CN106879054B - 一种无线数据传输能耗优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线数据传输能耗优化方法包括：根据无线数据网络数据传输的能耗特征建立传输能耗模型；根据待传输数据的时间特点尝试聚合待传输数据，并计算待传输数据聚合后成功传输的概率；根据传输能耗模型与待传输数据聚合后成功传输的概率对传输数据进行能耗优化调度。本发明在不造成可感知延迟、不影响用户体验的前提下，在同时运行多个应用程序的移动设备上降低数据传输能耗。

Description

一种无线数据传输能耗优化方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是指一种无线数据传输能耗优化方法。
背景技术
计算机技术与通信技术的飞速发展，促使以智能手机为代表的移动设备的数量迅猛增长。与此同时，移动设备处理器能力的不断提升以及蜂窝网络带宽的不断增长，更促进了移动应用程序种类和数量的快速发展。数量繁多、功能丰富的各种应用程序在为人们的生活带来便利和乐趣的同时，也极大地消耗了移动设备的能量。然而，移动设备电池容量的发展速度和受限的电池续航能力却成为影响增强移动应用程序用户体验的瓶颈。因此，降低移动设备的能耗成为迫切需要解决的问题。蜂窝网络中移动设备数据传输过程的能耗通常受到RRC(Radio Resource Control)等无线MAC协议的控制，数据在传输结束后无线电电平不会立即降低到低电平状态，而是保持一段时间的高电平，在数据传输完成却仍保持高电平状态的时间内，若无后续数据传输，无线电电平就从高电平状态转换到低电平。这段无数据传输但又保持高电平状态的时间称为尾时间(tail time)，这段时间里造成的能量浪费称为尾能量(tail energy)。尾时间的引入是为了避免无线接入网络过高的信号开销，但如果数据传输过程中出现过多的尾时间，能量利用率就会大大下降。因此如何有效地降低尾能量的影响成为解决蜂窝网络中移动设备数据传输能耗优化问题的关键。
以TailEnder为例，现有基于数据聚合的能耗优化方案大都建立在单一种类应用程序数据传输的基础上，在应用程序最大延迟容忍度内将某些数据传输适当延迟聚合为一次传输，避免每次数据传输完成后均出现高电平尾时间状态，减少整个数据传输过程中处于高电平状态的总时间以实现节能目的。该类能耗优化方案虽然一定程度上提高了能量利用率，但是仍存在一定的问题。首先，针对单一种类应用程序的能耗优化并不符合移动设备同时运行多个应用程序的实际情况；其次该类研究过分关注如何进行数据传输调度达到能耗最小化而忽略聚合失败超时传输产生额外能耗和明显的可感知延迟，导致应用程序性能下降影响用户体验度。
针对现有技术中的能耗优化不支持移动设备同时运行多个应用程序、且导致可感知延迟造成用户体验降低的问题，目前尚未提出有效的技术方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种无线数据传输能耗优化方法，能够在不造成可感知延迟、不影响用户体验的前提下，在同时运行多个应用程序的移动设备上降低数据传输能耗。
基于上述目的本发明实施例提供的无线数据传输能耗优化方法，包括：
根据无线数据网络数据传输的能耗特征建立传输能耗模型；
根据待传输数据的时间特点尝试聚合待传输数据，并计算待传输数据聚合后成功传输的概率；
根据传输能耗模型与待传输数据聚合后成功传输的概率对传输数据进行能耗优化调度。
在一些实施方式中，所述根据无线数据网络数据传输的能耗特征建立传输能耗模型包括：
根据数据端口状态切换的提升功率与提升时延，确定状态提升能耗；
根据传输数据包大小以及上下行数据传输速率，确定数据传输能耗；
根据网络端口受闲置计时器的尾时间长度，确定尾能耗；
根据状态提升能耗、数据传输能耗与尾能耗建立传输能耗模型。
在一些实施方式中，所述根据数据端口状态切换的提升功率与提升时延，确定状态提升能耗包括：
当数据端口状态为节能状态时，确定状态提升能耗为节能状态提升功率与节能状态提升时间之积；
当数据端口状态为前向接入信道状态时，确定状态提升能耗为前向接入信道提升功率与前向接入信道提升时间之积；
当数据端口状态为专用信道状态时，确定状态提升能耗为零。
在一些实施方式中，所述根据传输数据包大小以及上下行数据传输速率，确定数据传输能耗包括：
根据传输数据包大小以及上下行数据传输速率，确定上下行数据传输时间；
根据上下行数据传输时间，确定双向数据传输时间与单向数据传输时间；
根据上下行数据传输速率与双向数据传输时间，确定双向数据传输能耗；
根据上下行数据传输速率与单向数据传输时间，确定单向数据传输能耗；
根据双向数据传输能耗与单向数据传输能耗，确定数据传输能耗。
在一些实施方式中，所述根据网络端口受闲置计时器的尾时间长度，确定尾能耗包括：
