蜂窝中继网络的基站和中继站联合休眠调度算法

摘要

随着智能移动设备在全球范围内的普及与使用，无线移动通信和网络技术的发展势如破竹。然而，随着业务流量迅速加大，传统蜂窝网络架构已经很难满足急剧增长的业务流量的需求。因此，在传统的蜂窝网络中密集部署基站和低功耗中继站来满足更高的服务质量要求是目前无线移动通信和网络的发展趋势。然而，蜂窝网络基站和中继站的增加也带来了严重的能量消耗问题，节能减排和绿色通信进入了人们的视野。休眠调度作为典型的蜂窝网节能技术，当业务流量较少时，通过关掉一些空闲的基站或中继站可以有效地减少能量消耗，提升网络的能量效率。但是目前的研究很少关注蜂窝中继网络中基站和中继站的联合休眠调度。鉴于此，本文研究蜂窝中继网络中基站和中继站的联合休眠调度算法，致力于解决在保证系统频谱效率的前提下，如何提高蜂窝中继网络的能量效率这个问题，主要研究成果和创新点如下： 蜂窝中继网络中的业务流量具有时空变化特性，并且每个基站之间属于既竞争又合作的关系。基于此，本文提出基于博弈论的蜂窝中继网络中高能效的基站休眠调度算法。首先，依据蜂窝中继网络中业务流量的时空变化特性提出分布式的基站休眠调度算法，确定每个时刻活动基站的个数；然后结合内点罚函数法和牛顿法，采用基于博弈论的活动基站的最优发射功率迭代更新算法求解最优化问题。仿真结果表明提出的算法能确定最优基站发射功率，提高了系统能量效率。 对于基站和中继站的联合休眠调度问题，首先，本文依据基站和中继站工作状态建立优化问题，确定该优化问题是一个混合整数非线性分式规划问题，证明该优化问题不是凸优化问题并且直接求解非常困难，然后通过分析将其转化为两个子问题。其次，提出了基于全局最优解的分支定界联合休眠调度算法。然后，提出两种启发式联合休眠调度算法，一个是基于细胞自动机的休眠调度算法，另一个是贪婪算法，并对三种算法以及穷举搜索法进行了仿真分析与比较。结果显示所提出的分支定界算法能够获得全局最优解并且与穷举搜索法相吻合，两种启发式算法得到优化问题的次优解。基站和中继站的联合休眠调度降低了能量消耗，并在保证系统频谱效率的同时提升了系统能量效率。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 蜂窝网络概述

1.3 国内外研究现状

1.4 研究目的及意义

1.5 本文的主要内容及结构安排

第二章 蜂窝中继网络及相关理论简介

2.1蜂窝中继网络

2.2无线通信的频谱效率和能量效率

2.3博弈论

2.4 细胞自动机

2.5 本章小结

第三章 基于博弈论的蜂窝中继网络高能效基站休眠调度算法

3.1 蜂窝中继网络模型

3.2 分布式的基站休眠调度算法

3.3基于博弈论的基站最优功率分配

3.4 仿真结果与分析

3.5 本章小结

第四章 节能的蜂窝中继网络基站和中继站联合休眠调度算法

4.1 蜂窝中继网络模型

4.2优化问题分析

4.3 基站和中继站联合休眠调度算法

4.4 仿真结果与分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果