绿色中继增强异构网络架构及能效与资源优化技术研究

With the expanding of network, the traffic explosion and the increase of QoS requirement, communication networks gradually expose many issues, such as high energy consumption, lowly efficiency, redundant construction etc. Based on the concept of Green Communication, this project will propose the network architecture for green relay enhanced heterogeneous network, research on energy efficiency and resource optimization of heterogeneous wireless networks and focus on the following aspects: 1)aimed at network energy consumption evaluation, dynamic network formation and management, energy-saving network formation and the centralized and distributed energy-saving base station management will be designed; 2) considering the time-varying and space-varying users and traffic, as well as the shortage of spectrum resources, the energy-saving dynamic base station cooperation, the relay-based Coordinated Multiple Points transmission scheme and the dynamic collaborative spectrum management will be proposed; 3) for improving green energy utilization, we will propose the green energy prediction model and the energy coordinated management scheme; 4)The green relay enhanced heterogeneous network simulation platform will be set up to verify the proposed model and algorithms. This project will develop new ideas and technical support for achieving energy saving, intelligent and efficient future networks.

随着网络规模的扩大、业务量的激增、服务质量要求的提高，通信网络日益暴露出能耗高、效率低、重复建设等诸多问题，本项目基于绿色通信思想提出绿色中继增强异构网络架构，对异构无线网络的能效与资源优化问题进行研究，拟从以下方面展开：1）为实现网络能耗评估、动态组网与管理，建立网络能耗分析模型，设计绿色节能网络预构建方案和集中式与分布式的基站节能管理机制；2）针对用户数和业务量在时间和空间上的动态变化特性以及频谱资源紧缺的问题，设计节能动态基站协作方案、结合中继的协作多点传输策略和动态协作频谱管理机制；3）以提高绿色能源利用率为目标，设计绿色能源预测模型与能源协调管理方案，基于能源及业务量预测提出传统基站与各类绿色站点之间的负载动态调整策略和绿色节能路由机制。4）搭建绿色中继增强的异构网络实验平台，为所提模型、方案和算法提供验证。本项目将为绿色节能、智能高效未来网络的实现提供新的思路与技术支撑。

本项目引入绿色基站、绿色中继站的混合能源供电异构网络架构，并针对网络业务量和绿色能源在时间与空间上分布不均并动态变化的特点，研究绿色中继增强异构网络能效与资源优化问题，借助凸优化、博弈论、深度学习、强化学习、区块链等理论，提出了一系列创新的方案和算法，并使用仿真工具或实验平台对所提理论和算法进行了支持和验证，在理论上为信息通信网络高效节能运营寻找新的突破口。项目研究的主要成果包括： .（1）通过引入混合能源宏基站、绿色微基站、绿色中继站，结合边缘计算缓存技术，提出了绿色中继增强异构网络架构；针对网络异构性与能源异构性，利用软件定义网络与网络功能虚拟化技术，给出了灵活、可伸缩的网络资源管理方案。.（2）为保障边缘用户的服务质量，设计了多种场景下基站与中继站动态协作传输方案，提高网络整体容量；针对用户数和业务量在时间和空间上的动态变化特性以及频谱资源受限问题，设计了不同场景下的动态频谱分配机制，提高频谱资源利用率。.（3）为了提高网络能量效率，建立了网络能耗分析模型，设计了分布式与集中式结合的网络节能管理机制，使得网络能耗跟随网络业务量变化；为了降低传统能源消耗、提高绿色能源利用率，建立了绿色能源预测模型，设计了能源协调管理机制，提出了基于能源及业务量预测的负载动态调整策略和绿色节能路由方案。.（4）搭建了绿色中继增强异构网络仿真环境和实验平台，模拟实际通信网中的各类基站、环境和用户行为，验证了所提模型、方案和相关算法的有效性和可用性，为算法落地提供参考。.依托本项目，共发表学术论文36篇（其中SCI检索19篇，EI检索17篇），申请发明专7项（已授权4项），出版专著1部，培养研究生34人，超额完成任务书要求。本项目的学术研究成果对下一代网络通信技术的能耗优化、资源优化以及网络节点部署等方面具有重要的科学意义和参考价值；本项目的技术报告为移动通信网络的能量和资源浪费问题寻找了新的解决方案，具有很好的应用价值；本项目的研究报告和论文专利等科研成果，形成了本领域的自主知识产权；依托本项目培养的多名创新型技术人才已经进入网络运营商或设备商，从事本课题相关的技术工作，发挥了一定的社会效益。