绿色通信与网络 [Green Communications and Networking] epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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编辑推荐

　　本书介绍信息与通信技术行业能够显著减小能量消耗方面的新方案，当然也包括电力等其他行业减小能量消耗的方案。本书还介绍了该领域专家的贡献，主要是面向下一代有线网络、下一代无线网络和智能电网的绿色通信与网络领域的当前研究进展。

　　本书还向读者展示了通信网络领域提高能量效率的前沿的算法、协议和网络结构，阐述了绿色通信与网络的建模、分析、设计、管理和开发，以及绿色通信与网络算法、协议和体系结构方面的优化。本书从能量有效的硬件平台、物理层、组网和应用给出了详细的实例。书中每一章除了列出了有用的参考文献外，还包括如下内容：

　　提出一种不降低服务质量的无线网络能量消耗小的机制；

　　综述实用通信网络的开发进展，包括基础设施的测量和数据采集监控系统；

　　研究长距离无线网状网能量有效的速率适配问题；

　　考虑能量有效的有线互联网节点体系结构设计；

　　阐述在尖峰时间IP网络中减小连接数量的图论解决方案；

　　总结变长框架系统平均时间优的方法；

　　详细阐述绿色通信中面向需求的资源交易模型。

　　本书介绍了基于光纤连接的功率高效大容量分布式天线无线宽带接入系统的新解决方案、变长框架系统平均时间优方法、智能电网中的需求响应方法、下一代无线蜂窝网络发展中的智能电网的动态。

内容简介

　　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。

　　本书既可以作为高等院校电气工程、通信工程和计算机网络工程相关专业高年级本科生和研究生的教材和参考书，也可以作为企事业单位从事电气工程、通信工程、计算机网络工程和智能电网相关工作的工程师的参考书，还可以作为能源研究者、政策制定者等从事绿色通信与网络相关工作科技人员的辅导材料。

作者简介

　　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�睠CSES、2012年ICC�睪CN、2012年VTC、第11届Globecom、2011年INFOCOM�睪CN、2010年INFOCOM�睠WCN、2009年IEEE IWCMC、2008年VTC和2007年WIN�睮TS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�睠WCN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、

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�睩MDA）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�睩MDA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�睞RQ和H2�睞RQ的中继
3.3.1H2�睞RQ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

前言/序言

　　译者序

　　在能源危机日益严重和环境进一步恶化的情况下，各国一方面越来越注重新能源的研究开发，另一方面关注如何提高能源的利用效率和保护环境，节约能源、节约资源、保护环境是新一代通信与网络的重要研究方向。从2008年开始绿色通信与网络成为通信领域的研究热点，学者和相关行业都在开展绿色通信与网络的理论和应用研究。本书正好收录了目前重要的研究成果。

　　在本书里，所涉及领域中顶尖专家发表的文章涵盖了不同领域绿色通信与网络的建模、分析、设计、管理、部署、算法优化、协议和体系结构。尤其是这个主题包含了能源效率、资源管理、继电器技术、跨层设计和优化、速率自适应、图论方法、路由器体系结构、动态调度、智能电网通信、智能电网中的需求和响应以及在智能电网环境下的无线网络。

　　目前我国没有系统介绍绿色通信与网络的图书，高校学生、工程和科研人员难以全面掌握绿色通信的知识，难以在通信与网络工程中制定和实施提高电能效率的方案，翻译出版本书可以满足读者对电能效率相关知识技术的需求。

　　本书第1~5章由闫磊、丁小康、王明枝负责翻译，第6~12章由阚江明负责翻译，刘念、詹任栋、胡昕卉、郝文睿、庞帅、

　　王化、伍宏芳、魏蒙蒙、赵瑛琦、范磊、刘佳欣、王斓霏、崔鑫彤

　　也参与了本书部分内容的翻译。由于译者水平有限，错误之处在所难免，欢迎广大同仁批评指正。

　　绿色通信与网络

　　原 书 前 言

　　原 书 前 言

　　简介

　　随着人们对气候变化、化石燃料价格上涨和能源安全问题担忧的增加，全世界的企业和政府为开发绿色策略以解决全球气候变化和降低温室气体（GHG）的发展投入了巨大的精力。最近，据说仅仅在信息和通信技术（ICT）产业的GHG排放已经等同于整个航空工业的GHG排放。据说一个小的计算机服务器产生的GHG等同于一个运动型多用途汽车（SUV）。再者来说，随着人们对更高数据速率的追求，ICT产业的能量消耗每年增长了16%~20%,并且移动网络运营商的能量消耗早已经高达年度运营预算的一半。ICT的任务不仅包括减少ICT产业和服务中的排放和节能，也包括降低电力智能电网等其他产业的碳排放。的确，网络对电力智能电网来说是至关重要的技术，它从始至终的监测、保护、优化相互关联的部件进行操作，通过双向流动的电和信息来创造自动的、分散式的能量传递网络。

