绿色网络节能技术的研究

【摘要】：目前，节能减排已成为全球关注的焦点，通信行业作为全球增长速度最快的行业之一，其碳排放量也随着行业的发展不断增加，能耗问题将成为通信网络发展的障碍，因此节能减排已成为该行业关注的热点。面对能耗问题的挑战，减少通信网络消耗的能量资源，提高能源的利用率成为未来通信行业发展的必然趋势，绿色通信的概念由此提出。LTE作为下一代蜂窝无线通信技术的主流，保留原有技术，并引入一系列的优越新技术，不仅在频谱利用率、传输速率、QoS上有很大的提高，在节约能耗上也提出了很多研究方案，本文结合LTE rel-9的节能方案，设计了两种适用不同场景的节能机制。 移动通信网络具有典型的“潮汐效应”，流量在时域和空域上都存在规律性差异。基站一般是按照用户峰值流量业务需求来设计的，然而每个基站的流量使用并非一直处于峰值水平，因此，当网络覆盖区域出现低负载时，基站功率资源就得不到充分利用，造成大量的能源浪费。针对这一现状，本文首先设计了基于流量模糊估计的节能方案，将网络流量分布拟合成关于时间的正弦函数，当基站的流量低于门限值时，调整基站的工作状态，使其进入节能状态，当流量值增加时，唤醒基站使其正常工作来承载用户业务，这样动态的调整基站的工作状态以降低能量消耗。 网络正常部署时，一般相邻的小区是不存在大面积重叠覆盖区域的，并且基站的最大覆盖范围远大于实际覆盖范围，基站可以动态调整覆盖范围，服务于更多的用户，提高网络资源利用率，这种动态调整网络侧的拓扑结构是绿色网络节能高效直观的方案之一。本文的另一方案是选择最优的拓扑变换，同时要兼顾用户的QoS满意度以及基站的功率控制。当关闭一个或者多个小区后，需要切换的用户可以根据每个小区为其分配的功率选择最优的小区切换，这样保证了切换用户的QoS。方案在不降低用户满意度的同时达到高的能量效率，降低系统能耗，并尽量减少覆盖空洞。 本文针对不同网络场景设计两种节能方案，设计的宗旨是在保证用户通信质量的前提下提高网络侧的能量利用率，实现绿色通信。 【关键词】：绿色网络 节能 能量利用率 用户满意度
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 绿色通信研究背景与现状14-15
• 1.2 本文研究的依据和意义15-17
• 1.3 本论文的组织结构17-18
• 第二章 绿色网络节能技术概述18-30
• 2.1 LTE 系统18-22
• 2.1.1 LTE 系统简介18-19
• 2.1.2 LTE 系统架构19-22
• 2.2 LTE 节能概念22-24
• 2.2.1 节能状态定义22-23
• 2.2.2 节能系统设计的分类23-24
• 2.3 LTE 网络节能方案24-29
• 2.3.1 Inter-eNB 和 Inter-RAT 下的节能研究24-27
• 2.3.2 基站节能机制27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 基于流量模糊估计的节能技术研究30-53
• 3.1 蜂窝网流量特点与流量利用率30-33
• 3.1.1 流量时域特性30-32
• 3.1.2 流量空域特性32-33
• 3.2 基于流量的节能算法理论分析33-36
• 3.2.1 理论分析33-36
• 3.2.2 结果验证36
• 3.3 节能方案的演进36-44
• 3.3.1 蜂窝网系统流量分析37-39
• 3.3.2 用户体验评估39-40
• 3.3.3 动态开关基站的触发门限40-41
• 3.3.4 节能机制实现41-44
• 3.4 算法性能分析44-47
• 3.4.1 仿真场景及参数设置44-45
• 3.4.2 仿真结果及分析45-47
• 3.5 问题发现及解决方案47-52
• 3.5.1 基于流量的节能方案改进47-50
• 3.5.2 仿真分析50-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 用户选择和功率分配联合节能方案53-77
• 4.1 系统模型53-56
• 4.2 基于比例公平的功率分配56-63
• 4.2.1 优化问题描述56-57
• 4.2.2 优化问题的求解57-61
• 4.2.3 仿真结果与分析61-63
• 4.3 用户切换选择63-64
• 4.4 蜂窝网节能拓扑控制机制64-76
• 4.4.1 节能机制实现65-66
• 4.4.2 仿真分析66-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章 总结与展望77-79
• 5.1 论文工作总结77-78
• 5.2 存在的问题及下一步工作展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士期间的研究成果83-84

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