绿色通信与网络

内容概要

FRichard Yu是加拿大渥太华市卡尔顿大学信息技术学院系统和计算机工程系的一名副教授。2003年，他获得加拿大不列颠哥伦比亚大学电气工程博士学位。2002~2004年，他参与了瑞典隆德爱立信公司的第三代蜂窝网络的研究和开发工作。2005~2006年，他曾在美国加利福尼亚州的一个创业公司研发无线通信技术和该领域更为先进的技术。2007年，他加入了加拿大渥太华市卡尔顿大学信息技术学院系统和计算机工程系。他的研究方向包括跨层设计、安全性以及无线网络中服务质量的部署。

他分别获得了2012年的卡尔顿研究成就奖，2011年安大略省的早期研究者奖，2010年的IEEE/IFIP TrustCom贡献奖，2009年的加拿大创新基金会颁发的领导机会基金奖，2009年IEEE/IFIP TrustCom以及2005年网络研究国际大会的论文奖。

Yu博士是IEEE的高级成员，他同时担任多个期刊的编委，包括IEEE车辆技术、IEEE通信调查和教程、ACM/Springer无线网络、EURASIP无线通信网络、点对点模式及传感器无线网络、Wiley安全和通信网络期刊，以及无线通信和网络国际期刊。他还担任IEEE系统杂志的智能电网通信系统研究方向特刊的客座编辑。他曾担任众多会议的技术方案委员会委员，如第13届IEEE CCNC、2012年INFOCOMCCSES、2012年ICCGCN、2012年VTC、第11届Globecom、2011年INFOCOMGCN、2010年INFOCOMCWCN、2009年IEEE IWCMC、2008年VTC和2007年WINITS等会议的技术方案委员会共同主席，以及2010年ICST QShine的出版主席和2009年ICUMTCWCN会议的联合主席。

Xi Zhang本科和硕士毕业于中国西安的西安电子科技大学，在宾夕法尼亚州伯利恒利哈伊大学获得电气工程和计算机科学的硕士学位，并获得安娜堡密歇根州立大学电气工程和计算机科学（电气工程系统）博士学位。

他目前是德克萨斯农工大学电气和计算机工程系网络与信息系统实验室的副教授和主任。1984~1989年，他任北京信息技术工程学院电气工程与计算机科学系计算机系统工程部门助理教授和主任。通过中国教育委员会奖学金的资助，他分别在澳大利亚悉尼科技大学的电气工程学院和澳大利亚詹姆斯库克大学电气和计算机工程系进行了深造。他参与了新泽西美利山AT&T贝尔实验室网络和分布式系统研究部门和新泽西弗洛厄姆公园AT&T实验室的研究。他发表了200多篇无线网络和通信系统、移动计算、网络协议的设计和建模、统计通信、随机信号处理、信息论、控制论和系统领域的论文。

Zhang博士主要研究移动无线多播网络和系统领域，曾获得2004年美国国家科学基金奖。他是IEEE通信协会特聘讲师。他曾获得2007年IEEE GLOBECOM、2009年IEEE GLOBECOM和2010年IEEE WCNC论文奖。他在2006年因其研究方面的优异表现从德克萨斯农工大学的工程学院站获得了TEES优 秀青年教师奖。他目前担任或曾担任IEEE通信的编辑、IEEE无线通信的编辑、IEEE车辆技术的副主编、IEEE通信期刊特刊高速车辆的宽带无线通信的客座编辑、IEEE通信期刊特刊无线视频传输的客座编辑、IEEE通信的副主编、IEEE通信杂志特刊合作无线网络的发展客座编辑、IEEE通信杂志特刊下一代CDMA与4G无线应用的OFDMA的客座编辑、

John Wiley杂志的无线通信和移动计算方向的编辑、计算机系统网络和通信期刊的编辑、John Wiley杂志安全和通信网络的副编辑、计算机通信领域Elsevier期刊编辑，Elsevier旗下的计算机通信研究方向的编辑、John Wiley期刊无线通信和移动计算的特刊下一代无线通信和移动计算的客座编辑。

