綠色節(jié)能通信網(wǎng)絡(luò)中基站與用戶的聯(lián)合最優(yōu)接入控制

【摘要】：隨著移動網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展,移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的能量消耗成本和碳的排放量劇烈增長,能量利用率已經(jīng)成為了未來綠色節(jié)能蜂窩網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計準則。在一個典型的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中,基站消耗的能量占據(jù)整個網(wǎng)絡(luò)消耗能量總量的60%-80%。此外,當網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)量較少時,一個基站仍然耗費了其消耗能量最大值的90%。所以,為了提高綠色無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的能量利用率,減少基站的能量消耗是至關(guān)重要的。 在考慮能量利用率和用戶服務(wù)質(zhì)量的情況下,動態(tài)基站控制機制,如關(guān)閉基站,將基站進入休眠模式等,以及用戶的接入控制算法是蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的兩個重要方面。盡管在之前的研究工作中,已經(jīng)分別得到了這兩種控制算法的最優(yōu)策略,但是這兩種控制機制至今還沒有被結(jié)合起來。將基站和用戶的接入控制過程聯(lián)合考慮有助于得到兩者的聯(lián)合最優(yōu)控制。于是,針對基站節(jié)能問題,本文提出了基站用戶的聯(lián)合接入控制算法,此算法能夠在保證服務(wù)質(zhì)量的同時,獲得最大的能量利用率。同時,本文采用bits/J作為能量利用率的衡量標準；將阻塞率作為用戶服務(wù)質(zhì)量的衡量標準。而且仿真結(jié)果顯示了能量利用率和用戶服務(wù)質(zhì)量之間的折中關(guān)系。此外,為了達到節(jié)能的目的,當一些小區(qū)中的基站需要關(guān)閉時,在開啟的基站間應(yīng)用CoMP網(wǎng)絡(luò)來保證這些小區(qū)的用戶服務(wù)質(zhì)量。本文將問題表示為半馬爾科夫決策過程。通過求解線性規(guī)劃方程,能夠獲得最優(yōu)解。仿真結(jié)果表明,與已有的基站動態(tài)控制算法的確定性決策不同,本文獲得的最優(yōu)控制策略是隨機策略,換句話說,在某些特定的系統(tǒng)狀態(tài)下,一個基站是按照一定的概率開啟或者是關(guān)閉的。 然而,對于擁有許多基站和用戶的大型網(wǎng)絡(luò),線性規(guī)劃的方法在計算機上求解速度較慢。于是,本文通過對網(wǎng)絡(luò)模型進行分析,將用戶狀態(tài)分為基站關(guān)聯(lián)狀態(tài)和基站非關(guān)聯(lián)狀態(tài),然后對這兩個狀態(tài)分別進行分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo),從而得到基站-用戶的聯(lián)合最優(yōu)控制策略。該方法得到的最優(yōu)策略,與線性規(guī)劃方法得到的最優(yōu)策略大致相同,但是通過對計算時間的對比,可以發(fā)現(xiàn),基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方法計算時間較快,可以滿足實時性的要求。未來的工作將考慮數(shù)據(jù)包流量和服務(wù)延遲等問題。 【關(guān)鍵詞】：綠色蜂窩網(wǎng)絡(luò) 基站節(jié)能 聯(lián)合最優(yōu)控制 結(jié)構(gòu)式求解 隨機策略
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 基站節(jié)能的研究背景及意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究概況9-12
• 1.3 本文主要工作及內(nèi)容安排12-14
• 2 綠色蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型14-24
• 2.1 CoMP網(wǎng)絡(luò)14-21
• 2.1.1 CoMP網(wǎng)絡(luò)概述14-15
• 2.1.2 CoMP的網(wǎng)絡(luò)容量15-16
• 2.1.3 基站的能量計算模型16-17
• 2.1.4 CoMP網(wǎng)絡(luò)中能量利用率的計算17-21
• 2.2 用戶接入控制21-22
• 2.3 基站動態(tài)控制22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 3 基站-用戶的聯(lián)合最優(yōu)接入控制24-47
• 3.1 馬爾科夫決策過程概述24-25
• 3.2 基站-用戶聯(lián)合最優(yōu)控制的馬爾科夫決策模型25-33
• 3.2.1 狀態(tài)空間25-26
• 3.2.2 決策時刻和行為空間26-27
• 3.2.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率27-29
• 3.2.4 報酬準則29-30
• 3.2.5 阻塞率限制30-31
• 3.2.6 基站-用戶聯(lián)合最優(yōu)控制的求解31-33
• 3.3 基站-用戶聯(lián)合控制的最優(yōu)策略33-46
• 3.3.1 能量利用率和阻塞率性能分析33-36
• 3.3.2 基站-用戶聯(lián)合最優(yōu)控制策略36-40
• 3.3.3 兩類用戶的基站-用戶聯(lián)合最優(yōu)控制40-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 4 基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)策略47-61
• 4.1 網(wǎng)絡(luò)模型47-48
• 4.2 非基站關(guān)聯(lián)狀態(tài)分析48-51
• 4.3 基站關(guān)聯(lián)狀態(tài)分析51-54
• 4.4 滿足阻塞率限制的最優(yōu)策略54-59
• 4.5 計算效率的比較59-60
• 4.6 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論與展望61-62
• 參考文獻62-64
• 附錄A 式(4.1 )(4.2)的推導(dǎo)過程64-66
• 附錄B 式(4.12 )中V_k~η(n)的單調(diào)性證明66-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況67-68
• 致謝68-69

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