CN102111816A - 节能的毫微微网络系统及节能方法 - Google Patents

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张平
李一喆
张奇勋
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Abstract

本发明涉及无线网络中的功率控制领域，提供了一种节能的毫微微网络系统及节能方法，该系统包括毫微微网络网关和毫微微基站，当毫微微网络中用户数比较少时，毫微微基站采取负载均衡方法，将某些符合条件的毫微微小区的用户接入到邻近的毫微微小区中，使这些毫微微小区只发送导频信号保持一定的覆盖，从而进入低功耗的休眠模式，以实现公共场所毫微微网络在运行过程中节省能量的目标。而在一定条件的触发下，激活休眠的毫微微基站，使这些毫微微小区重新恢复正常运行，以保证整个网络的覆盖和容量的方法。

Description

节能的毫微微网络系统及节能方法
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种节能的毫微微网络系统及其节能方法。
背景技术
在室内场景下，无线信号需要穿透墙体才能到达终端，这在一定程度上造成了信号的功率的损失，导致宏蜂窝小区的容量下降。毫微微小区技术是提高室内语音和高速数据业务覆盖的一种有效解决方案。毫微微小区能够改善室内信号的质量，提升系统容量，具有低成本、易实现等特点。同时它也是下一代移动网络和固网融合(FMC)的基础。
毫微微小区能够被应用于需要共享服务、文件或者进行网络访问的公共场所，例如会议室、会客厅、机场等。相比当下流行的Wi-Fi技术，毫微微小区网络具有更高的通信质量和安全性。并且，使用毫微微小区的用户终端不需要兼容Wi-Fi功能，仅仅使用现有的终端，就可以达到访问无线网络的目的。
节约能源、资源、绿色通信是新一代无线移动通信的重要发展方向，是目前需要研究的紧迫课题。由于无线通信系统的频带资源有限，宏(Macro)小区和毫微微小区混合网络一般使用相同的频谱资源，以便增加系统的频谱利用率。在这种资源分配方式下，下行链路毫微微小区用户受到的来自宏小区基站的干扰比较严重。为了保证毫微微小区用户的QoS，要求毫微微小区基站以较大的功率发射信号。因此传统的毫微微小区系统中所有毫微微小区基站都采用了最大功率发射，即使在干扰很小的情况下，也采用了很大的发射功率，造成能源非常浪费。虽然毫微微小区基站的发射功率比宏小区基站低得多，但其基站数目却是宏小区基站的几十倍甚至上百倍，因此毫微微小区的能耗过大问题值得关注。
现有的针对毫微微小区的节能方法主要集中在对单一的毫微微小区进行控制，在有用户接近毫微微小区时开启毫微微基站接纳用户，在用户离开时关闭毫微微基站。现有的毫微微节能技术方案的缺点主要有：
其一，只对单一的毫微微小区进行控制，不适于多个毫微微小区的场景；
其二，对毫微微小区的节能功率控制比较简单，许多毫微微小区通常情况下在一天中的很长时间都有用户存在或接近，这样通过有或没有用户来开启或关闭毫微微基站在很多情况下并不能起作用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有毫微微网络的节能功率控制过于单一和低效而导致的能耗过大的问题，提出了一种基于负载控制的毫微微网络节能方法及系统，在满足系统吞吐量、覆盖率和用户服务质量的情况下大大地降低了毫微微网络的能耗。
(二)技术方案
为此，本发明具体地采用如下技术方案进行：
首先，本发明提供一种节能的毫微微网络系统，包括网络设备和用户设备；所述网络设备包括至少一个毫微微基站2，与毫微微基站2连接的宽带IP网络3，与宽带IP网络3连接的毫微微网关1，毫微微网关1接入核心网4；所述用户设备包括至少一个与毫微微基站2无线交互的用户终端5；
其特征在于，所述毫微微网关1连接毫微微基站2与核心网4，为通过毫微微小区的通信提供安全网关，也对连接到毫微微网关1的毫微微基站2进行鉴权和准入控制，同时提供对连接的毫微微基站2的功率以及工作模式进行控制。
优选地，所述毫微微网关1具体包括：与宽带IP网络进行通信的宽带IP收发器101、进行信息输入及输出的I/O接口102、接收指令并处理的处理单元103、存储信息及指令的存储单元104、记录各毫微微小区信息的毫微微小区数据库105、进行鉴权和准入控制的毫微微小区鉴权系统106以及进行功率控制的毫微微小区功率及节能控制单元107。
优选地，所述毫微微基站2具体包括：提供信号增益的天线201、进行无线信号收发的无线接入网收发器202、与宽带IP网络进行通信的宽带IP网络收发器203、接收指令并处理的处理单元204、存储信息及指令的存储单元205以及I/O接口206。
优选地，所述毫微微小区功率及节能控制单元107包括：接收毫微微网络的上传信息和下发节能控制信息的信息接口301，用来处理毫微微小区节能相关流程的处理器302，以及存储单元303。
优选地，所述毫微微基站2将自身的配置和检测到的无线环境信息上报毫微微网关，并接收毫微微网关1的信息进行参数和业务的配置；所述毫微微网关1对毫微微网络进行动态的功率控制，根据周期性获得的网络运行状况信息进行毫微微基站2的休眠和/或唤醒。