他经常在美国国家科学基金会的研究提案审查小组工作。他是现任且曾担任2011年IEEE GLOBECOM会议的技术方案委员会（TPC）主席，2012年IEEE INFOCOM的技术方案委员会的区域主席，2012年INFOCOM可持续能源系统的绿色网络和智能电网工作组的联合主席，2012年IEEE ICC绿色通信与网络工作组的TPC联合主席，2011年IEEE INFOCOM绿色通信与网络工作组的联合主席，2011年IEEE ICDCS数据中心的性能工作组的TPC总联合主席，2011年ACM MobiCom会议的分组会/展示组/海报组主席，2010年IEEE INFOCOM的TPC副主席，2010年ACM QShine的总主席，2009年IEEE INFOCOM小型会议的TPC联席主席，2008年IEEE GLOBECOM会议的无线通信研讨会部分的TPC共同主席，2008年IEEE GLOBECOM会议的信息与网络安全研讨会部分的TPC共同主席，2006年、2007年和2008年IEEE/ACM国际跨层优化无线网络研讨会的研讨会主席，2006年、2007年和2008年IEEE/ACM IWCMC会议的TCP主席，2008年IEEE INFOCOM的展示组/海报组主席，2007年IEEE INFOCOM的学生旅行资助联合主席，2010年ACM QShine主席，2007年IEEE ICCCN的联合主席，2007年IEEE/ACM MSWiM和2006年IEEE QShine海报组主席、QShine执行委员会联合主席，2007年IEEE/ACM QShine和2005年WirelessCom的宣传主席，2007年IEEE ICCCN跨层优化的无线网络和多媒体通信和2004年IEEE QShine WiFi热点/无线局域网和服务质量部分的小组成员。他曾担任超过100个 IEEE/ACM会议的TPC会员，包括IEEE INFOCOM、IEEE GLOBECOM、IEEE ICC、IEEE WCNC、IEEE VTC、IEEE/ACM QShine、IEEE WoWMoM、IEEE ECCCN等。

Victor CMLeung 1977年获不列颠哥伦比亚大学的电子工程学位和应用科学学士（荣誉称号），并作为应用科学学院毕业班领头人物被授予APEBC金奖。他得到了自然科学和工程研究理事会研究生奖学金，并进入了不列颠哥伦比亚大学研究生院，于1981年获得电气工程博士学位。

1981~1987年，Leung博士是MPR Teltech公司的高级技术人员，主要研究卫星通信系统的规划、设计和分析。1988年，他在中国香港大学

作为一名电子系讲师开始了他的学术生涯。1989年，他作为一名教员回到不列颠哥伦比亚大学，目前已经是电气和计算机工程系教授和高级电信工程的TELUS流动研究主席。他是不列颠哥伦比亚大学计算信息和认知系统研究所的成员，还是吉林大学、北京交通大学软件学院、华南理工大学、香港理工大学和北京邮电大学的兼职/客座指导教师。Leung博士曾合作撰写了500多篇学术论文，在国际期刊和会议上发表，并且有些论文被选为好论文。他的研究方向是架构和协议设计、计算机和电信网络管理算法及性能分析、无线网络和移动系统的当前焦点。

Leung博士是一名加拿大不列颠哥伦比亚省注册专业工程师。他是一名IEEE会士、加拿大工程师协会会员和加拿大工程院研究员。他是一个杰出的IEEE通信学会讲师。他是IEEE电脑期刊、IEEE无线通信、计算机通信、通信和网络，以及其他一些期刊的编辑委员会成员。此前，他曾担任IEEE无线通信系列、无线通信和车辆技术的编委。他曾受邀成为多个期刊特刊的客座编辑和多个国际会议的技术方案委员会成员。他担任2012年INFOCOM中国客户服务组、2012年ICC会议GCN工作组、2012年CIT会议、2012年FutureTech、2011年CSA的总联合主席。他是2012年IEEE WCNC的MAC和跨层设计跟踪的TPC联合主席。他主持了2008年IEEE VTC秋季无线网络和认知无线电跟踪的TPC委员会。他是2010年AdhocNets、2010年WC、2007年QShine的主席和2006~2008年IWCMC下一代移动网络的研讨会主席。他是2011年中国客户服务组、2011年IEEE INFOCOM移动世界和GCN组、2010年BodyNets、2010年INFOCOM会议CWCN组、2010年IEEE GLOBECOM会议ASIT组、2010年IEEE CCNC会议移动世界、2009年IEEE EUC和2006年ACM MAWIM的联合主席和2005年IEEE WCNC的TPC副主席。他是温哥华分会百年纪念奖获得者。

