利用Delay-Aware负载平衡的可伸缩的802.11 PSM人群活动环境

文摘

介绍了ScaPSM(即。,Scalable Power-Saving Mode Scheduler), a design that enables scalable competing background traffic scheduling in crowd event 802.11 deployments with Power-Saving Mode (PSM) radio operation. ScaPSM prevents the packet delay proliferation of previous study, if applied in the crowd events scenario, by introducing a new strategy of适当的竞争在多个PSM客户优化整体节能不可耻的封包延迟性能。新奇ScaPSM背后的关键是明智的,它利用delay-aware负载平衡控制的资格和数量竞争PSM客户之前每个信标帧的传输,这有助于缓解拥堵在高峰期增加PSM的数量的客户。ScaPSM,平均分组延迟是有界和公平在PSM客户是同时实现。ScaPSM增量部署是因为只有AP-side变化和不需要任何修改802.11协议或客户。我们从理论上分析ScaPSM的性能。我们的实验结果表明,该设计是可行的、有效的,并具有显著提高群众事件的可伸缩性。

1。介绍

节能为移动设备在802.11网络一直是一个至关重要的问题在过去的十年无线通信消耗了大量的能源。尽管移动应用已经得到了越来越多的流行近年来,移动设备上的电池容量的增长速度慢得多,和有限的电池寿命已经成为一个瓶颈提高用户体验。

IEEE 802.11标准(1)定义了一个节电模式(PSM)为移动设备为无线通信减少能源消耗。然而,PSM变得低效当多个移动客户在网络共存。之间的竞争背景流量客户介绍重大延误,客户不得不等待别人的传输,从而产生额外的等待客户的能源消耗。

最近一直在努力解决竞争背景交通调度一个美联社环境(2- - - - - -5]。这些方法优化竞争能源隔离客户流量分成不同的小时间片。然而,为了避免大的交通延误,他们只划分时间片一个灯塔的时间间隔内,生产数量有限的时间片,从而导致可伸缩性问题的策略,尤其是在wi - fi网络群体事件环境中运作。一个突出的例子是一年一度的超级碗橄榄球赛在美国,大约75 k与会者降临到体育场了半天。在2013年的超级杯比赛,700 APs部署提供一个重要的能力(即处理多达30000个并发连接。,平均43移动客户端访问每个AP) (6- - - - - -8]。

据美联社的场景中,与传统的单一群体事件环境施加更多的挑战在传统竞争交通调度,总结如下。

(我)大规模的竞争。大量的客户可能同时使用一个特定的美联社,和沟通渠道的数量相对有限的一个典型的细胞AP。

(2)更公平的要求。人们倾向于使用wi - fi设备比平时更多的人群活动期间与他们的朋友分享激动人心的生活信息或上网,需要更多公平比以前在其他环境中。

(3)广泛的用户满意度。表现不佳会影响很多人,导致用户的普遍不满。

我们发现现有的努力解决交通调度多关注竞争如何节约能源通过消除之间的争用PSM客户竞争,而不考虑由于节能对封包延迟产生负面影响。然而,在人群活动环境中,虽然降低能源成本是很重要的,同样重要的是确保用户同时具有良好的封包延迟性能和公平性。因此,我们提出了一个有趣的问题:如何减少能源消耗,同时满足封包延迟性能,确保公平的基础上可伸缩性在群体事件?

在本文中,我们提出一个新颖的调度器,名叫ScaPSM,作为我们的第一次尝试挑战上面的问题。我们将从根本上不同的方法而不是减少甚至完全避免任何PSM竞争客户人群中焦点事件;我们寻求的山峰导致争用。ScaPSM背后的基本想法是提供一个新的战略适当的竞争,利用delay-aware负载平衡控制明智一些竞争PSM客户争缓冲包和其他部队PSM客户推迟他们的交通量来缓解高峰期交通拥堵与封包延迟期限意识。

然而,很难找到最优的竞争参与者为了满足能耗最小化和性能要求。我们有两个挑战来解决。首先,后台应用程序在事件对延迟敏感人群(如收集交通集团在屏幕背景管理过程(9])。因此,延迟客户的流量不应牺牲封包延迟性能。第二个是数据包到达一个美联社通常属于特定的正在进行的交通。长交通延误可能会导致数据包重传,这是不可取的。因此,延迟下行流量不得超过最大重试限制。

