优化的影响与网络定时器

本节研究交通由应用程序生成的影响在网络和用户的体验质量。我们认为两个指标。首先,我们考虑信号的频率信息认为在网络组件(如一个共和党全国委员会。所谓的网络中断造成的信令风暴(大量的信令消息导致过载在网络设备),在一个网络运营商的利益来减少信号到达共和党全国委员会的消息的数量。一个可能的方法来减少信号的频率是修改网络定时器值和。作为讨论的部分2。3用户体验质量感知,而用他的设备电池寿命的影响问题。因此,第二个指标被认为是使用网络模型的影响和相关的定时器设置在设备上的电力消耗。节中描述3.3基于测量跟踪为应用程序,我们使用的算法1推断出的状态转换发生在应用程序的使用。然后,我们计算相对时间花在每个州和使用表格2计算的平均功耗测量无线电接口。我们研究两个指标:首先在其一个然后聚合两个网络模型中引入部分2。1。首先,我们考虑三态模型部分4.2.1,它描述了3 g网络的默认行为。然后,我们描述的影响两国模型部分4.2.2。这里,我们模型网络行为类似,如果使用专有的快速休眠算法。这些算法已经被确认为信令风暴的原因之一(6]。最后,我们总结的结果和讨论使用网络计时器值降低的可能影响部分的信号频率4.2.3。可以找到更多的数值结果和细节在18]。

4.2.1。准备三态模型:信号频率和功耗

首先,我们调查产生的信号频率申请三态网络模型进行了研究。图4(一)显示了信号频率有关计时器。对于所有三态模型的研究,FACH超时设置为代表如图所示,一个现实的价值,在4]。我们看到,计时器短于6秒,Skype应用程序在空闲模式下产生的最高频率信号信息。“愤怒的小鸟”应用程序生成的第二个最高频率信号信息,其次是Aupeo应用程序。Twitter应用程序生成最小的信令负荷。如果值超过15秒,此订单更改。然而,在一般情况下,信号消息的频率更高超时是低于短超时。现在,Aupeo应用信号频率最高,其次是Twitter的应用程序。愤怒的小鸟的消息信号频率应用的第三位。应用程序产生最高的信号频率信息生成的最低频率较高的超时值。这种行为可以解释为,Skype保持消息应用程序发送的时间间隔不到20秒。如果计时器大于保持消息的间隔时间,问题始终连接,从而产生几乎没有信号。

这些结果表明,应用程序的交通模式对生成的负载信号有很大的影响。为每个暂停发送或接收信号生成大于配置的超时。如果这样的停顿频繁发生,这就增加了信号负载如图所示在Skype和“愤怒的小鸟”的例子。应用程序之间有更多的时间发送或接收的数据导致更少的信号,如图所示,Aupeo和Twitter。此外,我们还可以观察到信号可以减少负载增加DCH超时,被达到趋向于无穷。从信令负荷的角度来看,一个20秒的价值可能就足够了;然而,如果其他指标如无线电资源消耗是10秒可接受网络运营商。

基于这一发现,我们发现增加了计时器降低了信号频率在共和党全国委员会。然而,实际的信号频率取决于应用程序运行问题。从一个网络运营商的角度来看,三态模型应该是首选的两国模型,因为它每秒产生更少的信号信息,从而减少负载在共和党全国委员会。然而这种观点没有考虑额外的无线电资源的保存在使用了较长的时间,如果大使用值。另外,需要注意的是,网络模型的选择有时是网络运营商的领域之外。专有的快速休眠算法,考虑两国模型,使得在用户问题。

