本文關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)高能效資源控制理論和方法研究　出處：《北京郵電大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用單層宏基站負(fù)責(zé)覆蓋,隨著業(yè)務(wù)量的爆炸式增長,宏基站的數(shù)量將很快飽和,導(dǎo)致基站間干擾和無線網(wǎng)絡(luò)功耗不斷增加,再通過增加宏基站密度的方式來提升網(wǎng)絡(luò)容量變得十分不經(jīng)濟(jì)。近年來綠色節(jié)能通信技術(shù)得到了廣泛而深入的研究,使用新型低功耗的微基站與宏基站組成的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò),在滿足高速業(yè)務(wù)傳輸和無縫連接需求的同時,大大減少了不必要的能量消耗,從而成為下一代綠色無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下,高能效網(wǎng)絡(luò)資源控制技術(shù)作為提高網(wǎng)絡(luò)能量效率的重要手段,因其性能優(yōu)異、實現(xiàn)靈活和可操作性強等特點,逐漸成為節(jié)能技術(shù)研究的重點。本論文在深入分析業(yè)務(wù)在時間、空間和內(nèi)容維度上的不均勻性現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,對網(wǎng)絡(luò)能效與資源控制之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行理論研究,從而揭示出業(yè)務(wù)不均勻性對高能效網(wǎng)絡(luò)資源控制技術(shù)的影響和制約,為在下一代無線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用該技術(shù)提供必要的理論支持。本論文首先對業(yè)務(wù)在各個維度上的不均勻程度進(jìn)行量化建模,并研究了宏基站和微基站共存的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)能量效率。在此基礎(chǔ)上針對業(yè)務(wù)空間上的不均勻性,研究高能效地對無線網(wǎng)絡(luò)中的站點密度、發(fā)射功率和傳輸帶寬資源進(jìn)行控制和部署。然后進(jìn)一步根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)起時間的不均勻性,提出高能效的基站開關(guān)休眠以及覆蓋范圍縮放的控制策略,最后結(jié)合業(yè)務(wù)在內(nèi)容上的不均勻性,設(shè)計高能效的單播組播混合傳輸模式控制策略,滿足低能耗和低延時的傳輸需求。論文的主要工作和創(chuàng)新點在于： 1.業(yè)務(wù)不均勻性的量化建模 目前學(xué)術(shù)界缺乏業(yè)務(wù)模型可以對業(yè)務(wù)各個維度上的不均勻程度進(jìn)行衡量,本文首次建立了業(yè)務(wù)不均勻性的量化模型：首先針對業(yè)務(wù)在時間、空間和內(nèi)容各個維度上的不均勻性進(jìn)行了統(tǒng)一模型,提出業(yè)務(wù)聚集曲線對業(yè)務(wù)的不均勻性進(jìn)行直觀描述,并定義業(yè)務(wù)聚集系數(shù)對各個維度上的業(yè)務(wù)不均勻性進(jìn)行定量度量。然后推導(dǎo)得到業(yè)務(wù)在多種經(jīng)典非均勻概率分布下的業(yè)務(wù)聚集系數(shù)表達(dá)式。最后,給出實際通信網(wǎng)絡(luò)普遍存在的業(yè)務(wù)在熱點和非熱點區(qū)域不均勻分布的業(yè)務(wù)聚集系數(shù)表達(dá)式。該模型是對傳統(tǒng)業(yè)務(wù)不均勻性研究的補充和完善,為在無線網(wǎng)絡(luò)中利用業(yè)務(wù)不均勻現(xiàn)象降低能耗提供了理論支撐。 2.網(wǎng)絡(luò)能效、網(wǎng)絡(luò)資源、業(yè)務(wù)不均勻性之間關(guān)聯(lián)關(guān)系研究 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能效理論分析缺乏考慮業(yè)務(wù)不均勻性的問題,本文針對業(yè)務(wù)不均勻性對網(wǎng)絡(luò)能效的影響展開研究,首先建立了宏基站和微基站共存的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)模型,并分析了同頻和異頻情況下的空間平均速率表達(dá)式,然后推導(dǎo)出適用于單層和雙層無線網(wǎng)絡(luò)能效表達(dá)式,從理論上給出無線網(wǎng)絡(luò)的能效與傳統(tǒng)點對點傳輸能效的差異。所得表達(dá)式包含了不同類型基站的發(fā)射功率、固定功率以及站點密度,應(yīng)用場景廣泛。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)一步分析了不同的業(yè)務(wù)不均勻程度對高能效網(wǎng)絡(luò)資源控制的影響,并推到出相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)能效表達(dá)式。從而在理論上得到三者的關(guān)聯(lián)關(guān)系,論證了業(yè)務(wù)不均勻性在高能效網(wǎng)絡(luò)資源控制方面存在巨大研究價值和節(jié)能潛力。 3.針對業(yè)務(wù)空間不均勻性的高能效基站密度功率帶寬控制研究 傳統(tǒng)針對業(yè)務(wù)均勻分布場景的網(wǎng)絡(luò)資源控制理論研究,無法發(fā)掘業(yè)務(wù)空間不均勻性帶來的節(jié)能潛力,本文在所提業(yè)務(wù)不均勻性量化模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)能效分析,提出能效最優(yōu)的宏基站和微基站的發(fā)射功率和站點密度聯(lián)合優(yōu)化配置策略。然后再利用部分頻率復(fù)用以及載波聚合技術(shù),提出讓微基站使用宏基站廣域覆蓋所不適合使用的頻段的帶寬分配策略,兼?zhèn)淞税l(fā)射功率低和不對宏基站用戶產(chǎn)生干擾的優(yōu)點,從而進(jìn)一步論證了網(wǎng)絡(luò)資源控制技術(shù)在提高網(wǎng)絡(luò)能效方面的可行性和必要性。這些方案均能準(zhǔn)確適配業(yè)務(wù)的空間不均勻性,因此可以直接應(yīng)用于實際網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化。 4.針對業(yè)務(wù)時間不均勻性的高能效基站開關(guān)及覆蓋范圍縮放研究 受限于以往無法對業(yè)務(wù)不均勻性進(jìn)行量化分析,傳統(tǒng)基站開關(guān)及覆蓋縮放技術(shù)的理論分析與算法設(shè)計不能有效地適應(yīng)業(yè)務(wù)隨時間的變化。本文基于所提的業(yè)務(wù)不均勻性量化模型,從理論上解決了基站最優(yōu)開關(guān)策略與最優(yōu)覆蓋大小的問題：首先針對局部區(qū)域的業(yè)務(wù)量高低隨時間變化的問題,提出了高能效基站開關(guān)策略,然后針對高業(yè)務(wù)量區(qū)域的面積大小隨時間變化的情況,給出了高能效的基站覆蓋縮放策略及最優(yōu)覆蓋范圍表達(dá)式。