本文以下贡献。(我)我们确定竞争PSM的可伸缩性问题人群的交通事件环境和正式模型delay-aware能源优化问题在802.11网络,被证明是np难。(2)我们提出两种算法(即。,ACAA and FPSA) to determine the optimal number of competing PSM clients based on the specific properties of the problem and prove its stability.(3)我们设计一个实用的在线调度器,名叫ScaPSM,减少能源消耗,同时满足两封包延迟期限和公平PSM的客户人群中事件的环境。(iv)我们进行综合评价,结果表明,NAPman和802.11标准相比,ScaPSM达到良好的节能与良好的封包延迟性能和公平性。同时该算法达到非常接近节电的NAPman超过20 x封包延迟和减少0.5年代交通延误PSM客户机的数量达到100人。我们的算法也达到了4 x 802.11标准相比更好的延迟公平。

剩下的纸是组织如下。节2,我们描述了系统模型和问题公式化。节3,我们现在ScaPSM的设计。性能分析和广泛的评估报告4。最后,我们评估部分的相关工作5和总结的论文部分6。

2。系统模型和问题公式化

在本节中,我们首先介绍系统模型,然后详细说明我们如何处理分组延迟和能源消耗,同时保证公平。最后,我们制定调度问题。

2.1。系统模型

我们认为竞争背景交通调度问题在一个802.11部署系统群体事件。我们的系统由一个美联社和PSM客户( )。我们表示 作为一组PSM的客户。为简单起见,我们假设下行和上行是分开的,我们关注下行竞争背景流量。在本文中,我们首先考虑均匀的客户采用一个静态PSM(SPSM)机制。讨论自适应PSM(PSM)机制,另一种流行的PSM实现,将留给我们的未来研究。此外,由于调度PSM客户和凸轮之间的竞争背景流量(即。,持续兴起模式或高功率模式)客户已经给出一个解决方案4),在本文中,我们把我们的注意力集中在竞争背景交通在PSM的大量客户。

根据802.11规范,在每个信标间隔(用的开始, ),美联社通知PSM为他们的客户缓冲包的存在,通过交通指示图的信标帧(TIM)的字段。我们假设每个客户到达的数据包不断随着时间的推移。

2.2。缓冲数据检索模型

考虑AP之间的数据包检索过程及其相关的客户在一个间隔灯塔。我们假设每个PSM端醒来信标帧的时间间隔。对于任何客户端,如果相应的蒂姆字段信标帧,它呆在唤醒模式,准备发送PS-Poll请求帧通过争夺渠道与其他客户;否则它会回到一个低功耗睡眠模式节约用电。如果它赢得争论,PSM客户机发出PS-Poll和美联社响应缓冲数据帧。PSM客户留在唤醒模式直到最后包交付,然后立即回到睡眠模式。我们表示信标间隔,一个包到达美联社,灯塔间隔将发送给相应的客户端吗。

我们灯塔间隔的能力定义为最大的数据量可以传输客户端和美联社之间间隔灯塔。让表示信标间隔的能力和包的数据传输速率在信标时间间隔。我们有下面的约束。

2.3。封包延迟的影响

为了减少能源消耗的客户竞争信标间隔,基于绝对的竞争交通调度程序可以发送交通隔离策略条件,不需要改变现有的802.11协议。以来的PSM客户没有选择检索下行数据必须睡觉,等到下一个灯塔间隔,他们可能遭受长期拖延。这样的分组延迟甚至可能违反某些性能界限等的最后期限一个包。捕获性能的影响,我们引入一个性能成本指标从一个数据包的角度,利用从[10]。

为简单起见,我们假定任何下行数据包可以忍受相同级别的交通延误。当延迟缓冲包违反了期望,其性能会显著降低。这将导致糟糕的用户体验,从而很大的性能代价。我们把这个词的最后期限的绑定包的容忍等待延迟。

注意,造成的封包延迟主要是在灯塔间隔(即MAC争用延迟。,这一次被称为competing-beacon封包延迟)和睡眠延迟推迟竞争访问(即。,这一次被称为sleep-beacon封包延迟);我们定义的性能退化函数 作为 在哪里表示数据包的大小。这个函数代表的敏感性到sleep-beacon封包延迟和函数代表的敏感性来competing-beacon封包延迟。表示的最后期限,我们可以很容易的得到以下属性。

