Adaptive Minimum Sleep Window Algorithm for Saving Energy Consumption in IEEE 802.16e

IEEE 802.16e에서의 에너지 절약을 위한 적응적 최소 수면 구간 결정 알고리즘

IEEE 802.16e has adopted sleep mode to minimize energy consumption of mobile nodes with high speed mobility. If the Base Station (BS) has no data to be sent to a Mobile Subscriber Station (MSS) at the instant of ending sleep window of the MSS, the MSS increases its sleep window interval by double until the window interval reaches to the maximum sleep window interval. Thus, during the operation of sleep mode, MSS repeatedly performs switch on/off action until there exist frames to be received from BS. The switch on/off operation significantly consumes energy of MSS. To effectively deal with the energy of the MSS, this paper proposes an algorithm which decides the minimum sleep window interval that will be used in next sleep mode based on the current sleep window interval. We evaluate the performance of IEEE 802.16e sleep mode algorithm and our proposed algorithm in terms of energy consumption and blocking probability. Compared with the current sleep mode algorithm used in IEEE 802.16e, the proposed algorithm decreases the energy consumption by about 30% without increasing blocking probability.

IEEE 802.16e는 고속의 이동성을 지원하는 이동단말들의 전력소모를 최소화시키기 위하여 수면 모드(sleep mode)를 정의하고 있다. 수면 모드를 적용한 MSS(Mobile Subscriber Station)들은 수면 구간 사이에 존재하는 청취(Listening) 구간 동안 BS(Base Station)으로 부터 수신할 데이터 프레임이 존재하지 않는다는 메시지를 수신하면, 자신의 수면 구간 값을 이전 수면 구간 값의 두 배로 증가시킨다. 수면 구간 값이 최대 수면 구간 값에 도달하면, 수면 구간 값을 최대 수면 구간 값으로 고정함으로써 전력사용을 억제한다. 그러나 이러한 방식은 MSS가 최소 수면 구간 값에서 시작한 후 BS로부터 수신할 데이터 프레임이 존재하여 수면 모드를 종료할 때 까지 다수의 수면 구간과 청취 구간을 반복하게 되어 스위치 온, 오프에 의한 전력 소모 증가를 야기 시킨다. 본 논문에서는 MSS의 에너지를 효과적으로 사용하기 위하여 현재 수면 모드 종료 시 사용되었던 수면 구간 값을 다음 수면 모드의 최소 수면 구간 값으로 사용하는 최소 수면 구간 결정 알고리즘을 제안한다. 또한, 시뮬레이션을 통해 제안 방식과 기존 IEEE 802.16e 수면 모드 방식에 대하여 에너지 소모량 및 막힘확률에 대한 성능을 비교 평가한다. 제안하는 알고리즘은 기존 IEEE 802.16e 수면 모드 알고리즘과 비교하여 막힘확률은 동일한 성능을 보이나, 에너지 소모량은 약 30%의 절감효과를 보인다.