本文關(guān)鍵詞： 綠色無線通信網(wǎng)絡(luò) 能量狀態(tài)建模 跨層資源管理 覆蓋范圍優(yōu)化 多元能量分配　出處：《北京郵電大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣度和深度的不斷增加,智能手機(jī)、平板電腦等智能終端設(shè)備的日益普及,終端用戶對(duì)實(shí)時(shí)視頻等高速率移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求呈現(xiàn)不斷增長的趨勢(shì)。無線通信網(wǎng)絡(luò)因而成為信息通信產(chǎn)業(yè)中能量消耗增長速度最快的部分,建設(shè)以節(jié)能減排為目標(biāo)的綠色無線通信網(wǎng)絡(luò)勢(shì)在必行。目前全球針對(duì)綠色無線通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的研究頗多,現(xiàn)有研究多聚焦于提升無線通信網(wǎng)絡(luò)的能量利用效率,以確保在不增加電能供給的前提下滿足更多業(yè)務(wù)需求。但這種方式僅減少了能量消耗和有害氣體排放的相對(duì)量,只能暫時(shí)緩解電能供不應(yīng)求和環(huán)境污染問題。本文研究利用可再生能源為無線通信網(wǎng)絡(luò)供能,構(gòu)成綠色無線通信網(wǎng)絡(luò),減少電能消耗和有害氣體排放的絕對(duì)量,從根本上解決電能供不應(yīng)求和環(huán)境污染問題。 綠色無線通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),面臨著狀態(tài)非確定和能量多元化兩個(gè)問題。第一,綠色無線通信網(wǎng)絡(luò)中,可再生能源產(chǎn)能過程受自然環(huán)境和氣候條件影響,能量供應(yīng)具有間斷性和不穩(wěn)定性；同時(shí),業(yè)務(wù)的發(fā)起時(shí)間和持續(xù)時(shí)間隨機(jī),能量消耗也具有間斷性和不穩(wěn)定性。因此,綠色無線通信系統(tǒng)中的能量狀態(tài)具有非確定性。這種非確定性會(huì)對(duì)綠色無線通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)營帶來不利影響。然而,由于目前儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展滯后,能量狀態(tài)非確定性僅能被減少而不能被消除。第二,為確保綠色無線網(wǎng)絡(luò)的能量需求完全得到滿足,使用多種可再生能源單獨(dú)或者與電網(wǎng)聯(lián)合為綠色無線通信網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)能量,即能量供應(yīng)呈現(xiàn)多元化特性。而綜合考慮多種可再生能量源的能量狀態(tài),會(huì)增大能量分配的難度。綜上所述,為盡快建成使用綠色無線通信網(wǎng)絡(luò),亟需研究能量多元化與狀態(tài)非確定的綠色無線通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)。 首先,作為研究基礎(chǔ),本文分別提出G/G/1能量隊(duì)列和多元能量隊(duì)列模型,對(duì)單能量來源和多能量來源下狀態(tài)非確定綠色無線通信網(wǎng)絡(luò)能量狀態(tài)進(jìn)行建模。以近似擴(kuò)散理論對(duì)上述模型進(jìn)行分析,為綠色無線通信網(wǎng)絡(luò)中資源分配、網(wǎng)絡(luò)部署、傳輸速率設(shè)置和能量合理分配問題的分析提供理論支撐,填補(bǔ)了綠色無線通信網(wǎng)絡(luò)研究中基礎(chǔ)理論方面的不足。通過仿真,證實(shí)了上述模型的準(zhǔn)確性。 其次,本文研究了面向能量狀態(tài)非確定的跨層資源管理。針對(duì)由單一可再生能源供能的基站,定義了網(wǎng)絡(luò)能量剩余率,用于評(píng)估各可再生能源供能基站的能量消耗速率及其均衡水平。隨后,給出了基于匈牙利迭代的跨層優(yōu)化算法,以最大化網(wǎng)絡(luò)能量剩余率為整體目標(biāo),在物理層上以最大化能量效率為目標(biāo)進(jìn)行功率分配,媒體接入控制層上以均衡使用各基站中可再生能源為目標(biāo)進(jìn)行接入控制。相比貪婪算法,使用該算法能夠獲得更高的綠色網(wǎng)絡(luò)存活時(shí)間,可再生能源供能基站能夠?yàn)楦嗟慕K端設(shè)備提供服務(wù)。 再次,本文研究了面向能量狀態(tài)非確定的覆蓋范圍優(yōu)化�；趯�(duì)G/G/1能量狀態(tài)模型分析,分別在功率自適應(yīng)和速率自適應(yīng)條件下,給出了基于小區(qū)縮放的覆蓋范圍優(yōu)化算法和基于小區(qū)縮放的有效覆蓋范圍優(yōu)化算法。仿真結(jié)果表明,前者同時(shí)考慮能量耗盡和能量浪費(fèi)的可能性,提升了可再生能源供能基站生存周期和可再生能量利用率；后者同時(shí)考慮了基站運(yùn)營的有效性和連續(xù)性,更好地在基站的覆蓋面積和業(yè)務(wù)的不可持續(xù)性之間進(jìn)行了均衡。 然后,本文研究了面向能量狀態(tài)非確定的傳輸速率自適應(yīng)。針對(duì)帶有休眠機(jī)制的可再生能源供能基站,改進(jìn)了G/G/1能量狀態(tài)模型,分別分析了休眠和活躍狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營參數(shù),并給出了相應(yīng)的閉式表達(dá)式。基于分析結(jié)果,將速率分配問題建模為有效傳輸速率最大化問題,給出了面向有效速率的傳輸速率自適應(yīng)算法。仿真結(jié)果證明了該算法的有效性。 最后,本文研究了面向能量多元化與狀態(tài)非確定的能量分配�；诙嘣芰繝顟B(tài)模型,分析了綠色無線通信網(wǎng)絡(luò)的電力供應(yīng)系統(tǒng)中能量分配機(jī)制對(duì)電費(fèi)花銷、能量利用率、能量存留時(shí)間等運(yùn)營性能指標(biāo)的影響。以聯(lián)合優(yōu)化各運(yùn)營性能指標(biāo)為目標(biāo),使用李雅普諾夫漂移理論對(duì)優(yōu)化問題求解,得到面向多基站群組的能量分配機(jī)制。該算法在滿足了運(yùn)營性能指標(biāo)的同時(shí),亦有效降低了電費(fèi)花銷。
[Abstract]:With the continuous increase of wireless communication network covering the breadth and depth of the intelligent mobile phone, tablet computer and other intelligent terminal equipment popularization, end users of real-time video and high-speed mobile data services demand is increasing. The wireless communication network has become the communication industry in energy consumption is the fastest growing part of the construction is imperative green wireless communication network, energy saving and emission reduction targets. According to the current global green wireless communication network key technology research, the current research focus on improving the energy efficiency of wireless communication network, in order to meet more business needs without additional power supply. But this approach only reduces the relative amount of energy consumption and harmful gas emissions, only temporarily alleviate the energy supply and environmental pollution problems. This paper studies the use of renewable energy The source is a wireless communication network, which constitutes a green wireless communication network. It reduces the absolute amount of electricity consumption and harmful gas emissions, and fundamentally solves the problem of insufficient power supply and environmental pollution.
