《動態能量獲取下無線網路的協同能量管理與資源最佳化》是依託清華大學，由周盛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：動態能量獲取下無線網路的協同能量管理與資源最佳化
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：周盛
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於具備綠色環保、部署靈活和維護便利等特點，可再生能源在無線網路中的套用正引起人們的廣泛關注。目前學術界對可再生能源下無線通信的研究尚處於起步階段，與實用化需求相距較遠。為解決可再生能源的隨機性和不穩定性對維持無線通信質量的不利影響，本項目以保障服務質量為目標，研究無線網路中的能量管理機制，著眼於動態能量獲取與無線資源分配之間、可再生能源與電網能源之間、及能量使用在不同傳輸節點之間的協同。擬開展以下研究工作：（1）對於單鏈路無線傳輸，研究動態能量獲取下的功率、自適應調製編碼和多天線的聯合資源分配最佳化。（2）對於由能量獲取方式和能力不同的異構節點組成的網路，研究節點的部署最佳化，並根據能量的動態到達，設計多節點合作傳輸策略。開展本項目的研究，能為可再生能源在無線蜂窩網、物聯網等多領域的實用化提供有價值的技術參考，利於無線網路的可持續發展，對經濟發展和環境保護均有積極意義。
結題摘要
由於可再生能源由於具備綠色環保、部署靈活和維護便利等優點，同時隨著智慧型電網的興起，無線通信的供電形式也日益多樣化。在此趨勢下，能量的到達或能量的代價都存在動態性，對保證通信質量提出了新挑戰。本項目針對無線通信中獲取能量的動態性，以保障無線通信質量為目標，研究無線網路中的能量管理機制，著眼於可再生能量和電網能量的協同，及動態能量到達與業務需求在時空上的適配。項目依照計畫進行，代表性研究成果包括： 1. 可再生能量的隨機到達特性建模。 （a）分析美國國家可再生能源實驗室公布的長達27年光照強度數據，建立了太陽能到達的隱馬爾可夫鏈數學模型。 （b）套用該模型，設計了人工神經網路算法對未來短時能量到達進行準確預測。 2. 單鏈路動態能量獲取下的無線資源最佳化。 （a）針對由可再生能源和電網混合對發端供電的單鏈路單天線系統，得到了吞吐量最大化為目標下，兩階段注水的最優功率分配結構。 （b）拓展到多天線單鏈路場景，進行時域和空域聯合分析，提出了最優的離線空時注水法及對應的線上算法。 （c）針對收發端均有能量隨機到達的場景，在電池容量無限的條件下，證明了門限功率控制策略為最優的線上策略，並給出最優門限值的閉式表達。在電池受限場景下得到了一般性最優線上策略的參數。 3. 多基站動態能量獲取下的無線資源管理與休眠控制。 （a）對於同構蜂窩網，根據基站能量狀態和業務時空分布，聯合最佳化基站的資源分配和開閉狀態，以低複雜度的分階段動態規划算法獲得與最優策略相仿的性能，並拓展該算法至基站間存在協作傳輸的場景。 （b）針對異構蜂窩網路，最佳化可再生能源驅動的微基站動態休眠與業務在宏基站和微基站間的卸載機制。 （c）在動態能量到達下多節點可互相傳遞能量的場景，得到了最大化系統效用函式的能量控制、傳遞和數據準入機制。 除計畫的研究內容，本項目還挖掘了信息存儲對於有效利用可再生能源的作用機理，提出了全新的動態推送與快取服務框架，最佳化可再生能量的使用。由此出發，有望揭示能量和信息在時域的互易關係，因此項目負責人2015年度獲批面上基金“能量時效性約束下的無線網路傳輸與存儲協同機制研究”作為本項目的後續研究。 共發表SCI期刊論文19篇，發表EI國際會議論文34篇，申請發明專利2項。項目研究工作受到同行認可，本人於2015年11月在IEEE/CIC ICCC國際會議上做了關於可再生能源供電無線通信的Tutorial。
