能量状态不确定环境下IMT-A异构蜂窝网络能量建模与柔性组网机制研究

批准号:
61302108
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
李宏佳
依托单位:
学科分类:
F0103.通信理论与系统
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
唐鼎、覃毅芳、王恒、许颖、宋俊平、王泽珏、霍冬冬、张小康、侯现成
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中文摘要
可再生能源(太阳能、风能等)引入移动通信网络是降低碳排放的有效手段,得到了广泛关注。IMT-A异构蜂窝网络(Hetnet)中小型基站的低功率,为可再生能源引入基站密集部署的环境(如,城市)提供了良好的应用场景。由于可再生能源在时、空上的不确定性,因此,二者结合后将构成能量状态不确定环境下的IMT-A异构蜂窝网络,为新的研究课题。为了对可再生能源基站设计与组网设计提供应用理论基础,本项目将首先基于概率方法与随机分析从系统的角度建立并分析能量状态不确定下通信基站能量行为模型。服务质量的保证是这种"开源"绿色通信技术能否实用的决定性因素。因此,本项目将进一步对单点柔性覆盖机制展开研究;然后,针对可再生能源在Hetnet大规模应用中由多能量源、多层小区所构成的随机复杂系统的优化问题,展开基于聚类分析的低复杂度柔性组网算法的研究。通过本项目研究,将为绿色通信技术提供新的应用理论基础与解决方案。
英文摘要
It draws great interests that wireless communication networks are powered by renewable energy from natural resources (e.g., solar, wind, and hydro) to reduce carbon footprints. Due to low rating power of small base stations in IMT-A heterogeneous cellular networks (Hetnet), Hetnet poses good opportunities of intensively deploying renewable energy to cellular networks in cities. However, the renewable energy sources and the energy buffer, which are the main parts of renewable energy power supply system, have the limitation of unstable availability and capacity. Therefore, renewable energy system applied in Hetnet will make the Hetnet under uncertain energy states, which is a new research topic. In order to provide the applied theory to the design of renewable energy powered base station (BS) and networking scheme, the project will firstly study how to construct and analyze the model of energy behavior of BSs under the uncertain energy state from the perspective of the system, on the basis of probabilistic methods and random analysis. How to guarantee the quality of service (QoS) determines whether the "open source" green technology can be applied. Therefore, this project will further study single-point liquid coverage mechanism, which aims to improve both the lifetime and renewable energy untilization of the renewable energy powered BS. In the scenario of large-scale applications of renewable energy in Hetnet, the QoS optimization problem constrained by multiple type of energy sources and complex interference relationships is in essence a random-complex optimization problem. Then, on basis of cluster analysis, liquid networking algorithm with low complexity will be studied. Through this project, a new applied theory and solutions will be provided to the green communication technology.
将可再生能源(太阳能等)引入移动通信网络是降低碳排放的有效手段,得到了广泛关注。异构蜂窝网络(HetNet)是IMT-A与IMT-2020中重要的组网方式。本项目将可再生能源引入IMT-A HetNet,形成可再生能源与市电混合供能HetNet(简称为HybE-Net)。由于可再生能源的时、空不确定性,二者结合后HybE-Net将具有能量状态不确定性,为新的研究课题。为了对HybE-Net柔性组网设计与可再生能源基站设计提供应用理论基础,本项目围绕两个基本问题展开研究:1. HybE-Net能量行为建模及其行为特征量化问题;2. HybE-Net柔性组网中服务质量与可再生能源利用率权衡与优化问题。.针对基本问题1,本项目组率先提出了能量分组的概念,将时间连续的能量离散化为一系列的能量分组,并引入排队论建立了HybE-Net中不确定性的能量源(可再生能量源)、非线性的储能单元、时变基站负载之间的关系模型;然后采用随机分析方法量化了HybE-Net能量行为特征(包括:能量的采集率、消耗间隔和状态概率)。所建立模型有效性通过基于实采气象数据与移动网络话单的仿真评估进行了验证。该成果获得国际会议最佳论文奖1项(IEEE ICNC 2014最佳论文奖(录用率23.6%,3篇最佳论文中评分排名第1))。进一步,本项目组定义了用于量化和评估可再生能源供能基站系统的设计指标:“服务中断概率”,“可再生能源利用率”以及“平均放电深度”;并提出了满足所提设计指标条件下的供电系统优化设计方法。.针对基本问题2,本项目组首先将柔性组网引入HybE-Net,针对HybE-Net柔性组网中接入控制、柔性覆盖与自适应休眠三种机制NP难问题的特点,分别采用蚁群算法、模糊控制、博弈论提出了兼顾可再生能量利用率与QoS的高效优化算法,为可再生能源基站在移动通信网络中的渗透应用提供优化方法支撑。进一步,针对多可再生能源供能基站协作传输场景下涉及功率、空-时-频资源、传输模式的高阶离散优化问题,基于凸优化理论形成一套高效优化算法,为协作应用场景提供了高效在线优化方法,该成果扩展应用于面向IMT-2020 HetNet的智能组网与边缘计算领域。.基于上述研究成果,本项目组在IEEE Commun. Lett.等期刊发表SCI论文5篇,在Globecom、SECON等会议发表论文12篇,申请发明专利11项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1007/s11432-016-0391-2
发表时间:2017-02
期刊:Science China Information Sciences
影响因子:--
作者:Zejue Wang;Hongjia Li;Zhen Xu
通讯作者:Zejue Wang;Hongjia Li;Zhen Xu
DOI:--
发表时间:2014
期刊:中国科学:信息科学
影响因子:--
作者:慈松;李宏佳;陈鑫;王强文
通讯作者:王强文
DOI:--
发表时间:2015
期刊:中兴通讯技术
影响因子:--
作者:李宏佳;陈鑫;周旭
通讯作者:周旭
Modeling, metrics, and optimal design for solar energy-powered base station system
太阳能供电基站系统的建模、度量和优化设计
DOI:10.1186/s13638-015-0270-0
发表时间:2015-02
期刊:EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking
影响因子:2.6
作者:Ye Lingbao;Chen Xin;Tang Hui;Ci Song
通讯作者:Ci Song
Cross-layer transmission and energy scheduling under full-duplex energy harvesting wireless OFDM joint transmission
全双工能量收集无线OFDM联合传输下的跨层传输与能量调度
DOI:10.1007/s11432-015-5481-9
发表时间:2016-04
期刊:Science China Information Sciences
影响因子:--
作者:Wang Zejue;Hu Dan;Ci Song;Xu Zhen
通讯作者:Xu Zhen
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