CN102014410A

CN102014410A - 通信控制装置

Info

Publication number: CN102014410A
Application number: CN2009101731234A
Authority: CN
Inventors: 吉内英也; 杨鹏; 耿璐; 马元琛
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2011-04-13
Also published as: JP2011061778A; US8494595B2; US20110059763A1

Abstract

本发明提供一种进行移动网络节能调度的通信控制装置，通过在网络间对能源消耗进行调度，实现整个网络的节能。本发明的通信控制装置，对多个向移动终端提供服务的基站进行控制，具备：接收单元，对上述各基站与服务区域内的移动终端之间的通信状况进行接收；及控制单元，根据上述通信状况，对上述各基站的能耗进行控制，使上述各基站中的多个无线通信模块中的部分无线通信模块的电源闭合或断开。

Description

通信控制装置

技术领域

本发明涉及移动通信网络中的通信控制装置，特别涉及一种移动通信网络中进行节能调度的通信控制装置。

背景技术

在移动通信中，移动网络的节能技术越来越成为重要的问题。尤其是在中国，所有的中国移动运营商例如中国电信、中国移动、中国联通都承诺将减少网络设备的能耗。例如，中国移动宣布相比2005年，在2010年前，节约40％(8亿度电，2千700万标准煤，570万吨二氧化碳排放)的无线网能耗。

很多网络设备厂商例如华为和摩托罗拉都致力于单基站系统内部的节能解决方案。很多终端厂商例如中兴，NEC，Nokia都设计了方便终端节能的网络侧方案。

然而，如果着眼于整个移动网络系统，目前还没有方案可以进行大规模移动网络的节能调度。

发明内容

随着B3G/4G网络的不断部署，更多的基站部署都是非常密集的，它们之间的网络覆盖都是高度重叠的。目前已有网络侧的调度方案用以提高网络服务性能，在这种情况下，所有的基站都是满负荷耗电。但是如果某些时候网络的负荷不是很重，且非常负荷分布不平衡，则即使网络没有那么多用户且负荷不重的时候，全部网络的耗电也无法降低。在这种时候，即使单基站系统有节电功能，但是由于基站之间互相没有协调，也没有针对全网的统一调度，无法达到最优的耗电性能。所以，需要设计一个面向大规模移动网络的节能调度方案。

总之，当前大多数的移动网络的节能仅用于单个基站系统，而没有以网络为中心的节能解决方案，

因此，本发明的目的是提供一种移动网络的进行节能调度的通信控制装置，通过在网络间对能源消耗进行调度，来平衡消耗在整个网络的能源，实现整个网络的节能。

本发明提供一种通信控制装置，对多个向移动终端提供服务的基站进行控制，具备：

接收单元，对上述各基站与服务区域内的移动终端之间的通信状况进行接收；及

控制单元，根据上述通信状况，对上述各基站的能耗进行控制，使上述各基站中的多个无线通信模块中的部分无线通信模块的电源闭合或断开。

上述各基站分别与至少一个其他的上述基站之间具有重复的服务区域，上述通信控制装置根据上述通信状况进行通信流量转移，使上述移动终端与上述基站的通信更改为与该重复的服务区域内其它基站进行通信，并控制上述更改前后基站内的无线通信模块的电源的闭合或断开。

上述通信装置根据上述各基站的各个时间带，预先确定需要事先闭合电源的上述无线通信模块的数量，使得该需要事先闭合电源的上述无线通信模块的数量不低于上述各基站的各个时间带的峰时服务要求。

本发明具有如下效果：

1整个网络系统的能耗可以优化。

2整个网络的基本基站系统并不需要修改

附图说明

图1是移动通信网络的典型结构

图2是移动通信基站内部的能耗模型示例

图3是本发明中具有能效管理节点的移动网络典型结构

图4是本发明中能效管理节点的内部结构

图5是本发明中移动网络基站的内部结构

图6是本发明中节能控制调度的典型信令流程

图7是本发明中能耗管理节点内部的基站服务状态表的典型结构

图8是本发明中能耗管理节点内部的终端状态表的典型结构

图9是本发明中所有基站的基站峰时定义表的典型结构

图10本发明中能耗管理节点内部进行节能调度的实例流程

图11是本发明中能耗管理节点发往基站的节能管理消息的典型结构

图12是本发明中本发明中基站应答能耗管理节点的消息的典型结构

图13是本发明中进行一次能耗调度的实例流程

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行说明。下面描述的实例是基于3GPP LTE-A的通信系统。本发明可以被应用于其他支持多基站联合服务的移动通信网络。