确定闲置计时器的专用信道闲置阈值与前向接入信道闲置阈值；
当尾时间长度小于专用信道闲置阈值时，确定尾能耗为尾时间长度与专用信道功率之积；
当尾时间长度大于专用信道闲置阈值且小于专用信道闲置阈值与前向接入信道闲置阈值之和时，确定尾能耗为专用信道闲置阈值与专用信道功率之积，与尾时间长度与专用信道闲置阈值之差与前向接入信道功率之积的和；
当尾时间长度大于专用信道闲置阈值与前向接入信道闲置阈值之和时，确定尾能耗为专用信道闲置阈值与专用信道功率之积，与前向接入信道闲置阈值与前向接入信道功率之积的和。
在一些实施方式中，所述根据待传输数据的时间特点尝试聚合待传输数据，并计算待传输数据聚合后成功传输的概率包括：
根据待传输数据的时间特点将所有数据归类为实时数据与延时可容忍数据；
建立时延数据队列，并将将延时可容忍数据作为待传输数据置入时延数据队列中；
将已经到达的延时可容忍数据与下一次到达的实时数据聚合，并根据延时可容忍数据的到达时间点、可容忍时间长度与下一次到达的实时数据时间计算已经到达的延时可容忍数据与下一次到达的实时数据聚合后成功传输的概率；
将先到达的延时可容忍数据与后到达的延时可容忍数据聚合，并根据后到达的延时可容忍数据的到达时间点、可容忍时间长度与先到达的延时可容忍数据的最晚发送时间计算先到达的延时可容忍数据与后到达的延时可容忍数据聚合后成功传输的概率；
根据已经到达的延时可容忍数据与下一次到达的实时数据聚合后成功传输的概率与先到达的延时可容忍数据与后到达的延时可容忍数据聚合后成功传输的概率确定待传输数据聚合后成功传输的概率。
在一些实施方式中，所述根据传输能耗模型与待传输数据聚合后成功传输的概率对传输数据进行能耗优化调度包括：
立即传输到达的实时数据与时延数据队列中到达最晚发送时间的延时可容忍数据；
根据待传输数据的到达时间将延时可容忍数据归类为周期性延时可容忍数据与非周期性延时可容忍数据；
当网络端口处于前向接入信道状态或专用信道状态时，根据待传输数据聚合后成功传输的概率、聚合成功传输时的尾能耗与聚合失败分别传输时的尾能耗决定到达的周期性延时可容忍数据应当立即传输或置入时延数据队列中；
当网络端口处于专用信道状态时，根据待传输数据聚合后成功传输的概率、聚合成功传输时的尾能耗与聚合失败分别传输时的尾能耗决定到达的非周期性延时可容忍数据应当立即传输或置入时延数据队列中；
当一次传输完成、无新数据到达且时延数据队列不为空时，根据网络端口状态传输时延数据队列中的待传输数据。
在一些实施方式中，所述根据待传输数据聚合后成功传输的概率、聚合成功传输时的尾能耗与聚合失败分别传输时的尾能耗决定到达的周期性延时可容忍数据应当立即传输或置入时延数据队列中包括：
根据周期性延时可容忍数据聚合后成功传输的概率与聚合成功传输时的尾能耗确定周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值；
比较周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值与聚合失败分别传输时的尾能耗的大小，当周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值较大时将到达的周期性延时可容忍数据置入时延数据队列中，否则立即传输到达的周期性延时可容忍数据。
在一些实施方式中，所述根据待传输数据聚合后成功传输的概率、聚合成功传输时的尾能耗与聚合失败分别传输时的尾能耗决定到达的非周期性延时可容忍数据应当立即传输或置入时延数据队列中包括：
根据非周期性延时可容忍数据聚合后成功传输的概率与聚合成功传输时的尾能耗确定非周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值；
比较非周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值与聚合失败分别传输时的尾能耗的大小，当非周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值较大时将到达的非周期性延时可容忍数据置入时延数据队列中，否则立即传输到达的非周期性延时可容忍数据。
在一些实施方式中，所述根据网络端口状态传输时延数据队列中的待传输数据包括：
当网络端口处于专用信道状态时，将时延数据队列中的周期性延时可容忍数据与非周期性延时可容忍数据按照最晚发送时间顺序由早到晚进行传输；
当网络端口处于前向接入信道状态时，将时延数据队列中的周期性延时可容忍数据按照最晚发送时间顺序由早到晚进行传输。
