發(fā)布時(shí)間：2017-11-09 11:16

  本文關(guān)鍵詞：基于能量收集的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站接入與休眠控制機(jī)制研究

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【摘要】：部署多種類型的小基站(Small Base Stations,SBSs)和中繼(Relay Stations,RSs)與宏基站(Macro Base Stations,MBSs)共存的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)是解決爆炸式增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流量傳輸需求的主要手段之一。但SBS和RS的密集部署也帶了網(wǎng)絡(luò)能耗的急劇增加。未來,使用能量收集(Energy Harvesting,EH)技術(shù)被認(rèn)為是降低蜂窩網(wǎng)絡(luò)能量消耗的一種有效手段。EH技術(shù)是通過將太陽能、風(fēng)能等可再生能源轉(zhuǎn)換成電能來給通信設(shè)備供電。但由于這些可再生能源的不穩(wěn)定性,EH技術(shù)獲取的能量在時(shí)間和大小上都是隨機(jī)的。為了保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性,采用EH技術(shù)的同時(shí)需要新的有效的網(wǎng)絡(luò)部署方案和網(wǎng)絡(luò)管理策略。因此,為了提高EH供電的蜂窩網(wǎng)絡(luò)性能,本文提出SBS或RS由EH供電,MBS由傳統(tǒng)電網(wǎng)供電的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)模型,這樣SBS或RS能量不足時(shí),仍可以由MBS保證網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量,然后基于隨機(jī)幾何理論來建模分析網(wǎng)絡(luò)性能,在此基礎(chǔ)上根據(jù)不同的目標(biāo),提出高效的基站控制策略來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。我們針對(duì)兩個(gè)典型的EH異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景來分析優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能,即：RS由EH供電,MBS由電網(wǎng)供電的中繼異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景;SBS由EH供電,MBS由電網(wǎng)供電的宏微異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。對(duì)RS由EH供電,MBS由電網(wǎng)供電的中繼異構(gòu)網(wǎng)絡(luò),為使RS利用有限能量提供更多速率,我們提出帶動(dòng)態(tài)偏置因子的最大接收功率用戶接入策略,通過優(yōu)化任意能量到達(dá)率下的偏置因子來最大化用戶平均速率。我們考慮兩種RS協(xié)作場(chǎng)景。對(duì)于基站和協(xié)作用戶之間無直達(dá)鏈路的場(chǎng)景,我們首先利用馬爾科夫和隨機(jī)幾何理論推導(dǎo)了RS活動(dòng)概率以及用戶平均速率的解析表達(dá)式,然后通過建立并求解優(yōu)化問題得到了任意能量到達(dá)率下最優(yōu)偏置因子的解析表達(dá)式。對(duì)于基站和協(xié)作用戶之間有直達(dá)鏈路的場(chǎng)景,我們通過系統(tǒng)仿真分析了不同能量到達(dá)率下的最優(yōu)偏置因子來最大化用戶平均速率。仿真結(jié)果表明,當(dāng)RS能量到達(dá)率不足夠大時(shí),兩種RS協(xié)作場(chǎng)景具有相同的最優(yōu)偏置因子,并且最優(yōu)偏置因子下的用戶平均速率要遠(yuǎn)大于無偏置因子下的用戶平均速率。對(duì)SBS由EH供電,MBS由電網(wǎng)供電的宏微異構(gòu)網(wǎng)絡(luò),考慮到SBS能量到達(dá)率和網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)量都是隨時(shí)間變化的,我們提出通過聯(lián)合優(yōu)化MBS活動(dòng)(休眠)概率(Macro Base Station Active Probability,MAP)和SBS發(fā)送功率(Small Base Station Transmit Power,STP),在滿足用戶服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)的前提下最小化網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)能耗。我們定義用戶的平均服務(wù)中斷概率來作為用戶QoS的評(píng)估,然后基于隨機(jī)幾何理論推導(dǎo)了服務(wù)中斷概率的解析表達(dá)式,在此基礎(chǔ)上建立了以最小化電網(wǎng)能耗為目標(biāo)的優(yōu)化問題解析模型。通過分析服務(wù)中斷概率與MAP和STP的隱式關(guān)系,我們將優(yōu)化問題簡(jiǎn)化,推導(dǎo)出任意能量到達(dá)率和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量下的最優(yōu)MAP和STP的解析表達(dá)式。仿真結(jié)果表明,本文聯(lián)合優(yōu)化MAP和STP下的網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)能耗始終小于固定STP僅對(duì)MBS休眠時(shí)的電網(wǎng)能耗,并且SBS靜態(tài)功耗越低,我們優(yōu)化策略的優(yōu)勢(shì)越明顯。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.53

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本文編號(hào)：1161641