SON網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的能效優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、隨著全球信息化建設(shè)的快速推進(jìn)以及大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)+等新型技術(shù)的蓬勃發(fā)展，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)逐漸成為承載各種新型業(yè)務(wù)發(fā)展的基礎(chǔ)性平臺(tái)。由于越來(lái)越多由固網(wǎng)提供服務(wù)的業(yè)務(wù)逐漸向無(wú)線接入方式轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致了移動(dòng)數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)指數(shù)式增長(zhǎng)，而密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)(SCN，Small CellNetwork)與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(HetNets，Heterogeneous Networks)等新型網(wǎng)絡(luò)通過(guò)大規(guī)模部署低功率接入點(diǎn)(LPN，Low Power Node)和增加基

2、站密度的方式能夠有效地加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和提升系統(tǒng)容量，因此得到了廣泛的研究與應(yīng)用。雖然大規(guī)模的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)部署能夠帶來(lái)良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能，卻造成了嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)能耗問(wèn)題，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增多也增加了網(wǎng)絡(luò)管理上的復(fù)雜度。本論文在5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究背景下，針對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)(SON，Self-organizing Network)下的能效優(yōu)化技術(shù)展開(kāi)了研究。
　　首先針對(duì)SON理論和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了全面深入的調(diào)研，給出了SON在LTE網(wǎng)絡(luò)中的體系

3、架構(gòu)。圍繞SON體系架構(gòu)主要介紹了HetNets的組網(wǎng)原理及其挑戰(zhàn)，其中對(duì)小區(qū)范圍覆蓋擴(kuò)展以及干擾協(xié)調(diào)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了SCN和HetNets中關(guān)于基站休眠節(jié)能技術(shù)的研究現(xiàn)狀，在宏基站保障網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下，通過(guò)動(dòng)態(tài)控制LPN的工作模式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的空時(shí)波動(dòng)特征的利用，實(shí)現(xiàn)能源效率的有效提升。
　　接著針對(duì)密集SCN中休眠節(jié)能技術(shù)展開(kāi)深入研究，提出了基于聯(lián)合基站休眠和傾角調(diào)整的新型節(jié)能方法。該方案在三扇區(qū)Mi

4、cro BS構(gòu)成的同構(gòu)密集網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下，利用分布式SON架構(gòu)的特點(diǎn)將動(dòng)態(tài)休眠策略與傾角調(diào)整策略分為兩個(gè)階段實(shí)現(xiàn)，相互配合完成節(jié)能目的。第一階段算法按照為實(shí)現(xiàn)休眠設(shè)計(jì)的效用函數(shù)完成對(duì)扇區(qū)分類，將能夠休眠的扇區(qū)集合作為待休眠扇區(qū)集合。第二階段對(duì)待休眠扇區(qū)進(jìn)行模式重調(diào)整，對(duì)其中不適合休眠的扇區(qū)進(jìn)行模式切換，使其保持開(kāi)啟狀態(tài)，并對(duì)開(kāi)啟的扇區(qū)采取傾角調(diào)整策略，保障網(wǎng)絡(luò)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QoS，Quality of Service)。為了能夠有效地

5、對(duì)傾角進(jìn)行調(diào)整，在第二階段給出以分配固定傾角調(diào)整方案的基礎(chǔ)上，又提出兩種改進(jìn)型方案，即傾角優(yōu)化調(diào)整方案和改進(jìn)型傾角優(yōu)化調(diào)整方案。改進(jìn)型方案在實(shí)現(xiàn)傾角調(diào)整時(shí)沒(méi)有采用分配固定傾角的作法，而是通過(guò)為傾角調(diào)整設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)函數(shù)來(lái)確定最優(yōu)的傾角組合，實(shí)現(xiàn)傾角調(diào)整的目的。仿真表明，所提出的三種方案能夠有效地跟蹤網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的波動(dòng)實(shí)現(xiàn)基站的動(dòng)態(tài)休眠，并利用扇區(qū)天線傾角的調(diào)整來(lái)改善網(wǎng)絡(luò)的覆蓋與QoS?；诜峙涔潭▋A角方案能夠有效地降低算法復(fù)雜度，基于傾角優(yōu)

6、化調(diào)整方案在網(wǎng)絡(luò)阻塞概率方面性能比較穩(wěn)定，而改進(jìn)型傾角優(yōu)化調(diào)整方案則是在網(wǎng)絡(luò)能效與阻塞概率方面的最佳折中方案。
　　最后在SCN基于傾角優(yōu)化調(diào)整休眠方案的基礎(chǔ)上，提出了適合HetNets中微微基站(Pico BS)的新型基站休眠節(jié)能方法。該方案根據(jù)HetNets的特點(diǎn)，綜合考慮宏扇區(qū)天線傾角對(duì)扇區(qū)用戶頻譜效率、周圍扇區(qū)用戶的頻譜效率以及對(duì)周圍用戶干擾等因素，設(shè)計(jì)了用于衡量宏扇區(qū)天線傾角調(diào)整的性能指標(biāo)函數(shù)，以協(xié)助完成傾角優(yōu)化調(diào)整。隨

7、后根據(jù)是否采用傾角調(diào)整，提出兩種不同的動(dòng)態(tài)Pico BS休眠算法，即貪婪式與基于傾角調(diào)整的貪婪式。貪婪式休眠算法按照設(shè)計(jì)的休眠效用函數(shù)逐個(gè)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中的所有Pico BS，對(duì)能夠進(jìn)入休眠的Pico BS直接進(jìn)行休眠處理，該算法只是最大限度的關(guān)閉Pico BS，并沒(méi)有考慮網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)的覆蓋漏洞和QoS下降問(wèn)題。而基于傾角調(diào)整的貪婪式休眠算法在保證最大限度關(guān)閉Pico BS的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用傾角優(yōu)化調(diào)整來(lái)解決由于基站關(guān)閉帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋漏洞和