从上面所述可以看出，本发明实施例提供的无线数据传输能耗优化方法通过根据无线数据网络数据传输的能耗特征建立传输能耗模型，根据待传输数据的时间特点尝试聚合待传输数据，并计算待传输数据聚合后成功传输的概率，根据传输能耗模型与待传输数据聚合后成功传输的概率对传输数据进行能耗优化调度的技术手段，在不造成可感知延迟、不影响用户体验的前提下，在同时运行多个应用程序的移动设备上降低数据传输能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的无线数据传输能耗优化方法的流程示意图；
图2为本发明提供的无线数据传输能耗优化方法的第二个实施例中，与实时型数据聚合成功进行传输的时间轴示意图；
图3为本发明提供的无线数据传输能耗优化方法的第二个实施例中，与时延数据队列中达到延时容忍度的数据聚合成功进行传输的时间轴示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种能够针对不同用户或不同类型的用户进行无线数据传输能耗优化的无线数据传输能耗优化方法的第一个实施例。图1示出的是无线数据传输能耗优化方法的第一个实施例的流程示意图。
所述无线数据传输能耗优化方法，可选的，应用于移动终端，包括：
步骤S101，根据无线数据网络数据传输的能耗特征建立传输能耗模型；
步骤S103，根据待传输数据的时间特点尝试聚合待传输数据，并计算待传输数据聚合后成功传输的概率；
步骤S105，根据传输能耗模型与待传输数据聚合后成功传输的概率对传输数据进行能耗优化调度。
在一些实施方式中，所述根据无线数据网络数据传输的能耗特征建立传输能耗模型包括：
根据数据端口状态切换的提升功率与提升时延，确定状态提升能耗；
根据传输数据包大小以及上下行数据传输速率，确定数据传输能耗；
根据网络端口受闲置计时器的尾时间长度，确定尾能耗；
根据状态提升能耗、数据传输能耗与尾能耗建立传输能耗模型。
在一些实施方式中，所述根据数据端口状态切换的提升功率与提升时延，确定状态提升能耗包括：
当数据端口状态为节能状态时，确定状态提升能耗为节能状态提升功率与节能状态提升时间之积；
当数据端口状态为前向接入信道状态时，确定状态提升能耗为前向接入信道提升功率与前向接入信道提升时间之积；
当数据端口状态为专用信道状态时，确定状态提升能耗为零。
在一些实施方式中，所述根据传输数据包大小以及上下行数据传输速率，确定数据传输能耗包括：
根据传输数据包大小以及上下行数据传输速率，确定上下行数据传输时间；
根据上下行数据传输时间，确定双向数据传输时间与单向数据传输时间；
根据上下行数据传输速率与双向数据传输时间，确定双向数据传输能耗；
根据上下行数据传输速率与单向数据传输时间，确定单向数据传输能耗；
根据双向数据传输能耗与单向数据传输能耗，确定数据传输能耗。
在一些实施方式中，所述根据网络端口受闲置计时器的尾时间长度，确定尾能耗包括：
确定闲置计时器的专用信道闲置阈值与前向接入信道闲置阈值；
当尾时间长度小于专用信道闲置阈值时，确定尾能耗为尾时间长度与专用信道功率之积；
当尾时间长度大于专用信道闲置阈值且小于专用信道闲置阈值与前向接入信道闲置阈值之和时，确定尾能耗为专用信道闲置阈值与专用信道功率之积，与尾时间长度与专用信道闲置阈值之差与前向接入信道功率之积的和；
当尾时间长度大于专用信道闲置阈值与前向接入信道闲置阈值之和时，确定尾能耗为专用信道闲置阈值与专用信道功率之积，与前向接入信道闲置阈值与前向接入信道功率之积的和。
在一些实施方式中，所述根据待传输数据的时间特点尝试聚合待传输数据，并计算待传输数据聚合后成功传输的概率包括：
根据待传输数据的时间特点将所有数据归类为实时数据与延时可容忍数据；
建立时延数据队列，并将将延时可容忍数据作为待传输数据置入时延数据队列中；
将已经到达的延时可容忍数据与下一次到达的实时数据聚合，并根据延时可容忍数据的到达时间点、可容忍时间长度与下一次到达的实时数据时间计算已经到达的延时可容忍数据与下一次到达的实时数据聚合后成功传输的概率；
将先到达的延时可容忍数据与后到达的延时可容忍数据聚合，并根据后到达的延时可容忍数据的到达时间点、可容忍时间长度与先到达的延时可容忍数据的最晚发送时间计算先到达的延时可容忍数据与后到达的延时可容忍数据聚合后成功传输的概率；
根据已经到达的延时可容忍数据与下一次到达的实时数据聚合后成功传输的概率与先到达的延时可容忍数据与后到达的延时可容忍数据聚合后成功传输的概率确定待传输数据聚合后成功传输的概率。
在一些实施方式中，所述根据传输能耗模型与待传输数据聚合后成功传输的概率对传输数据进行能耗优化调度包括：
立即传输到达的实时数据与时延数据队列中到达最晚发送时间的延时可容忍数据；
根据待传输数据的到达时间将延时可容忍数据归类为周期性延时可容忍数据与非周期性延时可容忍数据；
当网络端口处于前向接入信道状态或专用信道状态时，根据待传输数据聚合后成功传输的概率、聚合成功传输时的尾能耗与聚合失败分别传输时的尾能耗决定到达的周期性延时可容忍数据应当立即传输或置入时延数据队列中；
