Algoritmi per l'allocazione delle risorse in reti cellulari ad alta efficienza energetica

A constant growth of cellular networks traffic implies a growth of the energetic consumption. This has led mobile operators to take an interest in green-networking to reduce expenditures due to energy consumption. In cellular network, the access segment, and in particular its base stations, is the portion which consumes the most. Among the solutions proposed by scientific community there is the possibility to adapt the consumption of the base stations with the level of traffic load. It becomes clear, however, that only completely turning off unused base stations can significantly reduce energy consumption, especially using micro cells. BCG2 project proposed the paradigm of separation of the data network from signaling network. Using the previous innovations, we created algorithms for user-base station association and a periodic re-allocation of connections. These are designed to minimize energy consumption without excessively reducing the user’s QoS. The algorithms are implemented in a cellular network simulator according to the paradigm of data-signaling separation, developed in this thesis. The results were compared with algorithms currently used in the typical management of a cellular network showing a remarkable effectiveness in reducing energy consumption of the whole network.

L’aumento costante del traffico nelle reti cellulari comporta un aumento del consumo energetico. Ciò ha portato gli operatori ad interessarsi al green-networking per ridurre la spesa dovuta al consumo energetico. Nelle reti cellulari, esso è da imputare principalmente alla rete di accesso e in particolare alle base station. Tra le soluzioni proposte dalla comunità scientifica c’è la possibilità di adattare il consumo delle base station con il livello di carico di traffico. Ci si è resi conto però che solo spegnendo completamente le base station inutilizzate si può ridurre significativamente il consumo energetico, in particolar modo utilizzando micro celle. Il progetto BCG2 ha inoltre proposto il paradigma di separazione della rete dati da quella segnalazione. In questo lavoro di tesi, sfruttando le innovazioni precedenti, son stati creati degli algoritmi di associazione utente-base station e di riallocazione periodica delle connessioni volti a minimizzare il consumo energetico senza ridurre eccessivamente la QoS degli utenti. Gli algoritmi son stati implementati in un simulatore di rete cellulare secondo il paradigma di separazione dati-segnalazione, sviluppato nell’ambito della tesi. I risultati son stati confrontati con gli algoritmi attualmente utilizzati nella gestione tipica di una rete cellulare evidenziando una notevole efficacia nella riduzione del consumo energetico dell’intera rete.