Energy saving modelling and prediction in LTE networks

Current mobile radio networks are growing exponentially, in terms of users, traffic and, last but not least, energy consumption. It has been proved that radio access nodes influence on the overall access network energy consumption is in the order of 80%, and this motivated several studies on green wireless networking. Many studies have been proposed to improve Energy Efficiency (EE) in wireless communications, investigating new flexible hardware, new architectures and adaptive schemes that make network capacity suitable to traffic load. It is therefore necessary to design new wireless networks for being easily adaptable to load variations: this is done through energy saving features, that are mechanisms designed to avoid waste of energy without influencing end-users QoS. In the operator perspective, energy bills are becoming a big share of total expenditure, and their reduction is a primary concern: it is not just a matter of costs, because reducing energy consumption leads also to environmental sustainability. This document has the aim to elaborate energy consumption models allowing mobile operator to better understand network devices functioning, through simplifying the description of their energy behaviour, in order to elaborate energy save algorithms that can be applied on a large scale. It has also the objective to permit the operator to predict future network energy performance, and to compare behaviour of devices produced by different vendors. This document provides a detailed model of eNodeB energy consumption based on traffic load, with a study on the impact of maximum emitted power, two energy save models based on traffic load and energy saving feature activation, a prediction of 1-week traffic load and subsequent prediction of the energy save that would be reached with the predicted traffic load.

Le reti mobili attuali stanno crescendo esponenzialmente, in termini di utenti, traffico e, ultimo ma non per importanza, consumo energetico. È stato provato che l’influenza dei nodi di accesso radio sul consumo energetico dell’intera rete di accesso è nell’ordine dell’80%, e ciò ha motivato vari studi sul tema del green wireless networking. Sono stati proposti vari studi per migliorare l’efficienza energetica nelle comunicazioni wireless, investigando nuovi hardware flessibili, nuove architetture e schemi adattivi che rendono la capacità della rete idonea al carico di traffico. È necessario quindi progettare nuove reti mobili con una maggiore adattabilità alle variazioni di carico: questo obiettivo è raggiunto attraverso le funzionalità di risparmio energetico, cioè meccanismi concepiti per evitare sprechi di energia senza influenzare la QoS percepita. Nella prospettiva dell’operatore, le bollette energetiche stanno diventando una grossa fetta della spesa totale per l’operatività della rete, e la loro riduzione è di primario interesse: non è solo una questione di costi, poiché la riduzione del consumo energetico porta anche alla sostenibilità ambientale. Questo documento ha l’obiettivo di elaborare modelli di consumo energetico che permettano all’operatore di capire meglio il funzionamento dei dispositivi di rete, attraverso la semplificazione della descrizione del loro comportamento energetico, al fine di elaborare algoritmi di risparmio energetico da poter applicare su larga scala. Esso ha anche l’obiettivo di permettere all’operatore di predire la performance energetica futura della rete, e di confrontare il comportamento di dispositivi prodotti da diversi fornitori. Questo documento fornisce un modello dettagliato del consumo energetico dell’eNodeB basato sul carico di traffico, con uno studio sull’impatto della massima potenza emessa, due modelli del risparmio energetico basati sul carico di traffico e sull’attivazione delle funzionalità di risparmio energetico, una predizione relativa a una settimana di traffico e la conseguente predizione del risparmio energetico ottenibile con il carico di traffico predetto.