当网络端口处于专用信道状态时，根据待传输数据聚合后成功传输的概率、聚合成功传输时的尾能耗与聚合失败分别传输时的尾能耗决定到达的非周期性延时可容忍数据应当立即传输或置入时延数据队列中；
当一次传输完成、无新数据到达且时延数据队列不为空时，根据网络端口状态传输时延数据队列中的待传输数据。
在一些实施方式中，所述根据待传输数据聚合后成功传输的概率、聚合成功传输时的尾能耗与聚合失败分别传输时的尾能耗决定到达的周期性延时可容忍数据应当立即传输或置入时延数据队列中包括：
根据周期性延时可容忍数据聚合后成功传输的概率与聚合成功传输时的尾能耗确定周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值；
比较周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值与聚合失败分别传输时的尾能耗的大小，当周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值较大时将到达的周期性延时可容忍数据置入时延数据队列中，否则立即传输到达的周期性延时可容忍数据。
在一些实施方式中，所述根据待传输数据聚合后成功传输的概率、聚合成功传输时的尾能耗与聚合失败分别传输时的尾能耗决定到达的非周期性延时可容忍数据应当立即传输或置入时延数据队列中包括：
根据非周期性延时可容忍数据聚合后成功传输的概率与聚合成功传输时的尾能耗确定非周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值；
比较非周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值与聚合失败分别传输时的尾能耗的大小，当非周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值较大时将到达的非周期性延时可容忍数据置入时延数据队列中，否则立即传输到达的非周期性延时可容忍数据。
在一些实施方式中，所述根据网络端口状态传输时延数据队列中的待传输数据包括：
当网络端口处于专用信道状态时，将时延数据队列中的周期性延时可容忍数据与非周期性延时可容忍数据按照最晚发送时间顺序由早到晚进行传输；
当网络端口处于前向接入信道状态时，将时延数据队列中的周期性延时可容忍数据按照最晚发送时间顺序由早到晚进行传输。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的无线数据传输能耗优化方法通过根据无线数据网络数据传输的能耗特征建立传输能耗模型，根据待传输数据的时间特点尝试聚合待传输数据，并计算待传输数据聚合后成功传输的概率，根据传输能耗模型与待传输数据聚合后成功传输的概率对传输数据进行能耗优化调度的技术手段，在不造成可感知延迟、不影响用户体验的前提下，在同时运行多个应用程序的移动设备上降低数据传输能耗。
本发明实施例还提出了一种能够针对不同用户或不同类型的用户进行无线数据传输能耗优化的无线数据传输能耗优化方法的第二个实施例。
本发明实施例中所有涉及的能耗模型参数符号如下表所示：
Figure BDA0001199456830000071
所述无线数据传输能耗优化方法，可选的，应用于移动终端，包括：
步骤S101，根据无线数据网络数据传输的能耗特征建立传输能耗模型。
根据蜂窝网络数据传输能耗特征，首先给出能耗模型建立过程。SmartDA将能耗模型中涉及到的能耗分为三部分：
(1)状态提升能耗：从无数据传输端口状态提升至可进行数据传输的状态，包括IDLE→DCH状态提升能耗和FACH→DCH状态提升能耗两部分。其中，IDLE为节能状态，FACH为前向接入信道状态，DCH为专用信道状态。
态提升能耗分为IDLE→DCH和FACH→DCH两部分，RRC协议控制下的RRC状态机在状态提升过程中有固定的提升功率和提升时延，因此状态提升能耗为：
Figure BDA0001199456830000081
其中RRCnext表示下一次数据传输开始时的RRC状态。
(2)数据传输能耗：实际进行数据传输消耗的能量，与传输的数据包大小以及上下行数据传输速率有关。
数据传输能耗与数据传输功率和数据传输时间有关，可表示为：
Etrans＝Ptrans*ttrans (2)
而蜂窝网络数据传输功率和数据传输时间受传输的数据包大小以及上下行数据传输速率影响，其中数据传输功率和数据传输时间分别如公式(3)和公式(4)所示：
Ptrans＝vup*αup+vdown*αdown+μ (3)
其中αup和αdown分别为上行和下行数据传输速率常数系数，值分别为870mW/Mbps和120mW/Mbps，常数μ是网络端口基础数据传输功率，值为820mW。
Figure BDA0001199456830000082