属性1。任何应满足下列条件:(我) 。(2)如果 ,然后 。(3)如果 ,然后 。

确保前两个条件捕获性能成本之间的不减少的特性和封包延迟。第三个条件反映了成本与违反相关的最后期限;也就是说,用户可能有明显恶化的经验,因此成本更高的性能退化。

让是一组待检索包。鉴于所有的包,我们可以评估总包延迟的性能成本 造成一个时间表作为。日程安排制定了 ,元组意味着包在间隔灯塔计划吗和 是一组连续的灯塔间隔期间的包吗应该安排。

2.4。PSM客户的公平竞争

公平是竞争的一个关键设计目标交通调度程序。如前所述,应该考虑公平方面的能源和延迟。PSM客户能源之间的公平竞争,确保的DCF机制(11)如果所有的客户都有相同的物理数据率,因为每个客户的概率获得信道争用相当于802.11标准。因此,在本文中,我们关注的焦点延迟公平的意思是,每个客户端应该得到公平的机会被美联社安排在相应的截止日期之前,无论客户的数量。

正式提供延迟公平指标之前,我们首先介绍三个定义延迟公平在PSM客户如下。

定义2(数据包的延迟)。定义一个缓冲包的时间 来表示其居住时间和延迟时间的美联社。

定义3(客户端)的延迟。的延迟时间的一个客户最长的延迟时间在所有缓冲包的。让和代表客户的美联社th包缓冲,缓冲包的数量在th信标区间,分别;然后 。

定义4(延迟之间的公平竞争的客户)。给定一个时间和竞争客户的集合,一个电话这种关系在这些竞争客户延迟公平如果所有竞争客户的延迟相等;也就是说, 和 。

值得注意的是,上面延迟公平是严格的定义。在未来,我们可以放松严格的定义和允许不同的客户有不同的延迟公差基于特定应用程序流量和用户的偏好。为简单起见,我们集中考虑上面定义的延迟公平模型。

衡量一个交通调度程序满足延迟公平竞争,我们使用以下相对延迟公平绑定作为一个延迟公平指标基于[12]。

定义5(相对延迟公平绑定)。让是一组客户,延误在给定的时间范围内。让是客户的重量。我们使用RDFB代表相对延迟公平约束,定义为

RDFB界限的差距延误所经历过的任何两个客户在任何给定的时间。直观地说,差距越小,公平调度器实现。我们的目标之一是设计一个交通调度程序小RDFB竞争。

2.5。竞争交通能源消耗

一个802.11电台PSM操作通常有三种基本状态:活跃的(即。TX / RX)、空闲和睡眠。我们表示相应的广播能力(或/),,,分别。正如上面提到的,PSM客户初醒来信标帧间隔灯塔。每个客户端决定进入三个州之一,基于蒂姆位设置和渠道竞争的结果。具体来说,如果一个客户端的蒂姆字段集和它赢得争论,它将进入高功率活动状态下载PS-Poll的数据包通过数据应答帧序列。如果客户的蒂姆字段设置但不能争用,它将进入一个空闲状态,直到它成功地访问无线频道。因此,空闲状态的能耗远高于在睡眠状态,略低于活跃状态。我们假设能源消耗在睡眠状态可以忽略不计,因为收音机是动力,为简单起见,我们忽视的能源消耗,改变客户的广播状态。

竞争交通能源消耗的能源消耗是由活动状态和空闲状态。我们第一次估计的能源消费活动状态。对于任何给定的数据单元的大小,数据传输的能量取决于两个因素:产品传动功率和时间传输的所有数据位。让表示的平均时间分配给客户端,有一个等待包检索。基于[13),当没有PS-Poll碰撞或传输腐败,可以表示为 在哪里介绍了平均退下时间为客户发送PS-Poll框架,代表着时间由客户机发送PS-Poll框架,美联社代表了时间的数据帧发送到客户端,代表着时间由客户端发送一个应答帧美联社,sif持续时间和dif是常数时间由802.11协议定义的。

让表示平均包传输能耗。然后可以计算

在给定的区间灯塔我们定义三组,,表示一组客户的蒂姆•字段设置了美联社的客户集成功检索所有缓冲包,客户的设置,只有检索部分,相反的是,分别缓冲包的。我们使用代表总数的缓冲包成功信标间隔期间收到的客户。让表示客户的数量的缓冲包仍然在美联社;然后我们可以计算作为

