基于休眠調(diào)度和資源分配Small Cell網(wǎng)絡(luò)能量效率研究.pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和移動(dòng)設(shè)備的快速普及，用戶對(duì)于移動(dòng)業(yè)務(wù)的需求也逐漸發(fā)生變化。在未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中，用戶對(duì)于數(shù)據(jù)服務(wù)的需求將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)于傳統(tǒng)語(yǔ)音服務(wù)的需求，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐量已成為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展的主要課題。為此，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在不斷演進(jìn)過程中引入了small cell網(wǎng)絡(luò)的概念。Small cell網(wǎng)絡(luò)作為未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中重要的組成部分，將極大的提高蜂窩系統(tǒng)覆蓋范圍和系統(tǒng)容量，為用戶提供更快速的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。但是smal

2、l cell的大規(guī)模部署必然會(huì)極大增加蜂窩系統(tǒng)的能耗。因此，在保證smallcell網(wǎng)絡(luò)性能的前提下，降低系統(tǒng)的能量消耗就成為目前small cell網(wǎng)絡(luò)研究中的一個(gè)重要課題。
　　本碩士論文研究small cell網(wǎng)絡(luò)的能量效率問題，基于休眠調(diào)度和資源分配的方法，提出了分布式休眠調(diào)度機(jī)制、基于休眠模型的資源分配算法以及兼顧公平性的資源分配算法。
　　論文首先提出了一種分布式休眠調(diào)度機(jī)制(Distributed On/Off

3、 ControlMechanism，D-OCM)。該休眠調(diào)度機(jī)制考慮small cell大規(guī)模部署的系統(tǒng)場(chǎng)景，每個(gè)小區(qū)基站(Small Cell Base Station，SBS)有休眠和作業(yè)兩種狀態(tài)，SBS可以主動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)或是在休眠狀態(tài)下被周圍的基站通過廣播信號(hào)的方式激活進(jìn)入作業(yè)狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)這種分布式休眠調(diào)度機(jī)制，每個(gè)SBS必須通過其當(dāng)前小區(qū)內(nèi)的用戶收集相鄰小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)信息，并建立相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)信息表。每個(gè)SBS根據(jù)當(dāng)前小區(qū)的負(fù)載狀況

4、和網(wǎng)絡(luò)信息自主決定是否激活周圍一個(gè)處于休眠狀態(tài)的基站或是自身進(jìn)入休眠狀態(tài)。仿真結(jié)果表明，D-OCM調(diào)度機(jī)制可以在保證吞吐量的條件下，有效地降低系統(tǒng)的能量消耗;與傳統(tǒng)的分布式休眠機(jī)制相比，D-OCM可以更好地降低系統(tǒng)的能量消耗。
　　在分布式休眠調(diào)度機(jī)制的基礎(chǔ)上，論文研究了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)用戶的資源分配問題。當(dāng)一個(gè)小區(qū)被激活后，會(huì)收到多個(gè)用戶的服務(wù)請(qǐng)求，新啟動(dòng)的SBS需要根據(jù)不同的資源塊在每個(gè)用戶處所受到的干擾不同，對(duì)資源塊進(jìn)

5、行分配。為此，論文提出了一種基于休眠模型的資源分配(Resource AllocationAlgorithm Based on Sleep Mode，RASM)算法。RASM算法將資源分配分成頻譜分配和功率優(yōu)化兩步，其中將頻譜分配問題建模成一個(gè)M×N的指派問題，并使用匈牙利算法求解最優(yōu)分配方案。在頻譜分配過程中，默認(rèn)每個(gè)資源塊的功率固定，因此新基站會(huì)與相鄰基站產(chǎn)生嚴(yán)重的覆蓋重疊。為此，論文進(jìn)一步提出了一種功率優(yōu)化算法，該算法讓當(dāng)前小區(qū)依

6、次與相鄰小區(qū)相互通信，并進(jìn)行功率優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，RASM算法可以在保證系統(tǒng)吞吐量的條件下，有效降低系統(tǒng)能量消耗，提高能量效率。與隨機(jī)資源分配策略相比較，RASM算法能夠獲得更好的系統(tǒng)性能。
　　針對(duì)上述算法中忽視的公平性問題，論文提出了一種兼顧公平性的資源分配算法(Resource Allocation Algorithm Considering Fairness，RACF)。該算法首先采用一種多資源塊（Resource Bl

7、ock，RB）分配算法，在每個(gè)用戶發(fā)射功率固定的條件下，根據(jù)每個(gè)資源塊在不同用戶處受到的干擾不同，將多個(gè)資源塊分配給用戶。同時(shí)，在用戶吞吐量較低時(shí)，采用一種資源塊調(diào)整算法，通過小區(qū)內(nèi)資源塊調(diào)整和相鄰小區(qū)資源塊調(diào)整，為當(dāng)前吞吐量較低的用戶提供一個(gè)干擾較低的資源塊，并通過對(duì)相鄰小區(qū)資源塊調(diào)整再次進(jìn)行優(yōu)化，在保證當(dāng)前小區(qū)用戶公平性的條件下使相鄰小區(qū)系統(tǒng)性能不會(huì)出現(xiàn)明顯下降。仿真結(jié)果表明，所提出的資源分配算法可以有效提升系統(tǒng)的吞吐量，所提出的資