书籍目录

译者序

原书前言

关于作者

作者名单

第1部分绿色无线通信与网络

第1章应用光纤连接的大规模分布式天线（BWAFMDA）系统的低功耗最后一英里接入

1.1蜂窝网络的发展及低功耗考量

1.1.1功耗

1.1.2流量密度

1.1.3设备成本

1.1.4本章的目的与结构

1.2BWAFMDA架构

1.2.1RoF解决方案的背景简介

1.2.2AE

1.2.3光通信媒质

1.2.4中央处理实体

1.3功耗和仿真模型

1.3.1功耗模型

1.3.2信令开销

1.3.3仿真模型

1.4数值结果

1.4.1频谱效率［（bit/s）/Hz］

1.4.2能量效率（bit/J）

1.4.3能源效率和频谱效率之间的权衡

1.5小结

致谢

参考文献

第2章具有QoS性能保证的绿色通信无线网络资源交易

2.1需求型通信模型

2.2无线网络的资源交易

2.2.1无线资源交易

2.2.2能源与带宽/延时之间的权衡

2.2.3能量和天线数量的权衡

2.2.4能量和编码方案之间的权衡

2.3在蜂窝网络中使用资源交易的样本案例研究

2.4在家庭基站网络中使用资源交易的样本案例研究

2.4.1系统模型

2.4.2下行链路信道中的能耗模型

2.4.3绿色无线电的频谱配置

2.4.4仿真结果和性能分析

2.5小结

参考文献

第3章蜂窝系统中的绿色中继技术

3.1简介

3.2中继辅助系统的频谱和能量效率分析

3.2.1系统模型

3.2.2频谱效率分析

3.2.3能量效率分析

3.2.4观点与讨论

3.3HARQ和H2ARQ的中继

3.3.1H2ARQ的中继策略

3.3.2性能分析

3.3.3观点与讨论

3.4蜂窝网络中的节能中继节点

3.4.1蜂窝系统与功耗模型

3.4.2中继节点的配置优化

3.4.3室外到室内的中继

3.5小结与展望

参考文献

第4章绿色无线通信与网络的跨层设计和优化

4.1不同层的节能设计

4.1.1节能硬件平台

4.1.2节能OS

4.1.3节能MAC

4.1.4节能网络

4.1.5节能应用

4.2能量静态网络的跨层优化

4.2.1网络模型

4.2.2网络协议

4.3能量动态网络的跨层设计

4.3.1硬件和通信

4.3.2传感

参考文献

第5章远距离无线网状网络的节能速率自适应

5.1简介

5.2研究背景：远距离无线多跳网络

5.2.1互连干扰模型

5.2.22P MAC协议

5.3概述：无线网络的速率自适应

5.4ERAA：节能速率自适应算法

5.4.1网络模型与操作

5.4.2设计概述

5.4.3探测阶段

5.4.4自适应阶段

5.4.5性能评价

5.5小结

致谢

附录

参考文献

第2部分绿色有线通信与网络

第6章用于IP网络节能的图论算法

6.1应用于GES的图论基础

6.1.1最短路径树

6.1.2边介数

6.1.3代数连接性

6.2ESACON算法

6.3ESTOP算法

6.4EAR算法

6.5GES应用实例

6.6GES算法的行为性能

6.6.1路径长度增加

6.6.2链接切断的百分率

6.6.3节能

6.6.4对通信量利用的影响

6.7GES算法的应用实践

6.8小结

参考文献

第7章高性能路由器体系结构设计

7.1机遇与挑战

7.2体系结构

7.3绿色通信工程中的能量感知路由器

7.3.1一般问题的形成

7.3.2实际探索法

7.4路由器中的速率自适应处理

7.4.1动态电压和频率测量

