基于SDN的LTE与WLAN异构网络中单基站的节能研究

发布时间：2020-08-10 13:48

【摘要】：随着移动应用软件日益增加,无线终端用户的流量需求出现了爆发式增长。运营商密集部署了基站和AP组成LTE与WLAN异构网络来应对流量的增长,而随着人们越来越关注绿色通信,基站能耗严重的问题日益突出。近年来随着多连接技术的发展,采用LTE与WLAN聚合技术可以实现用户同时传输,结合SDN技术为无线资源的进一步优化管理提供了基础。论文主要研究LTE与WLAN异构网络中基站的节能方法。该方法通过分配规则与定价规则以及梯度下降法来迭代更新拍卖双方出价直至收敛达到社会福利最大化,得到用户流量在基站与AP间的分配策略。第一步,确定能耗与负载的关系。结合现有研究得出基站负载与能耗的数学关系模型,并且通过实际部署AP测量实验,分析了AP的最大有效吞吐量及能耗,并根据实验数据拟合得到了AP负载与能耗之间的数学关系模型。第二步,针对用户流量分配的问题。利用上述数学关系模型与用户的流量需求构建运营商的能耗成本函数与用户的效益函数,将流量分配问题转化为社会福利最大化问题。设计了迭代双边拍卖机制并且提出基于双边拍卖的基站节能算法来解决社会福利问题,中间人SDN控制器引导拍卖双方揭示真实的信息,用户与运营商不断迭代更新最优出价直至收敛,得到用户流量的最优分配。通过软件对算法进行仿真实验,验证了迭代双边拍卖机制的属性和基于双边拍卖的基站节能算法能够有效对基站节能的同时保证用户的QoS需求,相对于现有WiFi卸载基站节能算法的基站节能百分比最高可以提高7%,最低可以提高1%;同时系统的整体能耗节省比例最大达到33%,最低达到5%;用户平均信道容量可以提高53%。因此本文算法不仅进一步节省了基站能耗,同时保证了用户的QoS需求,对基站绿色通信节能的发展具有借鉴意义。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5;TN925.93
【图文】：

异构网络

随着互联网的发展，蜂窝网络出现了移动数据流量呈指数级增长的趋势。在地区，智能手机的流量在 2018 年期间同比增长约 140%，该地区目前用户月量达到了 7.3GB[1]。有报告预测，到 2022 年，全球数据流量将达到每月 396节，高于 2017 年每月 122.4 艾字节，而移动数据流量将占全球流量的 20%[2图 1.1 所示，为了更好地提供数据流量服务，运营商密集部署了大量的基站P(Access Point)构成了 LTE 与 WLAN 异构网络[3]，其中 AP 作为 LTE 的补充流蜂窝网络中承载的流量，其具有低功耗、高数据速率的特点[4]。但由于冗余的原因，这些 AP 有 20%到 80%经常处于空闲状态没有被充分利用[5]。根据文4]和欧洲 EARTH 项目[6]可知，在保证相同用户 QoS 服务质量条件下，除去电固定能耗，基站单位负载能耗约为 2.88W/Mbps[6]，而 AP 单位负载能耗约.0291W/Mbps[4]。因此可通过 WiFi 流量卸载，即将用户流量卸载到 AP，以此低基站的负载从而实现基站的节能[7]。

基站,场景图

重庆邮电大学硕士学位论文场景。在热点地区中大量用户的吞吐量需求使基站处于高负载状态，此时基站休眠与功率控制技术都不能关闭基站或降低发射功率来节省基站能耗，并且用户的QoS需求不能充分保证，节能效果是不佳的。虽然传统 WiFi 卸载能节省基站的能耗，但传统的 WiFi 卸载由于单连接的限制，将用户流量完全卸载到 WLAN 中可能会降低用户的网络服务质量，不能有效保证用户的 QoS 需求。因此，如何决策用户流量在基站与 AP 之间的分配是基站节能的同时保证用户 QoS 需求的主要问题。

共址,网络架构

Release 13 和 3GPP Release 14 中，已经引入了通过运营商部署的 WLAN 网络）网络的无线电级别聚合，输是不支持聚合的，而在版本 14 扩展了上行链路的准化了两种不同的解决方案，即 LTE-WLAN 聚合(LWA)和 LTE-WLAN 通过 IPsec 隧道方式聚合(LTE WLh IPsec Tunnel，LWIP)。在 3GPP Release 13 与 14 中以与 eNB 进行共址和非共址部署两种方案，LWA 网z、5GHz 或 60GHz 的频段上运行。其中非共址方案允以充分利用现有 WLAN 网络部署的 AP，它依赖于与高容量和低延迟回程的可用性，而共址方案中则将 W LWA 非共址部署场景[45]如图 2.1 所示：

【相似文献】