在图5(一个),我们考虑功耗如果网络使用三态模型,也就是说,如果快速休眠模式的问题是禁用的。的图中显示平均能耗设备的超时。可能的值介于0 mW之间如果空闲状态的问题是在整个测量和800 mW如果问题在DCH状态完成测量。我们都看到,至少在考虑值被Twitter的应用程序。第二个Aupeo所需的最小功耗,紧随其后的是愤怒的小鸟。最后,最大的权力被Skype。在这里,我们看到最大值的达到800兆瓦20秒的超时。这是因为,由于Skype的周期性的交通行为,设备总是DCH状态。再一次,我们看到的交通特征影响功耗的应用。应用程序与网络活动被迫留在更多电力消耗国家更长的时间了。我们看到,对于很小的网络计时器,能耗最小。然而,正如在上一节中所看到的,小计时器增加信号加载在共和党全国委员会。再一次,10秒的一个选择定时器可以被视为一个信号加载和功耗之间的妥协。

最后,我们总指标图6(一)。的x设在图给出了信号消息的频率。在y设在,我们显示电能消耗。不同的值是colorbar指定不同的颜色来显示。首先,我们考虑愤怒的小鸟。我们观察到,随着信号频率趋于0,能源消耗迅速增加,即使只是小收益可以实现信号频率减少。Aupeo应用程序提供了一个完全不同的画面。在这里,我们可以看到多个几乎水平线的标记。如果选择在这个范围内,每个增加的带来了小信号频率减少能耗的增加。然而,一些不连续点存在。例如,如果DCH计时器从10秒增加到11秒,耗电量减少40%可以通过只遭受小功耗的增加。这些点的不连续性会出现合适的优化的目标。接下来,我们考虑到Twitter的应用程序。它显示了一个类似的行为Aupeo应用程序中,有多个不连续的点。请注意,Twitter展览不同的不连续点,和10秒的价值为Aupeo提供了好的结果,不是最佳的Twitter。最后,Skype显示了一个完全不同的画面。首先,请注意,由于大信号频率的Skype小的值,不显示在图中。此外,随着计时器增加20秒以上,信号频率不进一步减少,能耗仍然保持在最大值。我们注意到,没有共同的最优值为所有应用程序这将导致一个可接受的tradoff。

4.2.2。两国模型:信号频率和功耗

现在,我们研究的结果应用程序流量网络中使用两个模型。两国模型被认为是发生在现实中,如果快速休眠实现。在这里,问题从网络断开,如果一段时间没有发送或接收交通为了减少功耗。至于三态模型,图4 (b)显示了信号频率的设置计时器。我们看到相同的一般行为与三态模型;然而,每一个应用程序生成的信号频率的两国模型通常是更高的。例如,即使是相对较高的10秒的超时值,“愤怒的小鸟”应用程序会导致270%的信号频率在网络使用三态模型。

接下来,我们考虑能耗的变化的问题如果用户决定启用快速休眠,也就是说,切换到两国模型,如图5 (b)。与信号频率,我们只看到一个三态模型定量差异。再一次,我们比较两国之间的差异模型和三态模型的“愤怒的小鸟”应用程序的示例。出于同样的考虑10秒的超时,我们看到一个能耗减少81%相比,3-state模型。

最后,我们比较变化的影响超时信号频率和功耗的两国模型图6 (b)。至于三态模型,我们可以看到,没有权衡功耗和可接受的信号频率,为所有应用程序。即使是单独的应用程序,值,如11秒为愤怒的小鸟是一个可以接受的折衷两国模型中不再是一个不错的选择。

4.2.3。权衡的结果:信号频率和功耗

为了说明行为的影响在前一节中所讨论的,我们比较的影响定时器应用程序使用不同的交通特点,例如,Aupeo应用程序如图7 (b)。的信号前负荷增加DCH计时器是每秒0.55消息;后的变化,负载保持不变。因此,基于一个应用程序带来的政策变化没有显著增加到其他应用程序。然而,从用户的角度来看,电力消费从121兆瓦提高到183兆瓦。再一次,我们假设用户激活快速休眠处理能耗的增加超过50%。这导致减少电力消耗117兆瓦,增加了整体的信号频率每秒0.76信号信息。通过改变值而不考虑所有的应用程序,网络运营商降低了其他用户的体验质量和恶化他们的大局。因此,由于大量的应用程序,它似乎是不可能的优化DCH超时来减少信号信息频率没有负面影响用户体验质量以意想不到的方式。