由公式(3)可知，网络端口数据传输功率中存在基础数据传输功率，且上下行数据传输时在时间维度上存在重合，因此必须明确双向数据传输时间大小以避免重复计算传输能耗，双向数据传输时间如公式(5)所示：
Figure BDA0001199456830000083
由公式(4)和公式(5)可得单向数据传输时间：
Figure BDA0001199456830000084
单向数据传输功率由单向数据传输时间内进行上行数据传输或下行数据传输决定，因此单向数据传输功率可表示为：
Figure BDA0001199456830000085
由公式(3)和公式(5)可推出双向数据传输能耗为：
Figure BDA0001199456830000086
由公式(6)和公式(7)可推出单向数据传输能耗为：
Figure BDA0001199456830000087
因此总的数据传输能耗为：
Etrans＝Eoverlap+Enon_ol (10)
(3)尾能耗：在无数据传输时，网络端口受闲置计时器控制仍然处于DCH或FACH状态所耗费的能量。
尾能耗由处于DCH状态和FACH状态的尾时间长度决定，DCH状态和FACH状态尾时间内均有各自固定的功率，且受闲置计时器α和β的控制，尾时间具有一个最大值α+β，若在尾时间内无新数据传输，则网络端口RRC状态经过DCH降低到FACH最后回到IDLE状态。但如果在尾时间内出现新数据传输，若该尾时间内RRC状态为DCH，则继续保持DCH状态进行新数据传输；若该尾时间内RRC状态为FACH，则从FACH状态提升至DCH状态进行新数据传输；若该尾时间已经结束且回到IDLE状态，则从IDLE状态提升至DCH状态进行新数据传输。因此尾能耗的统计必须通过比较两次数据传输时间间隔与闲置计时器α和β的值以明确尾时间内各状态保持的时间。每次数据传输完成后的具体尾能耗如公式(11)所示：
Figure BDA0001199456830000091
综合上述(1)(2)(3)，数据传输过程中总能耗为：
Etotal＝Epro+Etrans+Etail (12)
步骤S103，根据待传输数据的时间特点尝试聚合待传输数据，并计算待传输数据聚合后成功传输的概率。
为便于后续进行聚合成功概率分析，本发明实施例提出的SmartDA对移动设备上运行的多种应用程序数据传输按各自特点进行了分类：
(1)实时型数据：即到即传型，一旦数据传输请求到达便立即开始传输，该种类型的数据主要来自微信等即时通讯工具。
(2)延时可容忍数据：具有一定的延时容忍度，即数据传输请求到达时不必立即开始传输，可以适当延迟传输且不会对应用程序性能造成影响。该种类型的数据根据延时容忍度大小又可具体分为：
①周期性延时可容忍数据：例如心跳数据包，网络中建立通信链路互相通信的双方在长时间不通信情况下，其中一方每隔一定时间向另一方发送很小的数据包并根据另一方是否回应来判断通信链路的通断。此类数据通常很小且具有周期性特点，具备一定的延时容忍度，但容忍度较小。
②非周期性延时可容忍数据：例如e-mail、系统更新信息等，此类数据对传输时间实时性要求较低，具备较大的延时容忍度。
在一般数据传输模式下，即不对数据传输作调度，只要有数据传输请求到达便即刻开始传输，在该模式下可能会因数据传输时间间隔太长而造成过多尾能耗浪费，或者因为数据传输频率过高而造成频繁的状态提升能耗。因此，应该针对移动设备上各应用程序数据传输的特点对实际的传输过程作一定控制，以此避免过多的尾能耗和状态提升能耗。本发明实施例提出的能耗优化策略SmartDA针对实时型数据、周期性延时可容忍数据和非周期性延时可容忍数据的各自特点，建立相应的周期性时延数据队列和非周期性时延数据队列，结合聚合成功概率决定延时可容忍数据是立即传输还是进入时延队列等待聚合传输。
对于当前到达的延时可容忍数据传输请求，其延时等待聚合传输有两种选择：
①与实时型数据聚合成功进行传输
要在时延容忍度内延迟并在下一次与实时型数据聚合成功进行传输，必须首先保证在下一次有实时型数据传输请求到达。假设在当前延时可容忍数据传输请求之前一共进行了M次数据传输，其中N次为实时型数据传输请求(M和N足够大)，则可认为在当前延时可容忍数据传输请求之后下次进行传输的数据为实时型数据的概率为
Figure BDA0001199456830000101
如图2所示，Tcome为当前延时可容忍数据传输请求到达时刻，tn为Tcome时刻之前的实时型数据传输请求到达时刻，tn+1为Tcome时刻之后的实时型数据传输请求到达时刻，Ttolerant为Tcome时刻数据传输请求的延时容忍度。若延时容忍度Ttolerant在tn+1-Tcome范围之间，则保证聚合成功的下一次数据发送概率为
Figure BDA0001199456830000102
