随着移动网络流量的急剧增加,移动通信网络中的能耗问题日益严峻。出于经济利益和环境保护的双重考虑,提高网络中的能源效率成为第五代移动通信技术中设计无线通信系统的重要指标之一。广泛的研究表明,提高网络能效的有效措施包括:多类型接入设备组合覆盖蜂窝小区、可再生能源和传统能源协作供能和对不同类型的网络业务按需分配网络资源。因此需要对存在设备、能源和业务多样性的无线异构网络的特性进行研究。但是,由于无线异构网络采取垂直建站和分布式管理模式,很难根据全局网络状态对网络资源实现实时的优化分配。软件定义网络(Software Defined Network,SDN)架构通过分离网络的控制平面和数据转发平面对通信网络技术进行了改革,实现了灵活高效的可编程和集中化网络管理。网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)作为软件定义网络的重要应用,通过分离网络功能和网络设备,实现了针对不同业务的虚拟网络划分机制。本论文针对无线异构网络的动态特性,以及目前因为管理困难造成的能效低下问题,利用软件定义网络技术提供的架构优势,实现了无线异构网络中灵活实时的网络资源调度配置,本课题的主要研究思路为,首先以网络性能和用户需求为约束,然后在此基础上降低网络能耗,以此提高网络能效。具体研究工作与贡献如下:1.系统架构分析通过对软件定义网络架构的分析,针对无线网络中的设备异构性和能源异构性,提出一个基于SDN技术的绿色中继网络架构的设计方案,为动态的无线网络提供灵活的网络管理模式;针对无线网络中的资源异构性和业务异构性,提出一个基于NFV技术的智能虚拟边缘网络架构的设计方案,智能的实现了网络资源的按需分配。该架构中的虚拟网络运营商将网络业务提供商提供的实体资源整合后,以虚拟网的形式按照需求提供给网络服务供应商,并允许对边缘网络资源进行智能调度。2.能效优化的流表项管理策略在绿色中继无线网络中,用户本应按照最节能的方式选择基站或者中继节点接入网络,但是可再生能源捕获量难以预测,当中继节点中的可再生能源出现短缺时,该设备无法为用户提供接入服务,在这种情况下,接入该节点的用户需要切换到基站上。另一方面,当可再生能源的捕获量超过消耗量,多余的能源将由于无法被储存而浪费。针对可再生能源的中断和饱和问题,本文提出一种软件定义网络架构下的动态流表项更新策略和一个面向长期能效的流表管理策略,根据节点的可再生能源状态为用户选择接入点,以最大限度的利用已经捕获的可再生能源,从而减少传统能源的消耗量,实现传统能源的能效优化。这些策略可以集成为软件定义网络的控制器上的一个网络管理应用程序。数值仿真结果表明和其他路由策略(例如容量受限和最优路径策略)相比,所提出的策略可以有效利用可再生能源,提高传统能源的能效。3.能效最优的Ant-Q缓存数据流分发策略在移动边缘网络部署缓存功能可以显著减少边缘网络和远端云之间的通信,从而节省能源,然而由于用户的移动性、业务多样性和有限的边缘存储计算能力,如何智能的使用边缘节点的通信和缓存功能具有很大的挑战性。本文使用Ant-Q学习算法为虚拟化移动边缘网络提出了一种节能感知的动态缓存策略。针对不同业务的需求差异,本文首先设计一种具有边缘缓存功能的虚拟化移动边缘网络范例,和直接从移动用户行为中提取特征相比,本范例可以更准确有效地从网络服务中提取特征,并建立其系统模型。然后将能效感知的缓存数据流分发问题根据强化学习算法建模,并使用结合强化学习和蚁群算法的Ant-Q算法解决该问题,该算法可以有效结合云计算能力和边缘网络的高响应能力。此外本文使用禁忌空间来提高Q学习算法的收敛性。仿真结果表明,所提出的缓存数据流分发策略可以显著提高能源效率,同时对网络性能进行优化,而带禁忌空间的Q-learning算法可以显着减少计算时间,提高Ant-Q学习阶段的计算效率。4.能耗最低的边缘虚拟网络构建为了支持具有高资源利用率的异构无线网络中的多个设备和服务的无缝通信,网络虚拟化技术提供了灵活和可扩展的管理。本文研究了无线多跳边缘网络中虚拟网络构建问题,首先分析无线多跳蜂窝网络场景,并建立虚拟网络构建模型。之后将该问题转化为多商品流问题,提出了一种基于多商品流算法的最小成本流算法,即用最小的能耗开销相应虚拟网请求,最后采取拉格朗日松弛优化算法和次梯度算法来解决该问题。仿真结果表明,所提出的多商品流算法可以在无线多跳网络中带宽和节点发射功率有限的情况下提高虚拟网络请求的接受率,以此提高网络能效。