存在应用程序,像Twitter和Aupeo,优化修改值可以提供可接受的结果。然而,这些优化只是成功的如果一个应用程序或网络模型。对于其他应用程序,如愤怒的小鸟或Skype,这种优化方法似乎并没有成功。减少信号加载和功耗是可能的,如果应用程序开发人员的激励,优化他们的应用程序在这些方面。在[4),作者提出的方法来实现这一优化,例如,批量转让广告应用程序像愤怒的小鸟或减少应用程序(如Skype的刷新率。然而,目前,无论是应用程序开发人员正在接受激励优化应用程序以这种方式,和硬件供应商提供接口来促进这种优化。这样的接口允许应用程序开发人员安排他们的数据传输的信号和电池消耗将会降低。此外,这些接口需要允许应用程序开发人员指定如果发送传输迫在眉睫,因为应用程序正在积极使用的用户,需要传输的反馈或如果数据发送定期更新,在应用程序在后台运行时,可以安排后传输所显示(19,20.]。

将网络运营商、硬件厂商和应用程序开发人员在一起,让全球所有相关的度量标准,优化整体方法如经济交通管理或设计的争斗,节中描述2。3,是必需的。

4.3。网络配置和背景流量对Web体验质量的影响

到目前为止,我们已经讨论了只能耗作为体验质量影响因素。网页浏览等应用程序,一个页面加载时间相关的体验质量影响因素。因此,我们考虑一个web体验质量模型,量化的影响页面加载时间意味着意见分数(12]。我们区分web体验质量和体验质量之间没有体验质量模型是目前现有的考虑页面加载时间以及功耗。在本节中,我们研究背景交通的影响以及网络定时器设置图片的页面加载时间和产生的金属氧化物半导体。在这项研究中,我们只考虑三态网络模型,但结果可以应用于两国模型。

我们假设一个场景,一个用户运行一个后台应用程序像Twitter或Skype。然后,当应用程序在后台,用户开始从一个网站下载一个图像。由于背景流量,根据网络模型和相关的定时器值,问题可能是目前在闲置,FACH,代表或DCH状态。我们给一个随机的概率观察员遇到FACH国家代表的系统和一个随机的观察者遇到在空闲状态的概率。如果设备目前不在DCH状态,需要一定的时间进行连接。这个促销时间取决于当前状态和是根据15)2秒如果问题处于闲置状态,1.5秒如果设备FACH国家代表。在这项研究中,我们假设用户随机选择一个时间开始下载一个图像。时间显示的图像是由时间来加载页面以及时间上网,在那里平均上网时间,给出 因此,总时间下载所需的图像。

的作者(12)给一个函数来计算MOS基于所需的页面加载时间,在那里和取决于类型的内容被下载。在我们的场景中,图片下载和的值和建议。必须指出的是,对于不同的网站,对数函数还观察到,但不同的值和获得给定的(12]。这些值例如依赖web页面的类型以及内容的大小。然而,在这一节中给出的结果因此可归纳的网络浏览各个页面。这让我们给一个预计MOS后台应用程序下载图片而影响设备的概率已经DCH状态或仍不得不被提升到DCH状态。

使用这种方法,我们研究背景流量体验质量的影响两个背景应用程序有不同的流量特性。在图8(一个),我们假设用户Twitter应用程序作为后台进程运行。应用程序设置为饲料每5分钟更新用户的状态。在图8 (b)Skype,用户运行应用程序作为背景的应用程序。这个应用程序保持消息发送每20秒。为每一个应用程序中,我们假设三态网络模型设置为1、4、8、16秒。我们总是设置。在这两个数字,我们显示了页面加载时间,由网络提供的x设在值从0.2秒25秒。我们假设0.1秒是一个下界,因为页面加载时间低于0.1秒不区分21由人类。给出了计算MOS值y设在。

