مجلة مفتوحة الوصول

المجلة الدولية للعلوم والتقنية

International Science and Technology Journal

ISSN: 2519-9854 (Online)

ISSN: 2519-9846 (Print)

DOI: www.doi.org/10.62341/ISTJ

مجلة علمية محكّمة تهتم بنشر البحوث والدراسات في مجال العلوم التطبيقية، تصدر دورياً تحت إشراف نخبة من الأساتذة

ينشرها

تحت إشراف

Energy Optimization for Two-Tier Wireless Communication Networks: A Particle Swarm Optimization (PSO) Algorithm-Based Approach

الملخص
من أبرز التحديات التي تواجه شبكات الاتصال اللاسلكي المستقبلية استهلاك الطاقة. من بين الأساليب الواعدة لمعالجة هذه المشكلة في شبكات الجيل الخامس (5G) هي الشبكات غير المتجانسة، التي تم تصميمها لتلبية الطلب المتزايد على حركة البيانات الكبيرة. يمكن زيادة تغطية الشبكة من خلال إضافة المزيد من محطات الارسال، ولكن هذا يأتي بتكلفة طاقة مرتفعة. تتعاون محطات الارسال الصغيرة (SCs) مع المحطات الكبرى (MCs) لتوفير تغطية أوسع ضمن مفهوم الشبكة ذات الطبقتين. حركة أجهزة المستخدمين (UEs) تخلق أحمال مرور خفيفة لبعض المحطات الصغيرة، إلا أن هذه المحطات لا تزال تستهلك كمية كبيرة من الطاقة. وبناءً عليه، يجب إيقاف بعض المحطات الصغيرة لتقليل استهلاك الطاقة وزيادة الكفاءة الإجمالية للطاقة (EE) في الشبكة ذات الطبقتين. تم تمديد أوضاع التشغيل لمحطات الإرسال في هذه الدراسة، وتم تقديم آلية تعتمد على السلوك المستوحى من الطبيعة لاختيار وضع التشغيل المناسب لكل محطة صغيرة. يتم استخدام دالة انحياز لتنظيم استهلاك الطاقة، مع وضع المحطات الصغيرة في أحد الأوضاع الأربعة: التشغيل، الاستعداد، النوم، أو الإيقاف. تم صياغة معادلة زيادة كفاءة الطاقة تحت مجموعة من القيود، وتم اقتراح اختيار وضع الطاقة المتغيرة استنادً إلى خوارزمية تحسين سرب الجسيمات(PSO-VPMS) في هذه الدراسة. تظهر نتائج المحاكاة أن الخوارزمية المقترحة توفر كفاءة عالية للطاقة......................... الكلمات المفتاحية:.............. الشبكة ذات الطبقتين، الكفاءة الطاقة (EE), خوارزمية دالة انحياز تحسين سرب الجسيمات(PSO).
Abstract
One of the most challenges for future wireless communication networks is energy consumption. Heterogeneous networks, which are built to handle the increasing need for high data traffic, are one of the most promising strategies to address these challenge in future cellular networks. Network coverage may be increased by adding more base stations, but this comes with a high power cost. In the two-tier network concept, small cells (SCs) work along with main cell stations (MCs) to provide wider coverage. Some SCs experience low traffic rates due to user equipment's (UEs) mobility, yet they still consume a considerable amount of energy. To save energy and increase energy efficiency (EE), some SCs must be turned off. This study extends the operation modes for BSs and introduces a bio-inspired mechanism to select the optimal operation mode for each SC. A bias factor is used to regulate power consumption, with SCs operating in one of four modes: On, Standby, Sleep, or Off. The EE maximization problem is defined under a set of limitations and a Variant Power Mode Selection (PSO-VPMS) based on Particle Swarm Optimization Algorithm is proposed in this study. The simulation findings show that the suggested algorithm scheme offers a high EE...................... Keywords: ...........two-tier network; energy efficiency (EE); bias factor; Particle Swarm Optimization (PSO).