让表示总包传输能量消耗在灯塔区间;它可以表示为

因此,在时间期间,鉴于和一个时间表,总包传输能量可以被估计为

我们现在计算能量消耗在ILDE状态。我们定义三个变量 , , 表示客户的数量,,,分别。根据缓冲数据检索模型,我们可以 。如前所述,当只有一个PSM端赢得争论,从美联社,检索数据帧传输可以成功地执行。在这个传输时间,其余的客户蒂姆字段被设置应该呆在空闲状态和使用闲置权力(也就是,)。因此,让表示空闲期间能源消耗平均数据包传输时间;然后可以计算

注意背景PSM客户可能退出竞争时表示,没有更多的帧在美联社悬而未决。很难确定网络中的竞争客户的数量在每一轮的焦点。为简单起见,我们假设总有竞争者在给定间隔灯塔。

让表示总空闲期间,所有竞争客户的能源消耗;它可以表示为

因此,安排下期间,总闲置能量的传播可以被估计为

2.6。问题公式化

我们的目标是找到一个时间表可以减少传输数据缓冲能源消费总量没有封包延迟性能下降。下面是限制一个上界(用在给定的时间范围内)。也就是说,

更高的性能界显示较长的容忍延迟。基于(8)和(11),在一个给定的时期,所有的能源消费总量PSM客户可以计算 。

为了制定优化问题,我们首先需要引入变量 。如果 ,它代表包在(用)预定间隔灯塔;否则就不是计划。

然后我们模型下面的问题。 (在哪里14)代表的事实th包应该只安排在一个确定间隔灯塔在的时期;容量约束(15)和延迟成本约束(16)是对应于(1)和(12),分别。

值得注意的是,变量只能设置为整数1或0。因此,建模的问题(13)- (16)是一个整数规划问题。它是赋权证明(14]。因此,我们试图寻找一个近似的解决方案,而不是寻找最优解。

3所示。调度分析和算法

在本节中,我们首先介绍我们的调度分析,建立一个新的数学模型,明确我们的目标。之后,我们设计一个在线调度器,名叫ScaPSM(即。,Scalable Power-Saving Mode Scheduler), aiming to be implemented for real deployment. ScaPSM accounts for the packet delay performance and also ensures fairness among multiple PSM clients as the number of competing clients increases.

3.1。Delay-Aware能源调度分析

该模型(13)- (16)要求所有交通信息在未来的时间窗口必须是可用的。然而,这种假设在实际场景中是有限的因为未来交通信息的客户不能感知(只有历史和现在的交通信息可以被美联社)访问。

我们现在ScaPSM而不需要任何未来的客户信息。它使AP的进步跟踪每个客户的缓冲和自适应地为他们安排交通。具体来说,ScaPSM做出调度决策在每个区间获得灯塔适当的竞争,优化能源和延迟性能,同时保证公平。

一般来说,数据包的延迟敏感的反映出来的最后期限。节中提到的2。3,大sleep-beacon封包延迟甚至可能导致违反了吗的最后期限一个包。因此,为了设计一个delay-aware调度器,之前我们需要交付任何数据包延迟上界;也就是说, 。

在任何给定的时间间隔灯塔,为了得到适当的竞争在多个PSM客户优化整体节能不可耻的封包延迟性能,我们需要选择最低总能量消耗的客户数据提供,让其他人保持睡眠状态。因此,我们正面临的关键问题是:给定任何间隔灯塔 如何确定一组 中定义的部分2。5

注意,PSM客户没有选择在唤醒模式应该等待下一次信标传输间隔PS-Poll请求。这意味着,如果有少量的客户,平均sleep-beacon封包延迟明显增加。另一方面,如果有大量的客户,这些客户可能会消耗显著力量由于严重的争用。

因此,我们必须明智地控制竞争的资格和数量PSM客户之前每个信标帧的传输。具体地说,为了确定,一方面,我们需要避免过度的客户安排在同一区间灯塔;另一方面,客户的封包延迟不应大于。这就是当时的范围从一个负载平衡问题来。我们作为一个模型的负载平衡问题min-max参与者的数量问题。

