Técnicas de eficiência energética em redes móveis usando o tráfego como referência

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

O principal objectivo desta dissertação foi simular um sistema celular heterogéneo que permita diminuir a pegada ecológica referente às comunicações celulares móveis, e por outro lado, permita também aos operadores reduzir os custos associados ao consumo de energia nas Estações Base, reduzindo assim os seus custos totais de operação. Foi desenvolvido um sistema que coloca em standby os componentes rádio referentes às tecnologias LTE (4G) e WCDMA (3G), caso o tráfego, no instante a ser analisado, seja inferior a um determinado limiar. Quando se verifica esta situação, o tráfego restante da tecnologia que foi “desligada”, irá ser transferido para a geração anterior (4G → 3G → 2G). Verificou-se que esta acção proporciona uma redução do custo associado ao consumo de energia eléctrica, aumentando assim a eficiência energética de operação da rede, principalmente quando o tráfego de entrada é bastante reduzido, permitindo que exista transferência de tráfego de uma tecnologia para outra – Handover Vertical e possibilitando assim que os componentes da primeira sejam desligados. Foi também verificado que existe uma degradação da qualidade do serviço, correspondente ao aumento do atraso, com o aumento da eficiência energética. Caberá então ao operador decidir qual o ponto de equilíbrio ideal tendo em conta a relação Eficiência Energética Vs. Atraso na rede. No caso do cenário Rural, onde foram obtidos os valores mais elevados de eficiência energética, verificou-se um ganho de 32.68%, sem atrasos, correspondendo a uma poupança de 2.18€ por dia em cada célula, equivalendo, no final do ano, a uma diferença nos custos de cerca de 796€, também para uma célula apenas.

Abstract: The main objective of this thesis was to simulate a heterogeneous cell system capable to reduce the carbon footprint related to mobile cellular communications, and, on the other hand, also allows operators to reduce costs associated with energy consumption in base stations, thus reducing your total cost operation. It has been developed a system that puts in standby mode the radio components related to LTE (4G) and WCDMA (3G), if the traffic, which is being analyzed in that moment, is inferior to a certain threshold. When this situation occurs, the traffic corresponding to the technology that was "turned off", will be transferred to the previous generation 4G → 3G → 2G. It was found that this measure provides a reduction of the electrical energy consumption associated cost, thus increasing the network operation energy efficiency, especially when the incoming traffic is greatly reduced, enabling the transfer of the existing traffic from one technology to another - Vertical Handover, and thereby allowing to set the components of the first technology in a standby mode. It was also found that a degradation of the quality of service is notice, corresponding to the increase of the delay, with increased energy efficiency. It is then up to the operator to decide which optimal balance, taking into account the relationship Energy Efficiency Vs. Delay in the network. In rural scenery case, where the highest energy efficiency values were obtained, there was a gain of 32.68%, without delay, corresponding to a saving of € 2.18 per day in each cell. At the end of the year the difference in costs is about 796 €, for one cell only.