Power-efficient base station (BS) operation is one of the important issues in future green cellular networks. Previously well-known BS operation schemes, the cell zooming scheme and the cell wilting and blossoming scheme, require tight cooperation between cells in cellular networks. With the previous schemes, the non-cooperative BSs of a serving cell and neighboring cells could cause coverage holes between the cells, thereby seriously degrading the quality of service as well as the power saving efficiency of the cellular networks. In this paper, we propose a novel power-efficient BS operation scheme for green downlink heterogeneous cellular networks, in which the networks virtually adjust the coverage of a serving macrocell (SM) and neighboring macrocells (NMs) without adjusting the transmission power of the BSs when the SM is lightly loaded, and the networks turn off the BS of the SM when none of active users are associated with the SM. Simulation results show that our proposed scheme significantly improves the power saving efficiency without degrading the quality of service (e.g., system throughput) of a downlink heterogeneous LTE network and outperforms the previous schemes in terms of system throughput and power saving efficiency. In particular, with the proposed scheme, macrocells are able to operate independently without the cooperation of a SM and NMs for green heterogeneous cellular networks.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제10권9호
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pp.4145-4164
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2016
Energy harvesting is an increasingly attractive source of power for cellular networks, and can be a promising solution for green networks. In this paper, we consider a cellular network with power beacons powering multiple mobile terminals with microwave power transfer in energy beamforming. In this network, the power beacons are powered by grid and renewable energy jointly. We adopt a dual-level control architecture, in which controllers collect information for a core controller, and the core controller has a real-time global view of the network. By implementing the water filling optimized power allocation strategy, the core controller optimizes the energy allocation among mobile terminals within the same cluster. In the proposed green energy cooperation paradigm, power beacons dynamically share their renewable energy by locally injecting/drawing renewable energy into/from other power beacons via the core controller. Then, we propose a new water filling optimized green energy cooperation management strategy, which jointly exploits water filling optimized power allocation strategy and green energy cooperation in cellular networks. Finally, we validate our works by simulations and show that the proposed water filling optimized green energy cooperation management strategy can achieve about 10% gains of MT's average rate and about 20% reduction of on-grid energy consumption.
Comaniciu, Cristina;Mandayam, Narayan B.;Poor, H. Vincent;Gorce, Jean-Marie
Journal of Communications and Networks
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제12권2호
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pp.114-121
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2010
In this paper, an auctioning strategy is proposed for cellular networks that ensures net energy savings. The pricing scheme, in conjunction with a two dimensional bid structure, incentivizes cooperation at the terminal nodes for better interference management at receivers and for cooperative relaying. It is shown that, for the proposed auctioning strategy, network operators are guaranteed revenue gains, mobile nodes' dominant strategy is to bid their true valuation of their energy resources, and overall effective energy gains occur under the assumption of a reserve price for bidding. Simulation results show that significant energy savings can be achieved by employing this auctioning mechanism for a 3G cellular set-up.
In this paper, we propose a two-stage base station (BS) sleeping scheme to save energy consumption in cellular networks. The BS sleeping mode is divided into a light sleeping stage and a deep sleeping stage according to whether there is a user in the BS's coverage. In the light sleeping stage, a BS will retain its coverage and frequently switch between the on state and the doze state according to the service characteristics. While in the deep sleeping stage analysis, the BS will shut down its coverage, and neighbor BSs will patch the coverage hole. Several closed-form formulas are derived to demonstrate the power consumption in each sleeping stage and the stage switching conditions are discussed to minimize the average power consumption. The average traffic delay caused by BS sleeping and the average deep sleeping rate under a given traffic load have also been studied. In addition, it is shown that BS sleeping is not always possible because of the limited quality of service (QoS) requirements. Simulation results show that the proposed scheme can effectively reduce the average BS power consumption, at the cost of some extra traffic delay. In summary, our proposed framework provides an essential understanding of the design of future green networks that aim to take full advantage of different stages of BS sleeping to obtain the best energy efficiency.