若延时容忍度Ttolerant在tn+1-Tcome范围之外，则保证聚合成功的下一次数据发送概率为1。综上：
Figure BDA0001199456830000103
因此，当前延时可容忍数据传输请求在延时容忍度内延时传输且下一次与实时型数据聚合成功一起传输的概率为：
Figure BDA0001199456830000104
②与时延数据队列中达到延时容忍度的数据聚合成功进行传输
如图3所示，若Ttolerant在Tend-Tcome范围之间，即此次传输请求的最晚传输时刻早于时延队列里最近一次数据的最晚传输时刻，则下一次聚合成功发送概率为0，否则为1。即：
Figure BDA0001199456830000105
由①②可得，当前延时可容忍数据在延时容忍度内聚合成功传输的概率为：
Pdata_trans＝max(Ptrans_realtime，Ptrans_tolerant) (16)
步骤S105，根据传输能耗模型与待传输数据聚合后成功传输的概率对传输数据进行能耗优化调度。
根据上述聚合成功概率分析，SmartDA对实时型数据、周期性延时可容忍数据和非周期性延时可容忍数据的具体调度策略如下：
(1)实时型数据：无论网络端口状态如何，数据传输请求一旦到达即刻传输。
(2)周期性延时可容忍数据：在网络端口为DCH或FACH状态下，计算Pdata_trans，并根据Pdata_trans比较已持续尾时间内产生的尾能耗与延时容忍度内聚合失败单独传输而产生的尾能耗大小，决定即刻传输还是进入周期性时延队列延时等待。
(3)非周期性延时可容忍数据：在网络端口为DCH状态下，同(2)计算Pdata_trans并比较两种情况下的尾能耗大小，决定即刻传输还是进入非周期性时延队列延时等待。
(4)对于已经进入时延等待队列的所有数据，一旦达到数据延时容忍度阈值则无论网络端口处于何种状态，即刻传输。
(5)在本次数据传输完成后且下次新数据传输请求到达前，若网络端口处于DCH态且队列时延不为空，则将两个时延队列中的数据按延时容忍度顺序进行传输；若网络端口处于FACH状态且时延队列不为空，则将周期性时延队列中的数据按延时容忍度顺序进行传输。
具体的调度过程伪代码如下表所示：
Figure BDA0001199456830000111
Figure BDA0001199456830000121
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的无线数据传输能耗优化方法通过以多应用程序同时数据传输为前提，按实际数据传输特点对实时型数据、周期性延时可容忍数据和非周期性延时可容忍数据进行传输调度，符合移动设备实际运行情况；其次，在整个数据传输调度过程中同时考虑到尾能耗和状态提升能耗，避免一味地降低尾能耗而导致其他的能耗开销，提高了能耗优化率；另外，引入聚合成功概率分析，避免聚合失败超时传输造成多余能耗浪费且影响应用程序性能，保证了较高的用户体验度。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。所述计算机程序的实施例，其技术效果与前述任意方法实施例相同或者类似。
此外，典型地，本公开所述的装置、设备等可为各种电子终端设备，例如手机、个人数字助理(PDA)、平板电脑(PAD)、智能电视等，也可以是大型终端设备，如服务器等，因此本公开的保护范围不应限定为某种特定类型的装置、设备。本公开所述的客户端可以是以电子硬件、计算机软件或两者的组合形式应用于上述任意一种电子终端设备中。
此外，根据本公开的方法还可以被实现为由CPU执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被CPU执行时，执行本公开的方法中限定的上述功能。
此外，上述方法步骤以及系统单元也可以利用控制器以及用于存储使得控制器实现上述步骤或单元功能的计算机程序的计算机可读存储介质实现。
此外，应该明白的是，本文所述的计算机可读存储介质(例如，存储器)可以是易失性存储器或非易失性存储器，或者可以包括易失性存储器和非易失性存储器两者。作为例子而非限制性的，非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦写可编程ROM(EEPROM)或快闪存储器。易失性存储器可以包括随机存取存储器(RAM)，该RAM可以充当外部高速缓存存储器。作为例子而非限制性的，RAM可以以多种形式获得，比如同步RAM(DRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDR SDRAM)、增强SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)以及直接RambusRAM(DRRAM)。所公开的方面的存储设备意在包括但不限于这些和其它合适类型的存储器。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现所述的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本公开的范围。