图1是移动蜂窝网络典型的结构。在网络中，多个移动终端(在图中为5个)连接到多个移动通信基站。移动通信基站主要用于控制无线网络的接入和无线数据的收发。多个移动通信基站通过网络链接到移动网络的例如移动网络网关的截止点。移动网络网关的后端设置有应用服务器和互联网。

图2是一个基站的能源消费模型的示例。基站的能源消耗包括：供电模块(基本电源)201，能耗为600W；冷却系统(风扇等)202，能耗为500W；交换机及相关的控制器(路由单元)203，能耗为300W。这里所标称的功率都为满负荷有功功率。随着负荷的下降(比如说某些模块进入睡眠或者关闭状态)，其电能消耗也会随之下降。另外，基站的能源消耗还包括与无线服务有关的模块，例如每小区的服务模块204(170W)，合路器205(25W)、双工器206(6W)。

与无线服务相关的模块(204～206)一般都是以载频和小区为单元进行分组，图2中有4个载频，每个载频有3个小区服务模块，每个小区服务模块204以单独的模块存在于基站2中，设每个小区服务模块的能耗为170W，则总的电功功率为：

600+500+300+(170+25+6)x12＝3812W

可以看出，大部分的电能都消耗在无线服务相关的组件(204～206)。

小区服务模块204可以是软件形式实现，但一般以板卡的硬件模式实现，板卡可以关闭或者打开，或者出于休眠模式。在本发明中，假设小区服务模块204以板卡的硬件模式实现，但经过简单的参数调整，本发明提出的方法也适用于软件形式的小区服务模块204，每个小区服务模块204都能支持一定的无线资源。如没有特别说明，本发明中所提到的无线资源都是指每个基站所能提供的无线服务资源，可以对应于在某个区域内支持用户的数目，也可以对应于在某个区域内能够传输的物理层最大数据速率。当图2中的某个或者某几个小区服务模块204从休眠模式转到工作模式的时候，基站能提供的无线服务资源也随之增加，从而某个区域内能够支持的用户数和物理层最大数据速率会同比增加，然而基站的整体耗电也会增加。相反，如果某个或者某几个小区服务模块204进入睡眠模式，或者整个基站都进入睡眠或者关闭状态，虽然基站的耗电会降低很多，其无线资源也会降低，能提供的服务自然减少很多。

图3是本发明的支持中央控制的移动网络能耗调度的网络结构。在网络侧，本发明在移动网络网关添加了能耗管理节点(EMN)作为为中心控制单元，用来调度全网的资源，降低整个网络的电能消耗。本发明中所提到的支持能耗管理的基站6，在传统的基站2的基础上增加了新的通信功能，以支持向能耗管理节点汇报信息和执行能耗调度指令。

图4是能耗管理节点即通信控制装置的内部结构。能耗管理节点在其程序存储器中，新加入了流量分析功能单元407、耗电控制单元408、网络耗电调度单元409，这些单元构成了控制单元。其中，流量分析功能模块407用来分析目前的多个基站的通信流量情况，这些通信流量信息来自于全网所有的基站。耗电控制模块408是与多个基站通信的基本协议单元。其中关键单元是网络耗电调度单元409。它基于流量分析和基站终端状态，结合基站峰时定义，对网络中所有基站2进行能耗调度。其结果通过耗电控制模块408发送到每个基站。

能耗管理节点在其数据存储器中，新加入了基站服务状态表412、基站峰时定义表413、终端状态表414。基站服务状态表412记录当前移动通信网络中所有基站的运行状态，其结构在图7中给出。基站峰时定义表413用来定义全天每个时刻中，每个基站2需要保持的服务水平(保持工作状态的无线资源)的下限，一般是根据长时统计结果，由移动通信运营商手动设定。终端状态表414记录了所有终端的工作和流量状态，作为本发明中进行节能调度的参考。

图5是在本发明中改造后基站的内部结构。与传统的基站相比，只添加了一个能耗控制接口模块510，用来与能耗管理节点通信。通常情况下，它需要报告基站的运作和服务状态给能耗管理节点。能耗管理节点在进行能耗调度之后，它将收到来自能耗管理节点的调度命令，并执行相应的节能指令(接收或者转走某些无线服务，然后关闭/休眠/唤醒某些小区控制模块或者整个基站系统)。