正式制定之前,我们首先介绍客户的剩余时间的定义。

定义6(客户端)的剩余时间。剩下的时间的一个客户之间的区别是封包延迟上界和客户的延迟。考虑到封包延迟上界()和延迟客户端(),然后 。

考虑到调度延迟性能,根据客户的剩余时间,我们首先分类PSM客户组 ,每组 。让 代表客户组的数量。为了减轻交通拥堵在竞争背景交通的高峰期,一些客户可能转移到 在早些时候信标间隔预定。我们使用一个变量站转移客户的数量。的变量应该满足调度期限约束表达的是哪一个

我们定义来表示的客户安排在灯塔计划的间隔。可以计算 在哪里代表客户的数量已转移到组和代表客户的数量已转移组。

因此,我们的模型数量的参与者的min-max问题如下。

注意,PSM的调度控制客户的流量交付通过设置蒂姆在信标帧。我们执行竞争背景交通调度为PSM客户在每个信标间隔由两个步骤。在第一步中,我们确定竞争客户的数量(用)。在第二步中,我们选择正确的客户计划,延迟公平的目标。

3.2。适当的竞争分配算法

我们首先计算通过负载平衡冲水框架。基本思想是描述如下。

考虑到间隔(用灯塔 )从当前间隔灯塔。我们使用来表示一个适当的竞争集序列。在形式上, ,在那里表示客户的数量被安排计划。如图1,我们组织客户组,每个组 )。我们最初安排的客户被安排在(例如,set )。我们考虑灯塔的水位区间并尝试将客户从高水位信标间隔低级的,直到水位的间隔终于可以达到一个灯塔稳定的状态,就像流水一样。具体来说,受交通限制期限,我们只允许水冒失地流向( )。通过这种方式,如果有太多的客户安排计划其中,我们将安排一些在早些时候在唤醒模式信标区间负载平衡。在继续之前,我们正式定义稳定的状态在灯塔区间如下。

定义7(稳定状态)。给出一个适当的竞争调度安排 ,一个说间隔是处于稳定状态如果灯塔 任意两个灯塔间隔满意吗和 。在这种情况下,一个电话一个稳定的充分竞争调度。

让是稳定的配套足够竞争调度安排。我们有下面的引理和推论。

引理8。鉴于 ,如果 和 满足任何 , ,然后竞争最优适当的调度安排。

证明。我们证明这个引理,利用矛盾。我们假设不是最优和表示真正的最优安排。不满足 对于任何 。存在两种情况。
情况下。如果 ,假设 。我们有 。在这种情况下,通过改变客户从来,我们可以产生另一个安排与 。自 ,是一种更好的安排。这与假设是最优的。
案例B。如果 对于一些 ,因为 下,是一个更好的安排。再次,收益率的矛盾。
这就完成了证明。

推论9。鉴于 ,如果 和 满足任何 ,然后是最优的。

必然的结果9表明内寻找最优的安排。接下来,我们将复杂的算法来计算最优调度安排足够的竞争。

该算法从最初的安排 。它逐步执行稳定的操作从来如下:基于,我们试图改变的水位和(例如,和)进入一个稳定状态,用最小的增加。这生产。接下来,基于中,我们进一步稳定水位,,。如上所述,它最终将覆盖并产生一个稳定的安排()与最低。

我们描述一个步骤详细的操作。一般来说,我们将生产从。注意,灯塔的间隔 已经在稳定状态下。我们想进一步推进这种稳定状态区间灯塔。在情况下, ( 下),我们需要“水”的转变早期的灯塔间隔为负载平衡。这是通过的稳定的操作下面,需要详细讨论。

我们行为决定水量稳定操作()从对每一个 。我们比较与。如果 ,灯塔的间隔来已经处于稳定状态,我们不需要任何操作。如果 ,我们首先尝试平衡水位和。我们让单位的水流来(例如, ),得到 。接下来,我们回到检查是否增加将打破稳定状态 。如果 上述操作成功信标的间隔中产生一个稳定的状态来。否则,我们再尝试平衡水位的间隔从灯塔来。在这种情况下,我们将生产 ,在那里 。因此, , 。我们继续这个过程,直到水位 变得稳定。

我们通过一个例子说明上述操作。如图2, 。我们计算从。自 ,我们平衡水位和并获得 (见图2(b))。作为 ,我们进一步平衡水含量,,,生产 (见图2(c))。在这种情况下, ,4信标间隔达到一种稳定状态。我们获得 。水流动的数量来和是 和 ,分别。