与背景图片下载流量产生的Twitter应用程序导致MOS值在3.15开始,为,为,为,分别。增加页面加载时间,MOS再次降低。这种行为是由于Twitter应用程序定期发送交通每5分钟。然后,没有出现重大活动直到下一次刷新发生。在这个时候,问题凌日闲置状态。这种交通特征导致的高概率用户遇到设备处于闲置状态。相比之下,下载图片与Skype应用程序生成背景交通造成不同的MOS值。页面加载时间0.2秒,MOS值是,是,是最后,是,分别。提高页面加载时间,MOS减少。增加MOS值发生因为高频率的交通Skype应用程序发送的。这里,每20秒,交通被发送。这意味着,即使是相对较低的值,用户遇到一个状态的概率很高,不需要推广延迟之前实际的页面加载时间可以开始。

从这些研究中,我们可以得出这样的结论:当考虑移动设备上的体验质量,不仅造成的页面加载时间网络还额外延误造成的应考虑设备的状态。两个例子所示,这个状态可以影响其他应用程序在后台运行并生成流量。

5。结论

在这项研究中,我们调查的影响应用程序流量特征和网络配置的信号加载在共和党全国委员会以及为用户体验质量。我们考虑两种不同的体验质量影响因素:功耗和网页浏览页面加载时间。

首先,我们考虑功耗问题。网络运营商可以减少信号加载在共和党全国大会通过增加一个网络参数计时器,它决定了时间问题仍然连接到网络。然而,增加这个计时器也增加了电池消耗的问题。虽然有可能找到一个信号加载和电池消耗之间的权衡对于任何一个应用程序,我们表明,一组应用程序,这是不可能的。网络参数,这对一个应用程序可能是最佳的,可能会导致另一个应用程序来生成高信号负载或增加电池消耗。此外,我们考虑背景应用程序的web体验质量的影响。移动应用程序的页面加载时间可能会增加,如果问题目前断开连接,并连接到网络之前获取所请求的内容。如果另一个应用程序已经运行,设备可以根据应用程序的流量模式,已经在网上,也就是说,连接到无线接入网络。我们建议考虑这对移动用户体验质量当执行研究。

当考虑的方法来提高移动网络,许多不同的球员,度量,和权衡存在。我们强调一个例子这样的权衡,即信号频率和功耗,并讨论了影响当前的优化参数和网络计时器在另一个。然而,许多额外的权衡存在。例如,移动运营商必须平衡无线资源的使用和生成的信号频率的数量。此外,应用程序提供商寻求改善用户体验,这常常会导致更高的频率的网络民意调查中,创建额外的交通信号。高数量的权衡和演员参与这个优化问题表明当前运营商使用的优化技术不再是足够的。

方法如经济交通管理或设计的争斗可以应用于寻找各方可接受的折衷。在经济交通管理,参与实体共享信息,以使合作。这种合作可以权衡的联合优化。设计争斗旨在解决纷争在运行时,而不是设计。防止这种情况,一个演员已完全控制优化问题,这可能会导致演员选择权衡只支持的情况下,忽略所有其他参与者。

演员的一个例子为另一个提供信息,以优化整个系统将问题供应商可以为应用程序开发人员提供的接口发送数据时使用。这些接口时间表数据传输的方式信号加载和电池消耗会减少,如果允许应用程序的需求。这样的接口存在之前,应用程序开发人员可以考虑交通的影响他们的应用程序产生的问题和网络。为此,我们将提供一个web应用程序作为未来的工作,这将允许应用程序开发人员上传和分析他们的应用程序的流量根据不同的网络模型。

确认

这项工作在一定程度上由德意志Forschungsgemeinschaft (DFG)赠款HO 4770/1-1 TR257/31-1。作者要感谢Florian广域保护的富有成果的讨论。作者独自负责的内容。