　　在本书里，所涉及领域中顶尖专家发表的文章涵盖了不同领域绿色通信与网络的建模、分析、设计、管理、部署、算法优化、协议和体系结构。尤其是这个主题包含了能源效率、资源管理、继电器技术、跨层设计和优化、速率自适应、图论方法、路由器体系结构、动态调度、智能电网通信、智能电网中的需求和响应以及在智能电网环境下的无线网络。接下来的内容将对所有的各章进行介绍。

　　第1部分绿色无线通信与网络

　　第1章作为本书的首章，由A.Attar, H.Li 和V.C.M.Leung所写，介绍了一个新颖的解决办法，叫做应用大规模光纤的连接分布式天线（BWA�睩MDA）的无线宽带接入，用以实现最后一英里的绿色传输。BWA�睩MDA体系的优点在于它调度的灵活性，可调控的覆盖范围可以从几米的室内访问，到若干英尺的室外通信，还有吞吐量方面的优越性能和能量效率。此章的重点是和最先进的最后一英里的接入解决方法相比BWA�睩MDA的节能能力。他们特别比较了几个最后一英里解决方案的功耗模型并论证了通过集成光导纤维和无线接入更大功效的访问解决方案是可以预想的，而这同时也提高了网络的吞吐量。

　　第2章由X.Zhang和W.Cheng编写，开发了一个依据需求的资源交易（DBRT）模型用以绿色通信。他们提出一种机制：在不危害用户服务质量（QoS）的情况下，最小化无线网络的能源消耗。应用DBRT机制，他们开发了一种新型的解决方案——无线网络资源贸易。它阐述了对于一个给定数量的QoS性能标准、不同无线资源的贸易关系。根据无线网络资源的贸易关系，可能会消耗不同的网络资源来满足同一组QoS的性能标准。因此，为了在给定QoS中能够使消耗的资源最小化，他们可能在满足QoS性能标准的同时，交易其他种类的无线网络资源来获取能量资源。根据已经发展的无线网络交易关系，这一章源于最理想的能量频带宽度、能量时间、能量空间和能量代码无线网络资源交易关系。

　　两个事例研究也显示了如何在保证了无线网络中要求的QoS性能标准时，运用可利用的频带宽度或是可接受的延迟界去达到最小的能量消耗。

　　第3章由Y.Qi、F.Héliot、M.A.Imran 和R.Tafazolli编写，在频谱效率（SE）和能量效率（EE）方面分析了继电保护技术链接和系统水平。一个彻底详尽的调查将提供各种各样的方法在中继节点（RN）转发信息，其中包括放大转发（AF）、译码转发（DF）和压缩转发（CF）。其中介绍研究了传统的继电器保护方案以混合的方式组合形成先进的继电器保护方案来适应不同的信道状态。而且，继电器技术与面向数据包的通信传输协议和光谱研究相结合，也提出了能源效率的观点。最后，此章也解决了在先进的无线蜂窝网络系统即LTE系统加上实际功耗模型中设计和定位无线网络子系统的挑战。

　　第4章由T.Zhu、S.Xiao和C.Zhou编写，介绍了①能量效率硬件平台；②能量效率测量和控制；③能量效率网络；④能量效率应用软件。除此之外，出于链路层设计的不足，作者介绍了在静态能量低占空比内无线网络的跨层最优化。此章还研究了在能量动态低占空比无线网络的跨层设计。

　　第5章由Z.Zhao、Z.Dou和Y.Shu编写，研究在长距离无线网状（LDmesh）网络的能量效率速率适配。作者们提出一种有效的探测算法来获取帧延迟比（FDR）、接收信号强度指示值（RSSI），包括映射每个比特率。FDR�睷SSI是线状的，在一段时间内保持不变以使其用于促进速度选择。更重要的是，其中基于利用信息路径损耗信息互惠提出了一个能量效率比率选择方法。此外，本章提出了一种技术来监测由WiFi外部干扰引起的FDR�睷SSI失真。仿真结果显示此次提出的方案能够在最小能量消耗下改善链接吞吐量效率。

　　第2部分绿色无线通信与网络

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　　第1部分和第2部分名称相同，原书有误，第2部分应为“绿色有线通信与网络”。——译者注

　　第6章由F.Cuomo、A.Cianfrani和M.Polverini编写，研究网络的能源节约。作者提出图论的解决方法使IP网络能源节约的目的被采纳。这些意见的普遍观点是减少环节的数量等，和在非峰值期间用于网络工作的路由器线卡。出于这样的目的，不同属性的图用于网络模型。通过控制删除代数连通度中的一些连接的影响，本章提出的方案源于可关闭的连接列表。它将代数连通度和边介数组合起来，最近的参数允许从仅有极少数路径通过的网络图表中切下。结果图代数连

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