이종의 셀룰러 망은 다양한 무선 환경에서의 이동 단말 서비스를 지원한다. 최근 셀룰러 망에서는 음성 서비스 및 데이터 서비스의 요구가 폭발적으로 증가하고 있는 추세로 기술적 기반이 LTE-A (Long-Term Evolution Advanced)와 IEEE 802.16m 무선망으로 전환되어 보다 많은 수의 기지국 서비스 지원을 필요로 하게 되었다. 셀룰러 망에서의 전력 수요는 대부분 기지국에서 소모되며 이에 기지국의 에너지 소모의 절감이 요구되고 있는 시점이다. 본 논문에서는 동적인 전력 관리 방안을 기반으로 기지국의 전력 소비를 줄이는 방안을 제안한다. 본 논문에서는 시뮬레이션을 통하여 저전력 기지국 수행을 위한 핸드오버 방식의 성능 분석을 수행한다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제10권10호
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pp.4848-4863
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2016
The explosive wireless data service requirement accompanied with carbon dioxide emission and consumption of traditional energy has put pressure on both industria and academia. Wireless networks powered with the uneven and intermittent generated renewable energy have been widely researched and lead to a new research paradigm called green communication. In this paper, we comprehensively consider the total generated renewable energy, QoS requirement and channel quality, then propose a utility based renewable energy allocation policy. The utility here means the satisfaction degree of users with a certain amount allocated renewable energy. The energy allocation problem is formulated as a constraint optimization problem and a heuristic algorithm with low complexity is derived to solve the raised problem. Numerical results show that the renewable energy allocation policy is applicable not only to soft QoS, but also to hard QoS and best effort QoS. When the renewable energy is very scarce, only users with good channel quality can achieve allocated energy.
Several energy saving techniques in cellular wireless networks such as active base station (BS) selection, transmit power budget adaptation and user association have been studied independently or only part of these aspects have been considered together in literature. In this paper, we jointly tackle these three problems and propose an integrated framework, called dynamic cell reconfiguration (DCR). It manages three techniques operating on different time scales for ultimate energy conservation while guaranteeing the quality of service (QoS) level of users. Extensive simulations under various configurations, including the real dataset of BS topology and utilization, demonstrate that the proposed DCR can achieve the performance close to an optimal exhaustive search. Compared to the conventional static scheme where all BSs are always turned on with their maximum transmit powers, DCR can significantly reduce energy consumption, e.g., more than 30% and 50% savings in uniform and non-uniform traffic distribution, respectively.
셀 주밍은 트래픽 변화에 따라 기지국의 셀 범위를 적응적으로 변화시킬 수 있도록 한다. 이러한 셀주밍은 안테나 각도 조절, 기지국 클러스터링 혹은 셀 릴레이를 통해 구현될 수 있다. 셀룰러 네트워크는 셀주밍을 이용하여 에너지 효율적으로 셀 범위를 조절하여 기지국에 소비되는 에너지를 절감할 수 있다. 하지만 기지국의 소비 에너지 절감과 사용자 측면에서의 호 단절 확률 간에는 trade-off가 있어 적절한 관리방법이 필요하다. 이를 위해 주기적으로 기지국들의 셀 주밍을 조절하는 방식이 사용되었다. 그러나 이 방식은 일정주기에 따라 동작하기 때문에 동적 특성을 가지는 트래픽의 경우에 적절하지 못하다는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 트래픽 상황에 따라 반주기적 (semi-periodic)으로 기지국의 셀주밍을 관리하는 방식을 제안했다. 이와 관련하여 반주기적 셀주밍을 하는 기지국 선정방법과 그러한 기지국들의 동작방식도 제안했다. 시뮬레이션을 통한 성능평가에서 제안방식이 기존 방식보다 에너지 소비를 절감하면서도 비슷한 수준의 호 단절 확률을 유지할 수 있는 것을 확인하였다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제9권3호
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pp.1057-1073
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2015
In this paper, we consider cooperative D2D communications in cellular networks. More precisely, a cellular user leases part of its spectrum to facilitate the D2D communication with a goal of improving the energy efficiency of a D2D pair. However the D2D pair is untrusted to the cellular user, such resource sharing may result in the information of this cellular user unsecured. In order to motivate the cellular user's generosity, this D2D pair needs to help the cellular user maintain a target secrecy rate. To address this issue, we formulate a joint spectrum and power allocation problem to maximize the energy efficiency of the D2D communication while guaranteeing the physical layer security of the cellular user. Then, a theorem is proved to indicate the best resource allocation strategy, and accordingly, an algorithm is proposed to find the best solution to this resource allocation problem. Numerical results are finally presented to verify the validity and effectiveness of the proposed algorithm.
최근 전력난으로 인해 각 분야에서 에너지 절감을 위한 기술에 대한 연구가 활발하게 진행됨에 따라 네트워크분야에서도 에너지 절감을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 변화하는 트래픽 밀도에 따라 기지국의 전송파워를 조절하여 트래픽이 없거나 적은 경우 발생하는 불필요한 기지국의 에너지 소모를 줄임으로서 기지국의 소모 에너지를 절감하는 셀 주밍 기법을 제안하고, 트래픽의 변화에 따른 기지국의 서비스 시나리오를 비교하여 에너지 절감을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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