基于流量预测的移动网络无线接入节点切换控制研究

Mobile communication networks face the challenges of both exponentially increasing traffic demands and huge amount of energy consumption of radio access networks. As a result, improving network capacity and reducing system energy consumption are crucial technical problems that need be solved. In this project, we investigate how to cut down the energy consumption of mobile networks while satisfying the traffic demands of users, where we try to adjust the number and the distribution of the access points to meet the traffic variations in mobile networks. We will employ machine learning technique to analyze historical data recorded by service providers to find out the temporal and spatial variation characteristics of the traffic distribution. Furthermore, advanced geometric partitioning technique will be introduced to balance the workload of the access points. Then we can implement dynamic access point handover control by using cloud computing, convex analysis and approximation algorithms, which can timely response to the traffic variations in the mobile networks while satisfying the QoS of users. Our proposal could be implemented in practical mobile communication networks and compatible with other techniques which potentially enhance the spectrum- and energy efficiency of mobile networks. We can conservatively conclude that it is significant in both theory and applications.

指数增长的流量需求和接入网的巨大能量消耗是移动通信网络面临的双重挑战，提高网络容量和降低系统能耗是移动网络需要解决的关键技术问题。本项目研究如何在满足用户流量需求的前提下降低移动通信系统的能量消耗，拟通过（准）实时控制移动网络中无线接入节点的数量和分布来自适应匹配网络流量的变化以达到最小化系统能量消耗的目标。基本思路是运用机器学习方法结合历史数据分析移动网络流量的时空分布特性，采用先进的几何区域划分技术均衡无线接入节点的负荷，结合云计算、凸分析和近似算法理论实现能够及时响应流量变化、保证用户体验的移动网络无线接入节点动态切换方案，该方案可以在现有移动网络及其演进架构下实施，同时兼容其他提高频谱和能量效率的方法，在理论和应用上均有重要意义。

针对移动通信网络如何在满足日益增长的用户流量需求的前提下降低网络能量消耗这一实际需求，本项目从自适应无线接入节点切换控制出发，系统研究了移动业务流量预测、流量负载均衡和无线资源分配等一系列科学问题，提出了可行的解决方案，该方案可以在现有移动网络及其演进架构下实施，同时兼容其他提高频谱和能量效率的方法，在理论和应用上均有重要意义。..具体研究成果如下：（1）实现了运用机器学习方法结合历史数据对移动通信网络流量进行中等时间尺度的预测，分析了流量分布的时空变化特性，为调整接入站点的配置提供了基础性参考数据；（2）从流量负载均衡的角度实现了对服务区域进行子区域划分，在保证服务质量的同时减少了开启的基站数目，进而提高系统的能量效率和减少网络运行维护成本；（3）针对现有的移动通信系统及其演进架构，提出了一系列行之有效的节点切换和用户关联方案。..以上述研究成果为基础，我们与相关企业合作验证了所提出方案的有效性，取得了一定的应用效果。同时在通信和网络领域权威期刊/会议学术论文39篇，开展国内外学术交流与访问22人次，培养博士、硕士生20人。..综上所述，本项目研究完成全部预定研究计划，取得了一系列有价值的成果。