7.4.2自适应链路速率接口

7.4.3多频尺度原型

7.5路由器功能的高效体系结构

7.5.1路由查找

7.5.2包分类器

7.5.3数据包队列

7.5.4流量管理器

7.6小结

参考文献

第8章可再生能源在聚合光纤网络和云端基础设施的CO2排放的影响

8.1简介

8.2物理基础设施的能源消耗模型

8.2.1光网络元素

8.2.2计算资源的能量消耗模型

8.3能量感知虚拟基础设施计划

8.3.1虚拟基础设施问题的公式

8.4数值结果

8.5小结

致谢

参考文献

第9章计算系统的低功率动态调度

9.1带有处理速度限制的任务调度

9.1.1节能感知处理的例子

9.1.2作为窗口平均比率的时间平均

9.1.3关于窗口平均期望

9.1.4一个任务类型的例子

9.1.5任务调度的线性分式规划

9.1.6虚拟队列

9.1.7漂移加罚比率

9.1.8任务调度算法的性能

9.1.9仿真

9.2通用特征的优化

9.2.1映射到任务调度的问题

9.2.2常用算法

9.2.3随机的任务到达和流控制

9.2.4随机任务调度的仿真与适应性

9.2.5任务调度：扩展与延伸阅读

9.2.69.2节的练习

9.3对随机观察事件做出反应

9.3.1无线智能装置的高效计算和传输

9.3.29.3节的练习

9.4小结

附录有限时间收敛定理

参考文献

第3部分智能电网通信与网络

第10章智能电网通信网络及其应用

10.1简介

10.2AMI及其应用

10.2.1背景

10.2.2AMI基础设施

10.2.3AMI基础设施的标准化

10.2.4先进的DMS应用

10.3SCADA系统——电力公司监测和控制网络及其应用

10.3.1背景

10.3.2SCADA系统组件

10.3.3SCADA系统中的通信协议

10.3.4配电自动化

10.4小结

参考文献

第11章智能电网需求响应

11.1需求响应概述

11.1.1需求响应重要性

11.1.2传统电网的需求响应

11.1.3智能电网新需求

11.2智能电网代表性的需求响应算法

11.2.1分类

11.2.2用户利润优化算法

11.2.3降低电力公司运营成本

11.2.4社会福利最大化

11.3需求响应分析方法总结与未来趋势

11.4小结

参考文献

第12章智能电网环境中的绿色无线蜂窝网络

12.1简介

12.2背景

12.2.1绿色无线蜂窝网络

12.2.2智能电网

12.3系统模型

12.3.1协同多点传输通信

12.3.2蜂窝网络中的服务阻塞概率模型

12.3.3基站电力消耗模型

12.4问题描述

12.4.1蜂窝网络水平对策

12.4.2智能电网水平对策

12.5对于提出的二水平对策的分析

12.5.1蜂窝网络水平对策的分析

12.5.2智能电网水平对策的分析

12.5.3二水平对策的斯坦科尔伯格均衡的存在性

12.5.4二水平对策的斯坦科尔伯格均衡的唯一性

12.6仿真结果和讨论

12.7小结

参考文献

作者简介

本书分为绿色无线通信与网络、绿色有线通信与网络和智能电网通信与网络三部分，每一部分又从通信与网络的建模、分析、设计、管理、开发、算法优化、协议和结构来分析通信与网络系统的能源效率、中继技术和跨层设计与优化，进而提高节能技术、降低温室气体排放、提高电能效率。同时本书既介绍了绿色通信与网络前沿理论研究进展，又介绍了一些实际应用案例。

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