該方案在保證業(yè)務(wù)連續(xù)性和服務(wù)質(zhì)量的前提下,能根據(jù)不同區(qū)域業(yè)務(wù)量高低和面積大小隨時間的變化,實時對基站的工作狀態(tài)進(jìn)行精確控制。 5.針對業(yè)務(wù)內(nèi)容不均勻性的高能效傳輸模式控制研究 大量的視頻業(yè)務(wù)需求會嚴(yán)重消耗網(wǎng)絡(luò)資源和加劇能量消耗,而視頻業(yè)務(wù)在內(nèi)容維度上的不均勻性意味著存在小部分業(yè)務(wù)擁有非常大的需求量,因此如果能夠把請求量很大且內(nèi)容相同的業(yè)務(wù)合理地聚合起來進(jìn)行組播傳輸就能夠在很大程度上節(jié)約網(wǎng)絡(luò)的資源和能耗。本文首先針對非實時業(yè)務(wù),提出在一段時間窗口內(nèi),把內(nèi)容相同的業(yè)務(wù)請求收集起來后,再高能效地進(jìn)行單播組播混合傳輸?shù)姆桨�。為了增強�?jié)能效果,進(jìn)一步給出一種多小區(qū)聯(lián)合組播的傳輸方案,不但能夠收集到更多的內(nèi)容相同的業(yè)務(wù)請求,而且通過多天線技術(shù)提高傳輸信號質(zhì)量。最后利用增補傳輸單播數(shù)據(jù)流的方法克服了組播傳輸帶來的延時問題,設(shè)計了一種實時高能效的單播組播混合傳輸方案,同時具備低功耗和零延時的優(yōu)勢。
[Abstract]:This paper studies the relationship between network energy efficiency and resource control by increasing the density of macro base station . 1 . Quantitative modeling of non - uniformity of service At present , the lack of business model in the academic circle can measure the degree of non - uniformity in each dimension of the business . In this paper , a quantitative model of business non - uniformity is first established : firstly , the non - uniformity of traffic in all dimensions of time , space and content is presented . 2 . Research on correlation between network efficiency , network resources and non - uniformity of service Traditional network energy efficiency theory analysis lacks the consideration of the problem of non - uniformity of service . In this paper , a heterogeneous wireless network model with coexistence of macro base station and micro base station is established , and the difference between energy efficiency of wireless network and traditional point - to - point transmission energy efficiency is analyzed . 3 . High efficiency base station density power bandwidth control for non - uniformity of business space In this paper , based on the theory of network resource control for the uniform distribution of traffic , the energy - saving potential of the non - uniformity of service space cannot be explored . Based on the model of heterogeneous wireless network , this paper proposes the optimal allocation strategy for the transmission power and station density of the macro base station and the micro base station , which is not suitable for use by the macro base station . 4 . High - efficiency base station switch and coverage zoom study for non - uniformity of service time The theory analysis and algorithm design of traditional base station switch and overlay zoom technology can not effectively adapt to the change of service over time . In this paper , the problem of optimal switching strategy and optimal coverage size of base station is solved theoretically based on the proposed business non - uniformity quantization model . 5 . High - efficiency transmission mode control based on non - uniformity of service content In order to enhance the energy - saving effect , the paper proposes a multi - cell combined multicast transmission scheme , which not only can collect more content same service requests , but also improve the transmission signal quality through the multi - antenna technology .

【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5

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本文編號：1384693