Abstract
Increased energy consumption becomes a major issue in 5G cellular networks, which inspires the network operators to deploy renewable energy sources. However, due to the fluctuating nature of renewable energy sources, the energy harvested by base stations (BSs) may not fit for their load conditions. The transmit power of the BS needs to be redesigned again. Hence, this paper considers power control in energy cooperation enabled millimeter wave networks, to alleviate the harvested energy imbalance problem and reduce the energy waste. Each BS is solely powered by renewable energy sources and the harvested energy is allowed to be transferred between BSs. Each BS needs to determine whether the energy should be stored in the battery or transferred to others at each time slot. In this paper, power control is formulated as a stochastic optimization problem, aiming at maximizing the time average network utility while keeping the network stable. An online algorithm called dynamic energy-aware power allocation is proposed based on Lyapunov optimization, which does not need to acquire any statistical knowledge of channels and traffic arrivals. Simulation results show that compared with the power control scheme without energy cooperation, the proposed algorithm with energy cooperation can achieve higher network sum rate while reducing the delay and the required battery capacity
چکیده
افزایش مصرف انرژی، یک مسئله اساسی در شبکه‌های سلولی نسل پنجم می‌باشد که اپراتورهای شبکه را به سمت استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر سوق می‌دهد. با این حال، به سبب نوسانات طبیعی منابع انرژی تجدیدپذیر، انرژی استفاده شده توسط ایستگاه پایه (BS) ممکن است برای شرایط باری آنها متناسب نباشد. ضروری است که توان ارسالی BS مجدداً طراحی شود. در نتیجه، این مقاله کنترل توان در شبکه‌های موج میلی متری همکار در زمینه انرژی را جهت کم کردن مسئله عدم توازن انرژی استفاده شده و کاهش اتلاف انرژی بررسی می‌کند. هر BS به تنهایی توسط منابع انرژی تجدیدپذیر تغذیه می‌شود و انرژی استفاده شده قادر به انتقال بین BS ها است. ضروری است که هر BS تعیین کند که آیا انرژی باید در باتری ذخیره شده و یا به دیگر BS در هر اسلات زمانی ارسال شود. در این مقاله، کنترل توان به صورت یک مسئله بهینه سازی تصادفی فرموله شده و تلاش در جهت حداکثر کردن میانگین زمانی استفاده از شبکه و در عین حال پایداری آن را داریم. یک الگوریتم برخط که به آن تخصیص توان آگاه از انرژی دینامیکی (DEPA) گفته می‌شود، مبتنی بر بهینه سازی لیاپانوف پیشنهاد شده است که نیازی به دستیابی به اطلاعات آماری کانال‌ها و ورود ترافیک‌ها ندارد. نتایج شبیه سازی نشان می‌دهد که در مقایسه با روش کنترل توان بدون همکاری انرژی، الگوریتم پیشنهادی با همکاری انرژی می‌تواند به نرخ مجموع شبکه بالاتری دست یابد و در عین حال تأخیر و ظرفیت باتری مورد نیاز را نیز کاهش دهد.
1- مقدمه
امروزه، محدودیت‌های مصرف انرژی فراوانی به سبب داده‌های مورد نیاز فراوان در شبکه‌های مخابراتی بیسیم وجود دارد. تا سال 2020، 50 میلیارد دستگاه متصل به اینترنت در دنیا وجود خواهد داشت [1]. چنین سطح وسیعی از اتصال منجر به مصرف انرژی بی سابقه‌ای بدون مدیریت انرژی مؤثر شده است. با توجه به آخرین اطلاعات، تکنولوژی مخابرات و اطلاعات (ICT) حدود 10 درصد از مصرف انرژی در دنیا را به خود اختصاص داده است [2]. بعلاوه، موضوعات محیطی مانند انتشار کربن نیز بسیار حیاتی است. این موارد، تکنولوژی‌های نوظهور را به سمت پیاده سازی به منظور برآورده کردن اهداف ذخیره سازی انرژی سوق می‌دهد. تکنولوژی برداشت انرژی یکی از راه حل‌های عملی است که می‌تواند انتشار دی اکسید کربن و هزینه انرژی را کاهش دهد [3]. می‌توان انرژی را از منابعی مانند پنل های خورشیدی و توربین‌های بادی برداشت کرد و به ایستگاه‌های پایه توان داد…