Модель энергопотребления устройства в режиме прерывистого приёма DRX в сети 5G NR

В настоящее время стандартизация новых технологий сетей 5G практически завершена, и операторы начинают активно развёртывать эти системы по всему миру. Использование миллиметрового диапазона длин волн позволяет достичь целевых скоростей передачи данных, установленных Международным Союзом Электросвязи (МСЭ) для систем IMT-2020, однако передача в радиоканале затруднена в связи с особенностями распространения миллиметровых волн, включая их динамическую блокировку подвижными объектами и молекулярную абсорбцию. Эти негативные эффекты приводят к частым разрывам соединения и, как следствие, к ухудшению качества обслуживания и вызванному повторными процедурами поиска лучей повышенному энергопотреблению, что является критическим показателем при организации связи с помощью роев беспилотных летательных аппаратов. Одним из решений стал режим прерывистого приёма (Discontinuous Reception, DRX), стандартизованный консорциумом 3GPP, который позволяет снижать энергопотребление за счёт снижения мощности передатчика абонентского устройства (АУ) в периоды простоя. Платой за энергосбережение при применении DRX является снижение доли времени активной передачи данных, так как, перейдя в состояние сна, устройство затрачивает значительные временные ресурсы на последующее пробуждение. В работе предложена математическая модель, позволяющая оценивать энергопотребление устройства в режиме DRX для различных типов трафика, а также долю времени в состоянии отсутствия связи из-за длительности выхода устройства из цикла сна.

Modeling power consumption in DRX-enabled 5G NR systems

Nowadays fifth-generation (5G) New Radio (NR) systems operating in both microwave and millimeter-wave (mmWave) frequency bands are almost standardized and operators are ready for world-wide deployment. The utilization these frequency bands makes it possible to achieve the target data transfer rates established by the International Telecommunication Union (ITU) for IMT-2020 systems. However, a critical challenge of mmWave communications is extreme path losses and blockage of propagation path by small dynamic objects such as human bodies, vehicles, etc. These negative effects lead to frequent disconnections and, as a consequence, to a deterioration in the quality of service and increased energy consumption caused by repeated beamsearching procedures, that is a critical indicator when organizing communication using swarms of drones. To conserve power at UEs, 3GPP NR standards offer a comprehensive discontinuous reception (DRX) functionality which provides a number of advanced timers that need to be appropriately optimized to improve the energy efficiency of UEs. A side effect of using DRX is a reduction in the share of active data transfer time, since, having entered the sleep state, the device spends significant time resources on subsequent awakening. The paper proposes a mathematical model that allows us to estimate the power consumption of the device in DRX mode for various types of traffic, as well as the proportion of time in a state of no communication due to the duration of the device's exit from the sleep cycle.