图6是本发明中节能调度的典型信令流程。首先所有基站与能耗管理节点需要更新最新的基站状态信息(601)，同时基站要向能耗管理节点周期性的汇报流量和服务状态信息(602)。当需要进行调度的时候，由能耗管理节点进行全网的能耗调度(603)，这里的调度是考虑到基站的重叠服务区域，将某些基站的服务转移到其它基站上，以避免重复服务，并采用迭代优选计算，以找到最佳的调度结果。调度后的结果向所有的基站发送(604)。这之后，基站执行相应的指令(604)，并向能耗管理节点发送执行的结果和更新的状态(606)。

图7是本发明中能耗管理节点内部的基站服务状态表的典型结构。记录有所有基站的运行情况，利用状态以及服务状态。每条记录对应一个基站6。每条记录包括：基站标识701、基站的基本运行状态702(比如说：开/关/休眠)、与其服务区有重合的基站703、当前利用率704、正在服务的终端数705、终端标识706、移动终端1所占用的当前基站资源的百分比707。在703中，列出了与当前基站的服务区重合的基站，这有些类似于临小区列表。当前利用率704为当前基站6的无线资源利用率，只要当前基站6打开，则假设有20％的无线资源(用于基本信令无线小区维护等)被占用。705给出了正在服务的终端数705。706列出了每个移动终端标识。707表示该移动终端所占用的当前基站资源的百分比。

图8是本发明中能耗管理节点内部的终端状态表的典型结构。这个表的主要目的是为能耗管理节点进行能耗调度提供参考。每条记录对应一个移动终端。其中包括终端号(终端标识)801、移动终端1的当前状态802，当前的速率803，从804之后，依次列出当前服务的移动终端的基站。

图9是本发明中所有基站的基站峰时定义表的典型结构。这个表的主要目的有两个：第一是通过量化基站的资源利用比例，从而简化能耗管理节点的计算，节省信令长度，还能简化基站的节能操作；第二个目的是根据汇总历史上某基站的资源占用比例，根据经验制定某基站在某时段的最低需要打开的资源的百分比，从而保证移动网络的服务。在图9中，是一个简单的实现例子，每个基站都有如下的资源打开级别：

峰时等级1：某基站的所有的资源都打开

峰时等级2：某基站的60％的资源打开

峰时等级别3：某基站的30％的资源打开

峰时等级4：某基站的0％的资源打开。但是基站还是处于打开状态，只不过所有的无线服务模块/板卡都处于休眠状态，可以很快的恢复到工作状态。

峰时等级5：某基站的0％的资源打开，基站处于关闭状态。

在实际的操作中，对于某个时段的某个基站，节能调度的结果的底线是必须满足当前峰值级别所规定的资源。比如说，某次13:00的调度的结果中，可以把移动终端3的流量从基站2转移到基站1和基站3上。然后，基站2可以设置为峰值等级2。然而，根据基站峰时定义表的内容，在这一时段，基站2必须以满资源工作，否则非常有可能降低服务质量，因此这种调度结果就不能接受。因此，调度流程可以进入下一次迭代优选计算，找到其他的结果。最后，找到的次优结果是把移动终端3的数据从基站1全部转到基站2，这样基站1就可以被调成峰值等级2，符合基站峰时定义表。这里的节能调度的迭代优选计算可以有各种计算方法，但因为属于已有技术，因此不再详述。

基站峰时定义表的内容可以根据实际情况进行灵活的定制。例如，某些基站可以只支持两个峰时等级(开和关)，这样可以简化节能调度的流程。

图10本发明中能耗管理节点内部进行节能调度的实例流程。首先能耗管理节点从所有的基站采集状态信息，并更新状态信息表(1001)，然后在需要进行节能调度的时候，基于一定的调度算法进行节能调度。在本发明中，假设的节能调度算法是基于迭代的最优化算法，算法中将基站服务状态表和终端状态表中的参数放入计算模型中，进行第一次迭代(1002)，如果结果收敛(1003)，则直接检查基站峰时定义表(1004)，如果结果符合要求，就直接生成调度结果，发往对应的基站。如果(1003)和(1004)的结果都为否，再返回(1002)进行下一次迭代，直至找到最优或者次优的结果。根据不同的节能调度算法步骤(1002)到(1004)可能有所不同。本发明中所提出的节能调度系统，可以支持不同的节能调度算法，步骤(1001)和(1005)在不同的节能调度算法下，都是一样的。最简的节能调度方法可以是基于迭代的线性最优化方法，其每一步的迭代必然是收敛的，得到的结果只能是在某一个参数(比如说基站能耗)上是最优的。更复杂的方法可以是多个参数的非线性迭代最优化方法，这类方法可以得到基于多个参数的最优化结果，但是相对收敛的解比较少，算法过程复杂度比较高。可以根据实际情况选择节能调度的算法。

