异构蜂窝网络中负载均衡和能量效率研究

发布时间：2020-09-02 12:41

　　随着数据流量需求的不断增加,传统的蜂窝网络在网络容量和业务多样性方面已经无法满足,拥有低功率基站节点的异构蜂窝网络解决了上述难题。然而,在部署异构蜂窝网络的过程中又遇到新的挑战。首先是宏基站和小基站之间的负载不均衡问题,由于宏基站和小基站的功率差异,更多的用户与宏基站进行通信,导致宏基站负载过高,而小基站则负载过低,浪费了网络资源。其次,密集的小基站也导致了网络能量消耗的增加,对环境产生了一定的影响。因此,如何实现网络的负载均衡并且降低网络的能量消耗是目前研究的一个热点问题。本文对异构网络中负载均衡的实现和网络能量消耗的降低进行了研究。首先,本文介绍了异构蜂窝网络的相关背景,对异构网络中的负载均衡和能量效率相关研究进行了详细的阐述。重点介绍了异构蜂窝网络的部署方式和模型构建,常见的负载均衡技术以及网络节能技术。其次,针对异构蜂窝网络中的负载均衡问题,使用了基于基站最短偏置距离的小区选择策略。通过空间泊松点过程进行建模,根据基站偏置距离进行用户分类,让更多的用户与小基站进行通信,实现宏基站和小基站间的负载均衡。在此基础上,推导出了网络的相关性能参数,包括用户覆盖概率、用户速率和网络能量效率。仿真结果表明,基于最短偏置距离的用户关联策略可以在实现负载均衡的同时提升网络的性能。最后,针对密集部署小基站所引起的能量消耗较大问题,使用了基于功率控制和资源分配的联合策略。推导出在闭合接入和开放接入方式下每层基站的覆盖概率和移动用户平均遍历速率表达式。通过调节频谱分配系数和基站密度比来实现整个网络覆盖概率最大化和能量消耗最小化。仿真结果表明,本文使用的策略可以显著地减少网络的能量消耗。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

数据流量

5 年的五年间，我国数据流量增速由 30%增加到了 100%会进一步的提高，如图 1.1 所示。工信部的数据显示，截户规模达到 11.7 亿，占全国移动用户总数的 74.4%。2018月均流量 6.25GB。随着抖音、快手等短视频应用的持续需求更加的迫切。未来接入互联网的各种设备数量同样急能家电设备。预估到 2020 年，全球的智能设备总量将达络需要满足海量的数据流量需求和亿万智能设备的连接务需求也在急速增加，文献研究表明，未来十年，移动用是目前的 1000 倍[2-4]。现有的第四代通信系统(The 4thn System, 4G)在数据传输速率、能量效率(Energy EfficienumEfficiency,SE)和网络容量方面无法满足未来的巨大流为移动通信目前主要面临的主要挑战之一。

分布图,蜂窝网络,能量消耗,分布图

网络能量效率相关研究窝网络中通过部署大量的小基站解决了网络容量和用户服务需站产生的能量消耗问题同样不可忽视。绿色通信和环保的概念，现有的大量文献开始研究异构蜂窝网络中的节能问题，本小节络中能量效率相关的技术研究。消耗相关研究窝网络中的能量消耗主由基站功耗、移动切换、网络传输和数据如图 2.4 所示。由图可知，基站的功耗在整个网络中的能耗占消耗的 57%左右。在未来 5G 的超密集基站部署的过程中，网络进一步的增加。

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