现在,我们给算法的算法1。很明显,它需要被执行循环。我们注意到,是一个常数。因此,算法的计算复杂度。的算法保证了增加在每个最小稳定操作,根据推论9,计算适当的竞争是最优的调度安排。

3.3。公平的参与者选择算法

基于算法产生的结果1,我们继续解决调度问题,选择正确的竞争客户预定。算法的主要思想2调度器可以公平选择正确的竞争客户通过计算动态优先级的体重吗为每一个客户。注意,在算法1,的年代,可能不是整数。因此,我们得出作为 。我们选择客户如下:(i)所有的客户必须安排;(2)为客户 ,我们选择客户提供最高的体重 以确保延迟公平调度中定义部分2。4。我们的策略是在算法描述2。

4所示。业绩评估

在本节中,我们评估的性能ScaPSM通过稳定性分析和模拟。

4.1。稳定性分析

为了演示ScaPSM的稳定,我们需要展示两个证明。首先,我们应该表明,存在一个(平衡)状态,一旦触及,系统将永远停留。其次,我们应该表明,该系统将搬到平衡态最终无论其初始或当前状态。

定理10。平衡态是delay-aware整体能量最优,达到min-max参与者的数量在任何时间间隔灯塔。

显然,在平衡态,调度器在美联社完成足够的竞争过程通过使用算法调度安排1。然后,根据引理声明是真实的8。

4.2。方法和仿真设置

我们比较ScaPSM与802.11标准(1]和NAPman [4]。使用绝对隔离策略,NAPman可以创建为PSM客户没有争用无线信道接入。因此,它可能被视为竞争背景交通的最优节能调度程序。

三个指标用于绩效评估,也就是说,能源消耗,封包延迟,和延迟公平。通过我们的分析,ScaPSM可以实现这三个理想的属性。具体来说,当PSM客户增加,ScaPSM应该优化总体能源消耗没有退化封包延迟,同时保证公平PSM的客户之一。

首先,我们先从控制PSM客户交通为了突出ScaPSM的各个方面。这个控制交通的目的是代表以来最坏的情况下对各种调度策略有一个包在每一个区间PSM客户机灯塔。第二,在人群比较ScaPSM NAPman和802.11标准事件,我们配置服务器发送数据包随机间隔从10 ms 300 ms(基于SIGCOMM 08年[痕迹15),主要是网络流量)。在一个典型的人群活动场景中,据报道在6),每个AP与平均107个客户,在43个客户可能同时访问wi - fi。来模拟这种竞争激烈的环境中,我们使用一个美联社和100客户在我们OMNet + +模拟。我们配置参数 女士, 女士,是一个灯塔的时间间隔。每个数据点都是平均20多个独立运行。

4.3。PSM的客户数量对功耗的影响

我们首先研究PSM客户机的数量对功耗的影响的一个客户端和所有客户。结果控制流量和trace-driven交通数据所示3(一个)- - - - - -3 (b)和数字3 (c)- - - - - -3 (d),分别。

在数据3(一个)- - - - - -3 (b),我们可以看到PSM客户数量的增加,ScaPSM和802.11标准消耗功率高于NAPman(即。,一个没有争用的方法)的情况下一个客户端和所有客户。然而,ScaPSM功耗的增加比802.11标准的慢得多。这是容易理解的,因为竞争的客户总数802.11标准相当于PSM客户如果所有客户的总数在美联社缓冲包。自从ScaPSM足够的竞争策略可以在任何信标控制竞争客户的数量区间,竞争造成的功耗也相应减少。此外,功耗ScaPSM NAPman非常接近。在数据3 (c)- - - - - -3 (d)trace-driven流量下,我们看到,随着PSM客户机的数量增加,电源由一个单一的客户和所有客户ScaPSM仍远低于802.11标准。结果类似于交通控制配置。

4.4。封包延迟的PSM客户数量的影响

我们设计实验来研究PSM的数量的影响客户分组延迟我们的算法的性能。结果控制流量和trace-driven交通数据所示4(一)- - - - - -4 (b)和数字4 (c)- - - - - -4 (d),分别。