图11是本发明中能耗管理节点发往基站的节能管理消息的典型结构。在这里只列出了IP包头及后面的部分。IP包头中包括的目的基站的地址1101以及能耗管理节点地址1102。UDP包头1103中还可能包含了运营商规定的某个数据端口。在这之后就是节能调度包头部分1104。包头部分1104规定了该基站所需要达到的目标峰时等级1105、需要调整的选项数n 1106以及对每个服务调度选项的应答1107。在服务调度选项1107的应答中，列出了需要调度的终端标识1108、表示转入还是转出1109、需要调度的流量的大小1110、需要配合调度的基站的标识1111；最后是对应的基站地址1112，如果该地址没有提供，可以通过DNS服务得到。

图12是本发明的基站应答能耗管理节点的消息的典型结构。在这里只列出了IP包头及后面的部分。IP包头包括能耗管理节点地址1201以及源基站的地址1202。UDP包头1203中可能包含了运营商规定的某个数据端口。在这之后就是节能调度包头部分1204。节能调度包头部分1204包括该基站所需要达到的目标峰时等级1205、需要调整的选项数n 1206以及对每个服务调度选项的应答1207。服务调度选项的应答包括需要调度的终端标识1208、指明转入还是转出1209、需要调度的流量的大小1210、需要配合调度的基站的标识1211；最后是对应的结果1212(接受或者拒绝)。根据应答的内容，能耗管理节点可以选择进行再一次的调度，也可以选择接受当前的结果直到下一次调度。

图13给出本发明的能耗调度的实例流程。从迭代优化的方法的角度来开，迭代过程的目标优化参数越多，结果收敛的速度越慢，这当中有很多方法和模型可以用来进行这个优化过程。图13给出了一个简单的线性能耗调度的实例。在这里，假设在13:00，且基站数和终端数以及服务模式按照图7、图8和图9中列出的例子进行。

首先，在所有基站和能耗管理节点之间更新基站状态(1301)，并更新流量和服务信息(1302)。在进行节能调度的时候，只按照当前能耗最低的方向进行调度。假设一次迭代的结果是把移动终端3的流量从基站2转移到基站1和基站3上。然后，基站2可以设置峰值等级2。然而，根据基站峰时定义表的内容，在这一时段，基站2必须以满资源工作，否则非常有可能降低服务质量，因此这种调度结果就不能接受。因此，调度流程可以进入下一次迭代找到其他的结果。最后，找到的次优结果是把移动终端3的数据从基站1全部转到基站2，并且基站2和基站3组合联合服务。这样基站1就可以被调成峰值等级2，符合基站峰时定义表。基站4没有需要服务的终端，但是根据基站峰时定义表只能进入峰值等级2，以保证服务的可靠性。完成了节能调度(1303)后，在(1304)中，能耗管理节点将结果发送给所有基站。这样在步骤(1305)中，执行相关的数据流转交，然后基站1和基站4就可以被设定为对应的峰值等级1306。最后，所有基站将调度的结果发送给能耗管理节点。

Claims

1.一种通信控制装置，对多个向移动终端提供服务的基站进行控制，具备：

2.根据权利要求1所述的通信控制装置，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的通信控制装置，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的通信控制装置，其特征在于，

上述各基站的各个时间带的峰时服务要求通过汇总历史数据而得到。

5.根据权利要求3所述的通信控制装置，其特征在于，

在规定的基站的规定的时间带中，必须事先闭合电源的上述无线通信模块的最低限度的数量的是零。

6.根据权利要求3所述的通信控制装置，其特征在于，

上述规定的时间带具有至少两种时间带，在第一时间带中，能够将上述基站中的上述无线通信模块以外的设备的电源闭合；在第二时间带中，能够将上述基站中的上述无线通信模块以外的设备的电源断开。

7.根据权利要求3所述的通信控制装置，其特征在于，

上述各基站的各个时间带的峰时服务要求存储在通信控制装置的存储单元中。

8.根据权利要求1所述的通信控制装置，其特征在于，所述控制单元包括：

流量分析功能单元，分析上述多个基站的流量状况；

网络耗电调度单元，基于上述流量分析功能单元分析的流量状况和基站终端状态，结合上述基站峰时服务要求，对网络中各个基站进行能耗调度；

耗电控制单元，与上述多个基站进行通信，将上述网络耗电调度单元进行能耗调度的结果发送到上述各个基站。