The construction of green wireless communication network, facing two problems to determine the status of non diversified and green energy. First, wireless communication network, renewable energy production process is affected by the natural environment and climatic conditions, the energy supply is intermittent and unstable; at the same time, service time and duration were initiated, energy consumption is also the discontinuity and instability. Therefore, green in a wireless communication system with uncertain energy state. This uncertainty will adversely affect the normal operation of green wireless communication network. However, due to the current energy storage technology development lags behind, the energy state of uncertainty can only be reduced but not eliminated. Second, to ensure that the green wireless network energy demand completely satisfied, using a variety of renewable energy alone or combined with the grid for green wireless communication network which can supply energy Supply diversified characteristics. Considering a variety of renewable energy sources in the energy state, will increase the difficulty of energy distribution. To sum up, for the completion of the use of green wireless communication network as soon as possible, the non key technology of green wireless communication network to determine the need to study the energy diversification and the state.
First of all, as the research foundation, proposed G/G/1 queue queue model and multiple energy energy in this paper, the single source of energy and energy sources under the condition of non deterministic modeling for green wireless communication network energy. In order to approximate the diffusion on the model theoretical analysis for resource allocation in wireless communication network, green network deployment, theory analysis on the support of rational distribution of energy transfer rate settings and, to fill the lack of the research on the basic theory of green wireless communication network. Through the simulation, confirm the accuracy of the model.
Secondly, the paper researches on the energy state of non cross layer resource management. The station is composed of a single set of renewable energy for the definition of the network energy surplus rate, for evaluation of the renewable energy supply base station energy consumption rate and its equilibrium level. Then, the Hungarian iterative cross layer optimization algorithm is proposed based on the maximum network residual energy rate as the overall goal, in the physical layer in order to maximize energy efficiency as the goal of power allocation, the media access control layer to balance the use of renewable energy in each base station as the target of access control. Compared to the greedy algorithm, this algorithm can obtain higher green network survival time, renewable energy supply can the base station can provide services for more terminal devices.
Again, this paper studies the Optimization Oriented to determine the coverage of the non energy state of G/G/1. Based on the analysis of energy state model, respectively in adaptive power and rate adaptation conditions, based on cell coverage and zoom optimization algorithm based on the effective overburden cover area zoom range optimization algorithm is proposed. The simulation results show that the former also consider the possibility of energy exhaust and waste of energy, promote renewable energy supply base and renewable energy utilization rate of the life cycle; the latter is also considered effective and continuous operation of the base station, better not sustainable in base station coverage area and business are balanced.
Then, the paper researches on the energy state of non adaptive transmission rate determined. Aiming at the dormancy mechanism of renewable energy power station, improve the G/G/1 energy state model, respectively analyzes the dormant and active state of the network operation parameters, the corresponding closed form expressions are given. Based on the analysis results, the rate allocation problem modeling for the effective transmission rate maximization problem, given transmission rate adaptive algorithm for effective rate. Simulation results demonstrate the effectiveness of the algorithm.
Finally, the paper researches on the energy diversification and energy distribution. To determine the status of non diversified energy state model based on the analysis of the cost of electricity energy allocation mechanism of power supply system of green wireless communication network, energy efficiency, energy retention time effect of operational performance indicators. To jointly optimize each operating performance as the goal to solve the optimization problem using the Lyapunov drift theory, get the energy allocation mechanism for multi base station group. This algorithm meets the operational performance indicators at the same time, also can effectively reduce the electricity spending.

【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN92

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