结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以利用被设计成用于执行这里所述功能的下列部件来实现或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，处理器可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核、或任何其它这种配置。
结合这里的公开所描述的方法或算法的步骤可以直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中或这两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示例性的存储介质被耦合到处理器，使得处理器能够从该存储介质中读取信息或向该存储介质写入信息。在一个替换方案中，所述存储介质可以与处理器集成在一起。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在一个替换方案中，处理器和存储介质可以作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性设计中，所述功能可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现。如果在软件中实现，则可以将所述功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质来传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，该通信介质包括有助于将计算机程序从一个位置传送到另一个位置的任何介质。存储介质可以是能够被通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为例子而非限制性的，该计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁性存储设备，或者是可以用于携带或存储形式为指令或数据结构的所需程序代码并且能够被通用或专用计算机或者通用或专用处理器访问的任何其它介质。此外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴线缆、光纤线缆、双绞线、数字用户线路(DSL)或诸如红外线、无线电和微波的无线技术来从网站、服务器或其它远程源发送软件，则上述同轴线缆、光纤线缆、双绞线、DSL或诸如红外先、无线电和微波的无线技术均包括在介质的定义。如这里所使用的，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘、蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。上述内容的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。
公开的示例性实施例，但是应当注公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本公开的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想多个，除非明确限制为单数。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”(“a”、“an”、“the”)旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
上述本公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种无线数据传输能耗优化方法，其特征在于，包括：
在多应用程序同时数据传输的过程中，根据无线数据网络数据传输的能耗特征建立传输能耗模型；
根据待传输数据的时间特点尝试聚合待传输数据，并计算待传输数据聚合后成功传输的概率；
根据传输能耗模型与待传输数据聚合后成功传输的概率对传输数据进行能耗优化调度；
其中，所述根据无线数据网络数据传输的能耗特征建立传输能耗模型包括：
根据数据端口状态切换的提升功率与提升时延，确定状态提升能耗；
根据传输数据包大小以及上下行数据传输速率，确定数据传输能耗；
根据网络端口受闲置计时器的尾时间长度，确定尾能耗；
