基于绿色小站的异构网络资源调度算法研究

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1、申请上海交通大学硕士学位论文基于绿色小站的异构网络资源调度算法研究论文作者杨帆学号1120329026指导教师杨博副教授专业控制科学与工程答辩日期2015年1月16日SubmittedintotalfulfilmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinControlScienceandEngineeringHeterogeneousnetworkresourceschedulingalgorithmbasedongreenstationFYSupervisorProf.BYD

2、A,SEIEESJTUS,P.R.CJan.16th,2015上海交通大学硕士学位论文摘要基于绿色小站的异构网络资源调度算法研究摘要近年来，移动通信技术、移动互联网、消费电子发展迅速，移动终端数量呈指数增长，移动无线网的通话质量、数据传输延迟、蜂窝覆盖范围等问题随之显得更加突出。除此以外还有耗费在维持通信上的巨大能耗导致的碳排放问题，因此设计一个良好的资源调度策略成为人们

3、日益关注的重点。作为新一代高速移动通信技术，LTE-A标准更加迅捷、效率，在该标准下的异构网络资源分配研究更具实际意义。为研究LTE-A标准下的资源分配问题，本文考虑以下三个情景：1.虚拟运营商提供软件服务并寻求无线服务商的硬件支持，无线服务商为增强覆盖租用Femto基站；2.基站与便携式绿色小站组成的异构中继网络，以直传或是中继协作传输方式服务移动用户；3.在情景2的基础上基站需要进行流量控制、小站需要进行能源管理。针对上述三个场景，本文做了如下研究工作：研究Femto基站、无线服务商和虚拟运营商三方在通信市场中的博弈问题。本文根据决策阶段将三者

4、划分为不同角色：主导者和跟随者。基于此用四层斯塔克伯格模型描述该问题，通过逆向推导法解决了该模型中的Femto基站群竞争问题、频谱资源调度问题、频谱资源定价问题和吞吐量购买问题。本文设计了一种Femto基站激励规则，该规则影响Femto基站之间的竞争并导致纳什均衡。最后给出的理论推导和实验仿真验证了该理论。研究绿色便携小站作为中继情形下的异构网络资源分配。本文首先描述了网络模型、中继节点电池模型和资源块分配模型，该优化目标是一个混合整数规划问题。首先将问题中的二进制变量连续化获得凸优化问题，再使用拉格朗日对偶分解降低原问题复杂度。最后迭代拉格朗日乘

5、子取得收敛值。该问题主要解决了子帧分配、资源块分配、能耗分配三个问题。另外，本文还提出了一种次优的在线算法，避免离线算法的因果悖论。实验仿真给出了两种算法的性能比较。扩展应用场景，探讨流量控制、资源调度和能量管理问题。本文利用队列—i—基于绿色小站的异构网络资源调度算法研究上海交通大学硕士学位论文描述数据传输和电池电量变动过程，通过保证队列瞬时和时均稳定保持系统稳定。使用李雅普诺夫优化方法将问题分解为三个不耦合的子问题方便计算。子问题分别解决流量控制问题、子帧与资源块分配问题和能源管理问题。随后给出相应算法性能证明与队列稳定性证明，并进行了仿真。关

6、键词：Femto基站LTE-A中继节点资源块分配新能源能耗管理—ii—上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTHeterogeneousnetworkresourceschedulingalgorithmbasedongreenstationABSTRACTWiththerapiddevelopmentofMobileCommunicationTechnology,MobileIn-ternetandConsumerElectronics,theamountofmobileterminalsgrowsexponentially.Theproblem

7、sofQoS(QualityofService),transmissiondelayandcellularcoveragearemoreandmoreprominent.Letalonethehugeenergyconsumptionandcarbonemissions.Itisurgenttodesignanefficientresourceschedulingstrategy.LTE-Apro-videsamoreeffectivecommunicationstandardtosolvetheseproblems.Andwefocusonstudyi

8、ngtheresourceallocationinheterogeneousrelaynetworkwiththeLTE-