混合能源供能的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中能源成本最小化問題的研究.pdf

1、近年來由于智能手機(jī)和高帶寬消耗應(yīng)用的迅猛增長，無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)（Wireless Cellular Networks，WCN）經(jīng)歷了數(shù)據(jù)流量的巨大增長，這導(dǎo)致更多的能量消耗和溫室氣體的釋放。在移動通信產(chǎn)業(yè)，利用綠色能源和采取異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)近期已經(jīng)被提升為節(jié)約能源消耗和減少溫室氣體排放的策略轉(zhuǎn)變。
　　本文考慮一個混合能源供能的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)。該異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)包含宏基站(macro base station，mBS)和微基站(pico bas

2、e station，pBS)兩種基站。在這樣的一個網(wǎng)絡(luò)中，mBS由電能供能；pBS既可以由電能供能也可以使用綠色能源。由于可再生綠色能源通常被認(rèn)為比電能便宜得多，在這樣一個綠色異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，如何在保證用戶服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)性能的前提下最小化網(wǎng)絡(luò)的總能源消耗成本，有待我們進(jìn)一步研究。
　　我們研究了兩種類型的場景：只考慮接入網(wǎng)的基礎(chǔ)場景；復(fù)雜場景在模型化信道和基站功率消耗時，同時考慮了接入網(wǎng)和回程鏈路部分。在兩種場景中，我們都是首先建

3、立一個有約束的總能源成本最小化（Energy Cost Minimization，ECM）的優(yōu)化問題，約束條件包括基站的發(fā)射功率預(yù)算和可用帶寬預(yù)算、用戶傳輸速率需求、有限的能源供應(yīng)等。可以證明兩個場景下的ECM問題都是NP-困難問題。需要我們設(shè)計(jì)可行的、有較低計(jì)算復(fù)雜度的算法來獲得近似最優(yōu)解。
　　在基礎(chǔ)場景中，我們將ECM問題分解為兩個相輔相成的部分：用戶關(guān)聯(lián)（User Association，UA）問題和最優(yōu)帶寬分配（Opti

4、mal Bandwidth Allocation，OBA）問題。然后，提出新的OBA算法來在給定UA方案的前提下最小化每個基站的功率消耗；對UA問題，我們在OBA算法的基礎(chǔ)上分別提出一個集中式算法和一個分布式算法，來有效利用pBS中的綠色能源存儲以最小化能源消耗成本。在復(fù)雜場景中，我們基于用戶連接和重連接思想，提出一個集中式算法，該算法利用整個網(wǎng)絡(luò)的可用的環(huán)境信息；另外，我們還提出一個利用每個基站自身的可用環(huán)境信息的分布式算法。最后，通