根据状态提升能耗、数据传输能耗与尾能耗建立传输能耗模型；
所述根据数据端口状态切换的提升功率与提升时延，确定状态提升能耗包括：
当数据端口状态为节能状态时，确定状态提升能耗为节能状态提升功率与节能状态提升时间之积；
当数据端口状态为前向接入信道状态时，确定状态提升能耗为前向接入信道提升功率与前向接入信道提升时间之积；
当数据端口状态为专用信道状态时，确定状态提升能耗为零；
其中，所述根据待传输数据的时间特点尝试聚合待传输数据，并计算待传输数据聚合后成功传输的概率包括：
根据待传输数据的时间特点将所有数据归类为实时数据与延时可容忍数据；
建立时延数据队列，并将将延时可容忍数据作为待传输数据置入时延数据队列中；
将已经到达的延时可容忍数据与下一次到达的实时数据聚合，并根据延时可容忍数据的到达时间点、可容忍时间长度与下一次到达的实时数据时间计算已经到达的延时可容忍数据与下一次到达的实时数据聚合后成功传输的概率；
将先到达的延时可容忍数据与后到达的延时可容忍数据聚合，并根据后到达的延时可容忍数据的到达时间点、可容忍时间长度与先到达的延时可容忍数据的最晚发送时间计算先到达的延时可容忍数据与后到达的延时可容忍数据聚合后成功传输的概率；
根据已经到达的延时可容忍数据与下一次到达的实时数据聚合后成功传输的概率与先到达的延时可容忍数据与后到达的延时可容忍数据聚合后成功传输的概率确定待传输数据聚合后成功传输的概率；
其中，所述根据传输能耗模型与待传输数据聚合后成功传输的概率对传输数据进行能耗优化调度包括：
立即传输到达的实时数据与时延数据队列中到达最晚发送时间的延时可容忍数据；
根据待传输数据的到达时间将延时可容忍数据归类为周期性延时可容忍数据与非周期性延时可容忍数据；
当网络端口处于前向接入信道状态或专用信道状态时，根据周期性延时可容忍数据聚合后成功传输的概率与聚合成功传输时的尾能耗确定周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值；比较周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值与聚合失败分别传输时的尾能耗的大小，当周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值较大时将到达的周期性延时可容忍数据置入时延数据队列中，否则立即传输到达的周期性延时可容忍数据；
当网络端口处于专用信道状态时，根据非周期性延时可容忍数据聚合后成功传输的概率与聚合成功传输时的尾能耗确定非周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值；比较非周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值与聚合失败分别传输时的尾能耗的大小，当非周期性延时可容忍数据聚合后的尾能耗期望值较大时将到达的非周期性延时可容忍数据置入时延数据队列中，否则立即传输到达的非周期性延时可容忍数据；
当一次传输完成、无新数据到达且时延数据队列不为空时，当网络端口处于专用信道状态时，将时延数据队列中的周期性延时可容忍数据与非周期性延时可容忍数据按照最晚发送时间顺序由早到晚进行传输；当网络端口处于前向接入信道状态时，将时延数据队列中的周期性延时可容忍数据按照最晚发送时间顺序由早到晚进行传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据传输数据包大小以及上下行数据传输速率，确定数据传输能耗包括：
根据传输数据包大小以及上下行数据传输速率，确定上下行数据传输时间；
根据上下行数据传输时间，确定双向数据传输时间与单向数据传输时间；
根据上下行数据传输速率与双向数据传输时间，确定双向数据传输能耗；
根据上下行数据传输速率与单向数据传输时间，确定单向数据传输能耗；
根据双向数据传输能耗与单向数据传输能耗，确定数据传输能耗。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据网络端口受闲置计时器的尾时间长度，确定尾能耗包括：
确定闲置计时器的专用信道闲置阈值与前向接入信道闲置阈值；
当尾时间长度小于专用信道闲置阈值时，确定尾能耗为尾时间长度与专用信道功率之积；
当尾时间长度大于专用信道闲置阈值且小于专用信道闲置阈值与前向接入信道闲置阈值之和时，确定尾能耗为专用信道闲置阈值与专用信道功率之积，与尾时间长度与专用信道闲置阈值之差与前向接入信道功率之积的和；
当尾时间长度大于专用信道闲置阈值与前向接入信道闲置阈值之和时，确定尾能耗为专用信道闲置阈值与专用信道功率之积，与前向接入信道闲置阈值与前向接入信道功率之积的和。
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