混合能源驱动的无线异构网络高能效资源管理技术研究

来源 :桂林电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nxf_2004_0
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在蓬勃发展的物联网时代,海量的通信设备、指数级增长的无线通信流量给整个无线网络带来了激增的能量消耗,造成了日趋严重的经济和环境问题。传统蜂窝网单凭无线信道技术和有限带宽扩展已无法满足现代通信流量的需求,如何高能效的管理无线通信网络,成为实现绿色通信的关键。因此,在无线异构网络中,通过能量捕获技术将可再生能源存储起来以供基站使用,从而成为实现基站节能的有效举措。绿色能源本身具有随机性和波动性,为保证通信质量,联合电能和绿色能源形成混合能源,驱动通信基站工作。然而,以混能源驱动的异构网络节能依然存在不足,主要体现在基站负载不均衡、能源异构导致绿色能源利用率低等。因此,有效用户关联策略和资源管理策略对混合能源驱动的无线异构网络节能具有重要意义。在此基础上,本文完成如下工作:第一,概述了混合能源异构网络的基础理论。包括混合能源无线异构网络、混合能源无线异构网络的节能管理技术及其评价标准以及相关的优化理论基础。第二,在业务分布均匀的混合能源异构网络场景下,对于网络架构和能源异构性引起的负载均衡和频谱资源浪费问题,提出了约束目标通信速率的用户关联机制与资源分配策略的方法。该方法以最小化系统总能耗成本为前提,采用基站喜好偏置因子作为用户关联依据,考虑能量减少的不确定因素,提出基于大偏差理论的能量饥饿概率估计算法。在保证用户关联的基础上,利用拉格朗日对偶算法的资源分配策略合理利用带宽资源。数值仿真结果表明:该算法在能量充足的条件下相比最大接收功率算法系统能耗成本减少82.47%,绿色能量的使用率相比最大信道增益算法增加48%。第三,在业务分布不均匀的混合能源异构网络场景下,因高功率的宏基站存在一定程度的排斥特性,如果部署的微基站与其相距太近,通信质量将会下降。此外,具有能量捕获的微基站中能量的到达具有随机波动性,外加储能电池电量的泄漏可能会降低网络的可用性。基于此,本文首先将网络建模为泊松洞过程(Poisson Hole Process,PHP),推导出PHP模型下网络的中断概率。接着以最优化网络能耗为目标,提出了功率感知的用户关联和可再生能源配置方案。在该方案中,功率感知用户关联规则,可以通过预测每个时隙其他用户所需的功率,动态获取关联基站的可用集。同时在单时隙采用李雅普诺夫优化方法控制每个用户消耗的功率,在不同时隙设计启发式算法平衡绿色能源。数值仿真结果证明了该方案的可行性,并验证了所提方案在优化电网能耗方面优于其他方案。
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