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主要作者及机构

该研究由Shivang Aggarwal、Moinak Ghoshal、Piyali Banerjee、Dimitrios Koutsonikolas和Joerg Widmer共同完成。作者分别来自美国东北大学无线物联网研究所（Institute for the Wireless Internet of Things, Northeastern University）、美国纽约州立大学布法罗分校（University at Buffalo, SUNY）以及西班牙IMDEA网络研究所（IMDEA Networks Institute）。该研究发表于2021年的IEEE INFOCOM会议，会议全称为IEEE Conference on Computer Communications。

学术背景

研究的主要科学领域为无线通信，特别是60 GHz频段的IEEE 802.11ad技术在智能手机中的应用。随着移动增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、Miracast和超高清（UHD）视频流等新兴应用对高带宽的需求，学术界和工业界开始关注60 GHz频段的未授权频谱，IEEE 802.11ad标准被认为是构建下一代无线局域网（WLAN）的主要技术之一。尽管802.11ad在笔记本电脑和接入点（AP）中表现良好，但其在智能手机中的性能和功耗尚未得到充分研究。因此，该研究旨在通过实验评估802.11ad在商用智能手机中的性能与功耗，并与5 GHz频段的主要竞争对手802.11ac和802.11ax进行对比。

研究流程

研究分为多个步骤，主要包括性能比较、功耗研究、空间复用分析以及对应用的影响评估。

1. 性能比较
   研究首先在静态环境下比较了802.11ad、802.11ac和802.11ax的性能。实验使用了不同的智能手机和路由器组合，确保每种技术都能在最节能的设备上运行。通过iperf3生成TCP流量，并记录每100毫秒的吞吐量。实验结果显示，802.11ad在上下行链路中均能达到Gbps级别的吞吐量，而802.11ax的第一代智能手机未能实现Gbps速率。

2. 功耗研究
   研究对802.11ad在智能手机中的功耗进行了首次实验研究。通过两种方法测量功耗：一是通过记录手机电池的电压和电流，二是使用Monsoon HV电源监视器进行高精度测量。研究发现，802.11ad在非通信状态下的功耗低于笔记本电脑，但高于802.11ac。此外，802.11ad的节能模式（PSM）比传统802.11实现更为激进，研究首次揭示了其操作策略。

3. 空间复用分析
   研究评估了三种技术在密集拓扑中的性能和能耗。结果显示，802.11ad设备的空间复用能力较差，甚至比全向5 GHz无线电更差。此外，802.11ad智能手机的PSM策略对性能有负面影响。研究还证实了802.11ac MU-MIMO在实际中的局限性，并将这一发现扩展到802.11ax。

4. 应用影响评估
   研究首次评估了802.11ad对智能手机应用（如移动浏览、UHD视频流、VR和Miracast）的影响。研究发现，802.11ad的PSM策略在某些应用中导致性能下降和能耗增加，而禁用PSM可以改善性能并降低能耗。对于下行带宽密集型应用（如视频流和VR），802.11ad在提供更好性能的同时也带来了更高的能耗；而对于上行带宽密集型应用（如Miracast），802.11ad在提供最佳性能的同时也实现了最低的能耗。

主要结果

1. 性能比较
   802.11ad在静态环境下能够实现Gbps级别的吞吐量，而802.11ax的第一代智能手机未能达到这一速率。研究表明，现代智能手机的CPU不再是瓶颈，能够轻松处理Gbps级别的数据包。

2. 功耗研究
   802.11ad在非通信状态下的功耗低于笔记本电脑，但高于802.11ac。PSM策略的复杂性首次被揭示，研究还发现802.11ad的发射功率显著低于接收功率，且在短距离内，802.11ad在上下行链路中均提供了更高的吞吐量和更低的能耗。

3. 空间复用分析
   802.11ad设备在密集拓扑中的空间复用能力较差，PSM策略对性能有负面影响。研究还证实了802.11ac MU-MIMO在实际中的局限性，并将这一发现扩展到802.11ax。

4. 应用影响评估
   802.11ad的PSM策略在某些应用中导致性能下降和能耗增加，而禁用PSM可以改善性能并降低能耗。对于下行带宽密集型应用，802.11ad在提供更好性能的同时也带来了更高的能耗；而对于上行带宽密集型应用，802.11ad在提供最佳性能的同时也实现了最低的能耗。

结论

研究表明，802.11ad是目前唯一能够在智能手机中提供真正Gbps速率的WLAN技术，特别适用于上行带宽密集型应用。然而，802.11ad设备在密集拓扑中的空间复用能力较差，且其PSM策略对性能和能耗有负面影响。研究提出了几个关键的研究方向，包括智能接口切换、5 GHz和60 GHz接口的能量感知算法以及性能感知的节能策略。

研究亮点

1. 重要发现
   802.11ad在智能手机中能够实现Gbps级别的吞吐量，但其PSM策略对性能和能耗有显著影响。

2. 方法新颖性
   研究首次对802.11ad在智能手机中的功耗进行了实验研究，并揭示了其PSM策略的复杂性。

3. 研究对象的特殊性
   研究首次在智能手机中评估了802.11ad的性能和功耗，并与802.11ac和802.11ax进行了对比。

其他有价值的内容

研究还提供了详细的实验数据集，可供其他研究者进一步分析和验证。此外，研究提出了多个未来研究方向，为802.11ad在智能手机中的广泛应用提供了理论支持。