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软件定义移动网络中能效优化技术研究

彭宏玉  
【摘要】:随着移动互联网的蓬勃发展及4G (4th Generation)的普及,越来越多移动用户要求随时随地高速接入并访问音频、视频等大数据流信息,因此使得对网络资源的需求急剧增加。为了应对流量高峰时段的资源需求,必须过度部署移动网络资源,这样导致移动网络能耗巨大。本文将SDN (Software Defined Networks )思想引入到移动网络中,通过充分利用这种架构中控制与转发相分离的理念,摆脱原网络架构静态、难于管控的桎梏。通过充分发挥SDN的架构优势,利用网络控制器的可编程性,实现对节能策略的灵活部署,使得本文提出的策略具有合理性和可行性。移动网能耗问题已经成为制约运营商投入产出比以及妨碍运营商利润提高的一个瓶颈。如何在保证移动用户服务质量的基础上有效降低移动网能耗成为近年来研究的一个热点问题。本文设计基于移动网络控制器的资源调度策略,寻找移动网络中的空闲网络资源,并在保证移动用户服务质量的基础上,将这些空闲网络资源在合理时间段内置为低能态,最终实现移动网络的节能。本文主要从移动网数据中心、移动网骨干网以及移动接入网三个部分进行节能研究。1.移动网络数据中心节能策略研究。针对当前移动网数据中心由于网络架构僵化以及进程调度不合理造成的无法全面及时感知数据中心相关信息这个问题。本文引入SDN这种控制与转发相分离的网络架构作为数据中心网络架构,网络控制器通过Openflow协议与各个网络元件以及每台服务器进行交互,从而可以全面及时收集网络瞬时状态信息以及服务器负载信息,为后续合理进程调度策略制定提供信息保障。本文以最优化理论作为理论基础来制定进程调度策略,以此来提高内存节点共享率。2.移动网络骨干网部分的节能策略研究。针对当前移动网络骨干网中控制与转发紧耦合问题、网络状态瞬时收集问题、能耗优化策略制定过程中如何保证较低网络响应时间问题。本文选用SDN网络架构,在该架构下网络拓扑状态可以随时被网络控制器感知,从而为节能策略的制定提供了有效的支持。此外,本文提出了一个基于OSPF协议的SNESS策略,该在充分考虑网络时延和较低的网络拓扑重计算时间的前提下,将移动网络骨干网能耗优化问题抽象为求解图论中的最大团问题,并求得可以关闭的空闲链路,以实现骨干网的节能。3.移动网络中基站睡眠调度策略研究。针对当前接入网下行链路能耗优化策略对视频流质量影响以及在保证视频流流畅播放前提下视频流质量级别选择问题。本文以用户视频流服务为场景,主要研究接入网中基站睡眠控制。在保证用户服务质量的基础上,找到最佳基站睡眠控制方案。本部分将SDN思想引入接入网部分,得到一种新型网络架构 SDMN (Software Defined Mobile Networks)。本文在SDMN架构下通过运筹学中混合线性整数规划理论(MILP Mixed-Integer Linear Programming)来解决接入网能耗优化问题。首先研究基站分组策略,在保证活动基站不过载前提下,找出更多空闲基站并将其置于睡眠态。其次给出了一个活动基站传输时间最优策略,通过该策略可以在保证用户视频流畅播放的基础上,尽量缩短基站服务时间,从而进一步达到基站节能目的。


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