Μελέτη Ενεργειακής Απόδοσης Κινητών Τερματικών Σε Ασύρματο Ετερογενές Περιβάλλον

Abstract

Τα τελευταία χρόνια η ανάπτυξη διαφορετικών ασύρματων τεχνολογιών πρόσβασης δικτύων, όπως τα ασύρματα δίκτυα τρίτης γενιάς, τέταρτης γενιάς, τα δίκτυα WLAN κλπ, σε συνδυασμό με την ραγδαία εξέλιξη των κινητών τηλεφώνων, τα οποία είναι εφοδιασμένα με τις κατάλληλες διεπαφές πρόσβασης στα δίκτυα αυτά, έχουν δώσει τη δυνατότητα στο χρήστη να απολαμβάνει υπηρεσίες IP όπου βρίσκεται και όποτε το επιθυμεί. Προς το παρόν στις περισσότερες έξυπνες συσκευές η κάθετη μεταπομπή (vertical handover) από το δίκτυο μίας τεχνολογίας σε δίκτυο κάποιας άλλης τεχνολογίας εναπόκειται σε μεγάλο βαθμό στο χρήστη. Στη διπλωματική αυτή εργασία διερευνάται η πιθανή εξοικονόμηση ενέργειας στα κινητά τηλέφωνα που μπορεί να επιτευχθεί από την αυτοματοποίηση της παραπάνω επιλογής. Κατ’ αυτόν τον τρόπο το ίδιο το κινητό τερματικό μπορεί να κινήσει τη διαδικασία μεταπομπής από τη μία τεχνολογία ασύρματης πρόσβασης (Radio Access Technology - RAT) σε κάποια άλλη, ανάλογα με την εκάστοτε εφαρμογή που εκτελείται και τις συνθήκες που επικρατούν στο περιβάλλον και ως εκ τούτου να επιμηκύνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας του. Η εργασία αυτή επικεντρώθηκε στις ενεργειακά αποδοτικές μεταπομπές μεταξύ δικτύων WLAN, UMTS, HSPA+ και 4G-LTE. Η ραγδαία εξέλιξη και το αυξανόμενο ενδιαφέρον για τα δίκτυα τέταρτης γενιάς (4G) είναι ο λόγος που επιλέχθηκε το δίκτυο LTE, ενώ τα δίκτυα UMTS, HSPA+ και WLAN επιλέχθηκαν λόγω της ευρείας αποδοχής που τυγχάνουν σήμερα από τους χρήστες των έξυπνων συσκευών. Κατά τη διάρκεια της διατριβής αυτής, μελετήθηκε η ενδεχόμενη εξοικονόμηση ενέργειας που μπορεί να προκύψει μέσω των κάθετων μεταπομπών, ανάλογα με την εφαρμογή που εκτελείται στο κινητό τερματικό και το δίκτυο στο οποίο επιλέγεται να συνδεθεί. Προκειμένου να γίνει αυτό χρησιμοποιήσαμε το πρόγραμμα HMNToolSuite, στο οποίο ορίσαμε τα χαρακτηριστικά των παραπάνω δικτύων πρόσβασης και τα ενεργειακά μοντέλα ορισμένων εφαρμογών. Συγκεκριμένα τα μοντέλα αυτά προήλθαν από πραγματικές μετρήσεις, που λήφθηκαν μέσω εφαρμογής για κινητά τηλέφωνα λειτουργικού συστήματος Android. Με βάση τις μετρήσεις αυτές προτείναμε για τρεις διαφορετικές υπηρεσίες (VoiceCall, Streaming και FTP Download) ένα μοντέλο πρόβλεψης της κατανάλωσης ενέργειας στο κινητό τηλέφωνο με βάση την ισχύ λαμβανόμενου σήματος RSS του εκάστοτε σημείου ασύρματης πρόσβασης. Στη συνέχεια προσομοιώσαμε με τη βοήθεια του προγράμματος HMNToolsuite την κίνηση ενός χρήστη σε ένα ετερογενές περιβάλλον με διαφορετικά ασύρματα δίκτυα πρόσβασης, ώστε να παρατηρήσουμε ποια είναι η κατανάλωση ενέργειας ανάλογα με την υπηρεσία που εκτελείται και τις εξωτερικές συνθήκες και πως μπορεί αυτή να βελτιωθεί ανάλογα με την πολιτική απόφασης κάθετης μεταπομπής που επιλέγεται. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι μπορεί να επιτευχθεί μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας. Ωστόσο η πιθανή αυτή εξοικονόμιση ενέργειας βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στα ιδιαίτερα τεχνικά χαρακτηριστικά της κάθε διαφορετικής συσκευής και τις προτεραιότητες του κάθε χρήστη.