图4(一)表明ScaPSM几乎不变的分组延迟PSM客户数量的增加。充分竞争的分配算法ScaPSM达到良好的性能。相比之下,NAPman表现最糟糕的。没有争用的平均分组延迟非常高PSM客户数量的增加。当PSM客户的数量是40,没有争用的平均分组延迟ScaPSM的7倍左右。由于没有争用的大的区别和我们的算法,使用对数函数有一个细粒度的视图,如图4 (b)。结果表明,NAPman的绝对隔离策略优化能源消耗为代价的大数据包延迟。这是因为为了消除竞争造成的功耗,NAPman将生成大量的sleep-beacon封包延迟。由于ScaPSM delay-aware,平均分组延迟期限是有界的。如图4 (b)的封包延迟802.11标准是最低的PSM客户数量的增加。这是因为ScaPSM推迟一些客户的流量的持续时间来缓解交通堵塞。因此,ScaPSM产生小sleep-beacon数据包延迟。数据4 (c)- - - - - -4 (d)表明,根据trace-driven交通,ScaPSM和NAPman表现出类似的性能。这表明ScaPSM实现良好的可伸缩性。

4.5。延迟公平的PSM客户数量的影响

最后,我们实验确认ScaPSM提供良好的延迟公平,无论PSM客户的数量。结果控制流量和trace-driven交通数据所示5(一个)和5 (b),分别。NAPman的绝对隔离策略可以被视为一种循环方案,我们排除NAPman延迟公平的比较。

从图5(一个),我们可以看到ScaPSM延迟公平性能比802.11标准,无论在交通或trace-driven交通控制。ScaPSM RDFB价值仍然几乎小的常数。相比之下,802.11标准的RDFB价值增加4 x比ScaPSM当客户的最大数量的变化从50到100。这是因为ScaPSM delay-aware,权重之间的区别和任意两个客户是受限的。相比之下,802.11标准没有延迟期限的概念;因此,它的任意两个客户的重量很大的区别。类似的结果也观察到trace-driven流量下,如图5 (b)。

5。相关工作

5.1。群众事件的场景

网络通信在人群事件最近吸引了许多研究关注。沙菲克et al。16Ramakrishnan)和厄尔曼(7]迈出第一步研究交通特征在人群中事件的场景。尽管他们不提出策略的性能改善,他们的工作提供了重要的见解ScaPSM的设计。有一些技术,如WiFox [8和娱乐17),提出提高系统吞吐量在浓密的美联社/客户端环境。然而,他们不解决能源问题802.11网络。我们的工作基本上填补了缺口。

5.2。避免争用调度

这个问题已经被广泛研究[2- - - - - -5节约能源。时间切片用于(2)使每个PSM客户的包只在指定的时间片节约能源和减少背景流量的影响。在法律3],美联社广告的一个子集PSM客户信标和客户使用信号中的信息来确定他们的轮询序列,以避免客户争用。然而,这些解决方案需要修改802.11标准,因此,改变移动客户端和APs是不可避免的。沙发(5最大化所有客户的总睡眠时间。然而,沙发假定美联社完全控制其下行流量通常是有限的802.11标准因为美联社股票频道访问与相关客户一视同仁。NAPman [4)实现了一种新的节能意识公平调度算法在美联社最小化wi - fi无线唤醒时间和消除不必要的重发的交通竞争。此外,NAPman利用美联社虚拟化向客户做出不同的PSM醒来在交错的时间间隔,所以这些客户可以垄断无线信道和接收蒂姆单独。然而,先前的努力通常考虑如何节约能源,减少甚至消除PSM客户和竞争间的争论也忽视对封包延迟性能的负面影响将节能。此外,所有这些解决方案都不是群众事件的场景,可伸缩性是一个主要问题。SleepWell [18)坐标多个APs的活动圈子,允许客户睡更长,因此这种技术可能ScaPSM的补充。

5.3。灯塔为WLAN管理方法

李等人。13)提出一个灯塔管理方案限制的数量在每个信标节点唤醒模式间隔与要交付的最大数据包数据传输时间。然而,他们只考虑网络拥塞发生时功率效率,而不是整个视图,如能耗和延时性能之间的权衡。电子数据处理(19]提供了一个分析模型对能源消费和封包延迟在高度拥挤802.11网络,提出了一种节能策略确定的PSM模式后的客户数量平衡能源消耗和封包延迟。然而,EDP并不考虑公平问题在PSM的客户。此外,这些计划不适合人群活动场景与delay-aware PSM的大量客户需求同时竞争访问。

