發(fā)布時間：2018-06-25 22:43

  本文選題：綠色通信 + 可再生能源　； 參考：《重慶大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：為了滿足移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的高速增長和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量、帶寬以及用戶服務(wù)質(zhì)量要求的不斷提高,移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋廣度和覆蓋深度不斷升級,基站部署密度越來越高,這將導(dǎo)致移動通信網(wǎng)絡(luò)的能量消耗和碳排放量呈爆炸式增加。因此,采取有效的節(jié)能措施降低網(wǎng)絡(luò)能耗、碳排放量成為了當(dāng)前以及未來移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要目標(biāo)之一�？稍偕�能源具有分布廣泛、供電過程中無碳排放的特點(diǎn),將其引入移動通信網(wǎng)絡(luò),以綠色環(huán)保的“開源”方式減少網(wǎng)絡(luò)能耗和碳排放的“絕對量”,成為了移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢。在城市熱點(diǎn)區(qū)域中,將可再生能源作為綠色能源引入市電供能的移動通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了“混能供電移動通信網(wǎng)絡(luò)(Hybrid Energy powered cellular Networks,HybE-Net)”。在該網(wǎng)絡(luò)中,可再生能源作為主要供能端為移動網(wǎng)絡(luò)中的通信基站進(jìn)行供電。當(dāng)可再生能源供能不足時,市電作為備用供能端對基站繼續(xù)供電,從而保證移動網(wǎng)絡(luò)的有效覆蓋和通信服務(wù)質(zhì)量。但是,可再生能源的能量供應(yīng)和基站的能量消耗在時間、空間上具有隨機(jī)性,這將有可能導(dǎo)致HybE-Net中各基站之間的可再生能源利用率失衡,進(jìn)而使得引入的可再生能源無法被最大化利用,HybE-Net的市電能耗和碳排放量無法被有效降低。鑒于此,本文以太陽能和市電混合供電的移動通信網(wǎng)絡(luò)為例,研究了該網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能方法,為提高HybE-Net可再生能源利用率,減少市電能耗提供思路;同時,本文還研究了可再生能源供電系統(tǒng)設(shè)計(jì),為引入可再生能源的移動網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際建設(shè)問題提供指導(dǎo)。本文具體研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)如下:①本文研究了移動通信基站的可再生能源供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先,利用M/G/1/K隊(duì)列模型對移動通信基站在太陽能供電過程中的動態(tài)能量流動行為進(jìn)行建模。然后,采用嵌入式馬爾可夫鏈分析法對系統(tǒng)的動態(tài)能量特征進(jìn)行分析,提出了用于評估和量化太陽能供電基站系統(tǒng)能量可靠性、可再生能源利用率和耐久性的設(shè)計(jì)指標(biāo)。最后,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的約束下,將系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題構(gòu)建為系統(tǒng)資本性支出最小化問題,并提出了運(yùn)用自適應(yīng)遺傳算法解決供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題的方法,得到了太陽能電池板面積和儲能電池組容量的理想配置。仿真結(jié)果證明,在本文設(shè)計(jì)指標(biāo)指導(dǎo)下提出的可再生能源供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法能夠在系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性之間尋找到理想的平衡點(diǎn),能夠?yàn)橐苿油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)引入可再生能源的實(shí)際建設(shè)問題提供指導(dǎo)。②本文研究了HybE-Net中基于節(jié)能的接入控制算法。首先,本文利用近似擴(kuò)散理論對基站在太陽能供電過程中的太陽能能量狀態(tài)以及變化特征進(jìn)行分析。然后,利用模糊邏輯對數(shù)據(jù)傳輸速率、系統(tǒng)可用帶寬和基站太陽能能量狀態(tài)等終端接入判決參數(shù)進(jìn)行綜合考慮。同時,提出了太陽能利用率均衡指數(shù)來評估終端接入不同基站對網(wǎng)絡(luò)中各基站太陽能利用率均衡性的影響,使得接入控制算法能夠在保證終端通信服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)各基站之間的太陽能利用率均衡和網(wǎng)絡(luò)節(jié)能減排的目的。最后,本文通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基站太陽能能量狀態(tài)建模和分析的準(zhǔn)確性,以及所提出的接入控制算法的有效性。③本文研究了HybE-Net中基于節(jié)能的覆蓋優(yōu)化算法。首先,本文分析了基站的太陽能能量采集和能量消耗模型,并且推導(dǎo)出基站的能量消耗關(guān)于其覆蓋范圍的閉式表達(dá)式。然后,在此基礎(chǔ)上,將HybE-Net中基于節(jié)能的覆蓋優(yōu)化問題構(gòu)建成了網(wǎng)絡(luò)市電能耗最小化問題。考慮到基站的太陽能能量采集和能量消耗在時間、空間上的變化對覆蓋優(yōu)化的影響,該優(yōu)化問題進(jìn)一步分解成了鏈路能耗最小化問題、基站初始太陽能能量分配問題和空間業(yè)務(wù)單元格的指派問題。最后,本文設(shè)計(jì)了一種適用于Hyb E-Net的覆蓋優(yōu)化算法,算法通過優(yōu)化通信鏈路傳輸功率、基站的初始太陽能能量狀態(tài)、以及空間業(yè)務(wù)單元格與基站之間的關(guān)聯(lián)矩陣,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)市電能量消耗最小化的目的。同時,本文通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。④本文研究了HybE-Net中的基站休眠策略。首先,本文從保障網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)質(zhì)量和有效節(jié)能的角度出發(fā),分析了HybE-Net中基站休眠的必要條件,并且在此基礎(chǔ)上,將HybE-Net中的基站休眠問題構(gòu)建成了網(wǎng)絡(luò)市電能耗節(jié)省值的最大化問題。然后,提出了一種基于聯(lián)盟博弈的基站休眠策略,并且從理論上證明了該策略的穩(wěn)定性。最后,為了避免基站在休眠和非休眠狀態(tài)之間頻繁切換,引入了基于能量狀態(tài)的喚醒門限,并對該喚醒門限的最優(yōu)值進(jìn)行求解。同時,本文通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的基站休眠策略在避免基站工作狀態(tài)頻繁切換和減少網(wǎng)絡(luò)市電能耗等方面的有效性。
[Abstract]:In order to meet the increasing demands of high - speed growth and network system capacity , bandwidth and user service quality of mobile data traffic , the coverage breadth and coverage depth of mobile communication network are continuously upgraded , and the deployment density of the base station is increasing . Therefore , effective energy - saving measures have become one of the important targets of mobile communication network . This paper studies the energy saving method of the mobile communication base station based on the power supply of the mobile communication base station , and puts forward the design of the energy saving method of the mobile communication base station in the solar power supply process . The initial solar energy state of the base station , as well as the correlation matrix between the space service cell and the base station , achieves the aim of minimizing the power consumption of the network . At the same time , this paper studies the base station dormancy strategy in HybE - Net .
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5

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本文編號：2067830