基于用户关联的基站休眠策略研究

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绿色节能的异构蜂窝网络(HetNets)为未来移动通信网络的发展趋势,还存在资源分配、负载均衡、节能设计等一系列问题。基站作为蜂窝网络中能耗的重要组成,具有业务规律性和周期性的特点,因此引入基站休眠技术可以在保证用户的服务质量的前提下有效的节省能耗。用户与基站关联(User Association)技术为异构蜂窝网络中负载均衡问题,直接或间接影响着基站休眠策略。因此,本文以用户与基站关联技术为基础,设计了基站休眠方案,并验证了其有效性。首先,针对偏远地区独立基站休眠问题,论文设计了工作、等待、休眠、启动四个阶段,提出了具有启动阈值的N休眠策略及交替优化算法,并分析了休眠策略的有效性及交替优化算法的有效性和复杂性。结果表明,提出的休眠策略在到达率较低时可以有效的节省能耗,在具有约束条件的场景下,交替优化算法也可以以较低复杂度的获得次优解。然后,针对传统异构蜂窝网络中用户与基站关联时易于与宏基站关联的问题,本论文引入了小区缩放系数,为基站增加偏置值,使得微基站可以服务更多用户,进一步最小化区域功耗,提出了优化后的小区缩放用户关联方法。结果表明,算法可以有效的实现从宏基站到微基站的负载均衡,微基站用户的性能不受影响的同时宏基站用户的吞吐量和信干噪比都有所提升,并节省了大量能耗。最后,针对城市地区异构蜂窝网络中基站休眠问题,以上述研究内容为基础,本论文分析了随机、距离感知、负载感知的微基站休眠模式下的休眠概率及功耗模型,以最小化系统功耗为目标,设计了宏基站垂直协作与宏基站与微基站共同水平协作的两种休眠方案。对于水平协作时用户转移的多约束问题,提出了一种启发式的算法。结果表明,垂直协作和水平协作方案下均能在用户SINR损失较小时节省大量的能耗,其中水平协作方案相比于垂直协作可以进一步减少用户SINR损失。
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