基于协同覆盖的绿色无线网络技术

公式中，区域S内无线网络为Wn，其中n=1,2,…,N代表网络标号；无线网络Wn下每个基站的固定能耗相同，均为Jn (焦耳)；无线网络Wn对用户进行服务时，给用户交互每比特耗能Mn (焦耳/比特)；无线网络Wn下的基站集合为{Bnj}，其中j =1,2,…,N；无线网络Wn下的用户集合为{Unk}，其中k=1,2,…,N；无线网络Wn的第j个用户的需求为D(Unk)；同种基站的服务能力完全相同。

2 异构网络协同覆盖的仿真及结果分析

为分析基于协同覆盖的绿色网络技术对网络能效比和对用户的服务能力的提升程度，本节对两异构网络协同覆盖的情况进行仿真。由于同构网络与异构网络只是在基站之间交互信令时有区别，因此本节的仿真结果也同样适用于同构网络。

2.1 仿真条件

在归一化面积为1的正方形区域S中，存在蜂窝网A，以及其他短距离网络B。为简单起见，假定：

(1)A的基站100个，均匀分布于区域S中；B的基站100个存在于随机选定的位置上。

(2)A网络下的所有基站性能指标完全相同，B网络下也如此。A网络中基站所能同时服务的用户数依次为40，B网络下基站同时服务的用户数为10。

(3)A网络中单个基站在无用户接入时的固定能耗归一化为2，B网络的单个基站固定能耗归一化为1。

(4)A网络中单个基站对每个用户进行服务时的边际能耗(即每增加一个用户后增加的能耗)归一化为0.04，B中单个基站对每个用户进行服务时的边际能耗归一化为0.02。

(5)区域S中，A网络的用户数依次为3 000个，B网络中为1 000个。用户位置均服从正态分布。

2.2 仿真结果及分析

图4所示为区域中网络A、B的基站以及用户的分布情况。方框代表网络A的基站，均匀分布在区域中；*号代表B中的基站，位置随机分布在区域中；方点代表区域中的用户位置。根据图4的分布图，对所有基站的服务能力与其所覆盖区域的用户需求进行匹配。两网协同后的仿真结果简单示意如图5、图6所示。

图5显示了区域内网络总体能量消耗与是否进行协同之间的关系，其中的能量进行了归一化。由图5可以看出，有协同时的能量消耗，比无协同时的能量消耗降低了8%。说明该协同覆盖技术具有明显的绿色节能能力。图6显示了网络整体服务能力与是否进行协同之间的关系。由图中可以看出，进行网络协同后，区域S中的无线网络的整体服务能力有很大提升。无线用户接入率由原先的95%左右，提升到当前的100%。网络资源得到了充分的利用。

3 结束语

本文研究了基于协同覆盖的绿色网络技术，提出了一种根据基站服务能力与用户需求进行匹配的网络协同策略。该策略以节能为目的，通过网络间的协同以及小区间的协同，在满足用户需求的前提下，让能效性能高的基站在自身服务能力有剩余的情况下，为能效性能低的基站下的用户提供服务，从而关掉部分能效低的基站，以实现节能的目的。从仿真结果可以看出，本文提出的基于协同覆盖的绿色无线网络技术在系统能效比以及用户接入成功率方面均有较明显的增益。

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张武雄，上海交通大学本科毕业，中国科学院上海微系统与信息技术研究所在读博士；研究方向为车载网关键技术研究；已经发表论文3篇，其中SCI/EI检索2篇。

胡宏林，中国科技大学工学博士，德国慕尼黑西门子公司博士后；2009年为中科院上海微系统所研究员、博士生导师，现任上海无线通信研究中心研发一部部长，美国John Wiley旗下WCMC、IJCS等期刊编委；主要从事国际标准化相关工作以及移动通信关键技术研究；已发表SCI论文近30篇、专著 5本。

杨暘，香港中文大学信息工程专业在读博士；曾任香港中文大学助理教授、英国布鲁奈尔大学讲师、英国伦敦大学高级讲师，现为中科院上海微系统所研究员、上海无线通信研究中心主任助理和副总工程师；已发表SCI/EI论文80篇。