蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于流量預(yù)測的節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來,隨著蜂窩用戶數(shù)的急劇增加,蜂窩網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的迅速擴大,蜂窩網(wǎng)絡(luò)逐漸成為了信息與通信產(chǎn)業(yè)能耗的主導(dǎo)者之一,為人類生存環(huán)境帶來了極大的壓力和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。同時,巨大的能耗成本也是各大運營性企業(yè)利潤上升的瓶頸。然而,由于容量最大化的設(shè)計原則與多變的用戶流量需求之間的矛盾,當(dāng)前蜂窩系統(tǒng)中的能量支配存在嚴(yán)重的浪費現(xiàn)象,系統(tǒng)的能量利用效率極低。因此,設(shè)計能量高效的蜂窩通信系統(tǒng)十分必要。本論文研究了網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測在能量高效蜂窩通信系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用,提

2、出了一種基于矩陣壓縮感知的網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測方法,并研究給出了兩種基于網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測的蜂窩基站動態(tài)調(diào)整節(jié)能方案。
　　 論文首先研究了網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測的基本理論,包括網(wǎng)絡(luò)流量矩陣的概念以及常用網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測方法。
　　 其次介紹了基于壓縮感知的網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測技術(shù)。現(xiàn)有的壓縮感知算法應(yīng)用在實際數(shù)據(jù)上,數(shù)據(jù)恢復(fù)性能往往很差,尤其當(dāng)數(shù)據(jù)的丟失率較高,且數(shù)據(jù)缺失呈現(xiàn)出某些結(jié)構(gòu)性特征時,主要原因是實際數(shù)據(jù)信號往往不符合使現(xiàn)有的壓縮感知算法性能最優(yōu)

3、的數(shù)學(xué)約束條件。本文提出了一種基于矩陣空時壓縮感知的蜂窩網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測方法,即構(gòu)造蜂窩網(wǎng)絡(luò)流量矩陣,并將未來時刻流量數(shù)據(jù)當(dāng)成缺失元素,結(jié)合蜂窩網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)固有的低秩特點和時間-空間相關(guān)性特征,利用近似矩陣分解對缺失元素進(jìn)行插值重構(gòu)實現(xiàn)流量預(yù)測。相比于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測機制,可以較好地改善預(yù)測性能。同時,本文還分析了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的流量數(shù)據(jù)的特點:時間相似性與周期性、空間相關(guān)性和低秩性,并構(gòu)建了蜂窩網(wǎng)絡(luò)流量的空間-時間相關(guān)性模型,使預(yù)測流量數(shù)據(jù)能

4、夠準(zhǔn)確跟蹤實時流量數(shù)據(jù)固有的空時特性。
　　 現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的能量消耗一般是用戶流量無關(guān)的,這往往會導(dǎo)致嚴(yán)重的能量浪費現(xiàn)象:即使沒有用戶服務(wù)需求,蜂窩網(wǎng)絡(luò)也維持正常工作狀態(tài)。為了解決蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的能量浪費問題,論文研究了蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶流量的空間-時間分布非均勻性與差異性特征在蜂窩網(wǎng)絡(luò)節(jié)能優(yōu)化中的應(yīng)用,提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測的蜂窩基站離線動態(tài)關(guān)閉機制,將蜂窩網(wǎng)絡(luò)流量集中到有限個蜂窩基站子集上,關(guān)閉部分不必要的蜂窩基站,實現(xiàn)節(jié)能目的。