6。结论

在本文中,我们解决能源问题的移动设备在802.11网络群体事件。我们提出一个在线竞争背景流量调度算法来提高客户能源效率,同时确保封包延迟性能。不同于现有的工作,我们制定了延迟性能下降的问题,建立一个综合指标来捕获延迟性能和延迟公平的影响。我们的评估结果表明我们提出的方案的有效性在实现更好的性能在现有的工作。我们进一步验证我们提出的高节能调度算法与增加PSM的数量客户通过和trace-driven模拟控制。在未来的工作中,我们将调查的影响群众事件的应用程序流量和异构移动设备。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

1. 局域网/人标准委员会、美国委员会和我电脑,第11部分:无线局域网介质访问控制(MAC)和物理层规范(体育),2012卷,2012年。
2. y他和r .元,“小说定于802.11无线局域网,节能机制”IEEE移动计算,8卷,不。10日,1368 - 1383年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. H.-P。林,研究所。黄和r。1月,”infrastructure模式802.11无线局域网的节能调度,“计算机通信卷,29号17日,第3492 - 3483页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. e . Rozner诉Navda、r . Ramjee和s . Rayanchu”NAPman: network-assisted电源管理无线设备”第八届国际研讨会论文集在移动系统中,应用程序和服务(MobiSys 10)105年,页91 - 2010年6月旧金山,加州,美国。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. 高z曾庆红,y, p·r·库马尔”沙发:sleep-optimal fair-attention调度器对无线局域网的节电模式,”31日学报》国际会议在分布式计算系统中,ICDCS 20112011年7月,页87 - 98。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 超级碗计划一次处理30000无线用户,嗅出“流氓设备”。http://arstechnica.com/information - technology/2013/02/super碗-计划-处理- 30000 - wi - fi -用户- -一旦和嗅devices/————流氓,2013年。
7. j·厄尔曼和k . k . Ramakrishnan”理解超级碗的超大流量”诉讼ACM IMC的13,第359 - 353页,2013年。视图:谷歌学术搜索
8. a·古普塔j . Min,即Rhee”WiFox:扩展无线性能对于广大听众环境,”学报》第八届ACM国际会议上新兴网络实验和技术(CoNEXT 12)ACM,页217 - 228年,2012年12月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. 毛黄j . f .钱,z . m ., s . Sen和o . Spatscheck”屏幕交通特性和优化3 g / 4 g网络,”学报2012 ACM互联网测量会议,IMC 20122012年11月,页357 - 363。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. 王x, y崔,美国小m . Li h . Wang和z Lai”Performance-aware能源优化在移动设备上在蜂窝网络,”美国第33 IEEE计算机通讯大会上,IEEE 2014信息通信2014年5月,页1123 - 1131。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. g·比安奇,“性能分析IEEE 802.11分布式协调功能,“IEEE在选定地区通讯》杂志上,18卷,不。3、535 - 547年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. 李和b, b . w . Wang Liang,“低复杂度与有界延迟multi-resource公平排队,”美国第33 IEEE计算机通讯大会上,IEEE 2014信息通信2014年5月,页1914 - 1922。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. s . w . j . r . Lee Kwon, d·h·曹”一个新的航标管理方法在无线局域网拥堵的情况下,”IEEE职业训练局05学报》上,12 - 15,2005页。视图:谷歌学术搜索
14. r·m·卡普”中还原性组合问题。”电脑计算的复杂性,第103 - 85页,1972年。视图:谷歌学术搜索
15. 舒尔曼a、d·莱文和n .春天,2008年喇蛄数据集/ sigcomm2008 umd格式。
16. m z沙菲克,l ., A . x刘j .彭日成s Venkataraman和j·王,“第一次看手机网络的性能在拥挤的事件,”学报2013年ACM SIGMETRICS国际会议上测量和建模的计算机系统,SIGMETRICS 20132013年6月,页17-28,。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. y Bejerano, j . Ferragut k .郭等人et al .,“可伸缩的无线多播服务非常大的群体,”诉讼ICNP的13,2013年,页1 - 12。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. j·曼维尔和r . r . Choudhury”,避免高峰:无线能源管理通过交通隔离”诉讼的ACM MobiSys 11,第266 - 253页,2011年。视图:谷歌学术搜索
19. d·荣格r·金和h Lim“节能战略平衡能源和延迟性能在无线局域网中,“计算机通信,50卷,3 - 9,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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