软件定义无线网络中基于多连接机制的节能方法研究

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密集部署的无线网络在满足移动用户通信需求的同时,也造成了能源浪费问题。传统基于单连接的节能研究中,用户流量配置受到关联方式的限制,多数AP的利用效率仍未实现最优,导致系统节能不彻底。多连接软件定义无线网络(Multi-path Software Defined Wireless Network,MP-SDWN)通过SDN/NFV技术与无线网络的融合,实现用户与多个AP的并发通信,并给无线网络资源进一步的优化管理提供新的技术基础。论文主要研究SDWN中基于多连接机制的节能方法。该方法在保证用户流量需求和系统稳定性的前提下,基于对用户流量的有效预测,制定合理的AP开启/休眠、用户-AP多链路流量分配策略,实时优化无线网络系统的能耗。首先对影响AP能耗的网络参数进行实测分析,通过实验数据拟合分析构造AP流量负载与能耗间的数学关系模型。同时为了在节能的同时有效保证用户的流量需求,针对无线用户行为特性,基于矩阵填充的思想,设计了一种无线用户流量连续预测模型及算法。基于以上工作,以AP开启/休眠、用户-AP流量分配策略为变量,对多连接机制下无线网络节能问题进行分析建模,设计了基于奔德斯分解的节能算法对该MINLP节能优化模型进行求解。针对大型无线场景下算法计算复杂度较高的问题,从削减变量数和限制条件数目的角度提出两种优化策略:一是全覆盖下最小化开启AP;二是部分休眠AP的预确定。进而提高算法运算速度,增强算法的实用性。最终,通过软件仿真和SDWN平台实验的方式验证了本文节能方法能够有效预测无线网络用户的流量需求,并在保障用户流量、系统覆盖率和吞吐量的情况下,实现无线网络的实时节能,相对于基于单连接的节能研究有5%~10%的节能效果提升。通过对基于多连接机制的节能方法的研究,可以降低大量无线网络的冗余能耗,对未来绿色5G的建设与发展具有借鉴意义。
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