基于绿色通信的OFDMA网络资源分配算法研究

发布时间：2017-10-18 11:22

  本文关键词：基于绿色通信的OFDMA网络资源分配算法研究

  更多相关文章： OFDMA 网络 绿色通信 物理层安全 无线充电李雅普诺夫优化

【摘要】：智能终端的迅速普及给人类生活带来了极大便利,然而由于无线通信系统的广播特性,这也给企业以及个人用户数据的隐私安全带来了新的威胁。以往学者们主要在网络高层研究安全性问题,但近年来,物理层安全性研究由于其优势正逐渐成为研究热点。然而,根据香农信息论,较高的保密需求往往限制着更大的网络流量,因此我们需要寻找一种最优载波分配方案。在下一代无线网络中,多址频分接入(OFDMA)技术由于其资源分配的灵活性和频谱利用的高效性特征,正成为一种较理想的接入方案。与此同时,智能终端高速率传输增大了基站的传输功耗,对有限的资源供给带来了很大的挑战。因此,本文聚焦于如何利用绿色新能源与基站的无线充电技术来应对日益加剧的环境污染问题和资源不足的瓶颈。综上,本文主要针对以下三个无线传输场景设计了OFDMA下行链路网络的跨层资源分配算法:1.基于混合能源供电的基站流量动态定价及资源分配。为了减少系统的电费开支,本文首先为基站配置了新能源和电网的混合供电系统,该系统根据实时的电力价格以及基站功耗需求进行充放电决策。接着考虑到网络盈利系统,我们对每位有随机数据传输请求的用户收取动态的流量费,一方面可以最大化网络净收益,另一方面通过流量控制来达到网络的稳定性和资源的最优分配。基于上述网络模型,我们设计了跨层的PCHA算法,并通过严谨的理论证明和基于matlab平台的仿真验证了该算法的网络稳定性及最优性。2.基于新能源供电的中继选择及基站流量控制和资源分配。为了改善边缘地区用户的数据传输速率,本文构建了OFDMA中继协作网络模型,通过为中继配置新能源充电设备降低了安装电力电缆线和电网电费的成本。此外,我们利用了动态队列技术和李雅普诺夫优化方法来应对复杂的网络结构以及较难获取的统计信息带来的挑战;设计了跨层的RCNA在线算法,在分配功率和子载波的同时优化中继选择,并证明了实际数据队列有确定性的上界,保证了网络稳定性,并且算法性能可以通过调节控制参数V无限接近最优值。3.基于无线充电技术的基站模式选择、时延控制及资源分配。为了解决室内用户无法获取室外新能源充电的难题,同时提高低数据请求下的频谱利用率,我们在第一部分安全传输的OFDMA网络模型基础上,拓展了基站的工作方式——无线充电模式。然而,基于安全传输的无线充电模式会给用户带来较高的传输延迟。因此,我们构建了虚拟时延队列和新颖的李雅普诺夫函数,设计了跨层DFRA资源调度算法:当基站的随机数据请求较少,用户的时延需求较低或者移动终端电量较低时,基站会通过无线电波给用户终端充电。值得一提的是,该算法将数据缓存压力从实际队列转移到了传输层的虚拟队列,即网络吞吐量与时延上界存在折衷的关系;但是实际数据队列有即时性的明确上界,并且不受控制参数V的影响,即当算法吞吐量无限逼近最优时不会影响基站处数据缓存队列的长度。
【关键词】：OFDMA 网络 绿色通信 物理层安全 无线充电李雅普诺夫优化
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 选题背景与研究意义15-17
• 1.2 OFDMA网络概述17-22
• 1.2.1 网络监听的解决方案18-20
• 1.2.2 中继协作传输技术20-22
• 1.3 本文研究的主要内容与难点22-24
• 1.3.1 研究内容22-23
• 1.3.2 研究难点23-24
• 1.4 研究现状及相关工作介绍24-26
• 1.5 本文的章节安排26-27
• 第二章 基于实时电价的保密传输流量定价及资源分配27-51
• 2.1 引言27
• 2.2 系统模型27-33
• 2.2.1 安全传输下的资源分配模型28-30
• 2.2.2 动态定价模型30-31
• 2.2.3 能源存储模型31-33
• 2.2.4 基站功耗模型33
• 2.3 问题描述33-35
• 2.4 基于定价的跨层调度和混合能源管理算法PCHA35-42
• 2.4.1 基于动态定价的流量控制算法35-37
• 2.4.2 调度和资源分配算法37-39
• 2.4.3 基于实时电价的混合能源管理算法39-42
• 2.5 算法性能分析42-46
• 2.6 仿真结果46-49
• 2.7 本章小结49-51
• 第三章 基于新能源的OFDMA中继协作网络资源分配51-75
• 3.1 引言51-52
• 3.2 系统模型52-56
• 3.2.1 资源分配模型53-55
• 3.2.2 流量控制模型55
• 3.2.3 能源存储模型55-56
• 3.3 问题描述56-58
• 3.4 跨层调度和新能源管理算法RCNA58-64
• 3.4.1 流量控制算法58-59
• 3.4.2 调度和资源分配算法59-63
• 3.4.3 新能源管理算法63-64
• 3.5 算法性能分析64-70
• 3.6 仿真结果70-73
• 3.7 本章小结73-75
• 第四章 基于无线充电的OFDMA网络时延控制与资源分配75-99
• 4.1 引言75-76
• 4.2 系统模型76-80
• 4.2.1 安全传输下的资源分配模型76-78
• 4.2.2 流量控制模型78
• 4.2.3 时延控制模型78-79
• 4.2.4 用户能耗模型79-80
• 4.3 问题描述80-81
• 4.4 基于时延的跨层调度和资源分配算法DFRA81-86
• 4.4.1 传输层控制算法82
• 4.4.2 流量控制算法82-83
• 4.4.3 跨层调度和资源分配算法83-86
• 4.5 算法性能分析86-93
• 4.6 仿真结果93-96
• 4.7 本章小结96-99
• 第五章 全文总结与展望99-101
• 5.1 全文总结99-100
• 5.2 研究展望100-101
• 参考文献101-109
• 致谢109-111
• 攻读学位期间发表的学术论文目录111-113
• 攻读学位期间参与的项目113

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