更进一步地，本发明还提供一种毫微微网络的节能方法，应用于如上所述节能的毫微微网络系统中，该方法包括步骤：
S101，毫微微网络中的毫微微基站2和用户终端5，每隔一定的周期向毫微微网关1上报规定的信息；
S102，毫微微网关1根据上报的信息判断所有毫微微基站中是否存在负载数小于一设定值的毫微微基站；
S103，若存在负载数小于设定值的毫微微基站，毫微微网关1进一步判断该毫微微基站负载数小于设定值的时间是否超过一定时间；若步骤S102中不存在满足条件的毫微微基站，则返回步骤S101；
S104，若该毫微微基站负载数小于设定值的时间超过一定时间，则毫微微网关1进一步判断该毫微微基站构成的毫微微小区所邻近的毫微微小区是否可容纳该毫微微小区内的用户；若步骤S103中不存在满足条件的毫微微基站，则返回步骤S101；
S105，若所述邻近的毫微微小区可容纳该毫微微小区内的用户，则毫微微网关将该毫微微小区的用户接入到所述邻近的毫微微小区的基站中；若步骤S104中不存在满足条件的邻近的毫微微小区，则返回步骤S101；
S106，将全部用户转移出的该毫微微基站成为空闲毫微微基站，只发送系统设定的导频功率，进入休眠状态。
同时，本发明还提供一种毫微微网络的节能方法，应用于如上所述节能的毫微微网络系统中，该方法包括步骤：
S201，毫微微网络中的毫微微基站2和用户终端5，每隔一定的周期向毫微微网关1上报规定的信息；
S202，毫微微网关1根据上报的信息检测是否有毫微微基站负载超过一设定值；
S203，若存在负载超过设定值的毫微微基站，毫微微网关1进一步检测过载的毫微微基站构成的毫微微小区周围是否有休眠的毫微微基站；若步骤S202中不存在满足条件的毫微微基站，则返回步骤S201；
S204，若存在休眠的毫微微基站，毫微微网关1唤醒所述休眠的毫微微基站并将该过载的毫微微基站的部分用户接入到已唤醒的毫微微基站中形成唤醒的毫微微小区；若步骤S203中不存在满足条件的毫微微基站，则返回步骤S201。
此外，本发明还提供一种毫微微网络的节能方法，应用于如上所述节能的毫微微网络系统中，该方法包括步骤：
S301，毫微微网络中的毫微微基站2和用户终端5，每隔一定的周期向毫微微网关1上报规定的信息；
S302，毫微微网关1根据上报的信息检测是否有某用户无法从现有各毫微微小区中获取满意的服务；
S303，若存在无法获取满意的服务的用户，毫微微网关1进一步检测该用户是否处于某休眠的毫微微基站所能构成的小区覆盖范围内；
S304，若该用户处于某休眠的毫微微基站所能构成的小区覆盖范围内，毫微微网关1唤醒该休眠的毫微微基站并接纳用户形成唤醒的毫微微小区。
优选地，所述步骤S101、S201、S301中，上报的所述规定的信息具体包括：毫微微基站负载、用户的接入信息和用户的通信质量。
(三)有益效果
本发明的方案可以根据毫微微网络中用户数和/或用户服务质量的情况，动态调整毫微微基站的休眠和/或唤醒；适用于多个毫微微小区共存的毫微微网络场景，更符合实际网络的组网状况，在满足系统吞吐量、覆盖率和用户服务质量的情况下动态地进行调整，方便而有效地降低了毫微微网络的能耗。
附图说明
图1为本发明中节能的毫微微网络系统的结构示意图；
图2为本发明中毫微微基站的结构示意图；
图3为本发明中毫微微小区功率及节能控制单元的结构示意图；
图4为本发明中对毫微微网络进行动态的功率控制的节能方法各实施例流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的毫微微网络应用于公共场所中，在一个统一管理的公共场所中，如企业办公室，大学校园，商场等热点地区，为满足用户的通信要求，放置多个毫微微基站，建立多个毫微微小区，利用本发明提出的方法和系统实现毫微微网络节能。
本发明中所述节能的毫微微网络系统，包括网络设备和用户设备。网络设备包括至少一个毫微微基站2，与毫微微基站2通过宽带连接的宽带IP网络3，与宽带IP网络3通过宽带连接的毫微微网关1，毫微微网关1接入核心网4；用户设备包括至少一个与毫微微基站2通过无线信道交互的用户终端5。
其中，毫微微网关1的结构如图1所示，具体包括宽带IP收发器101、I/O接口102、处理单元103、存储单元104、毫微微小区数据库105、毫微微小区鉴权系统106以及毫微微小区功率及节能控制单元107。毫微微网关1连接毫微微基站2与核心网4，可以为通过毫微微小区的通信提供安全网关，保证业务的安全性和保密性，也对连接到毫微微网关1的毫微微基站2进行鉴权和准入控制，同时可以提供对连接的毫微微基站2的功率以及工作模式(正常、休眠或激活)进行控制。
毫微微基站2的结构如图2所示，包括天线201、采用某种接入技术的无线接入网收发器202、宽带IP网络收发器203、处理单元204、存储单元205、I/O接口206等组成部分。可以通过某种标准的无线接口(LTE，WiMAX等)与多个用户终端5连接通信，并可以基于已有的宽带接入技术(电缆，DSL等)通过宽带IP网络3与毫微微网关1相连，进而接入核心网4。毫微微基站2可以提供室内覆盖，为室内用户提供语音，数据，VoIP等无线业务。毫微微基站2可以将自身的配置和检测到的无线环境等信息上报毫微微网关1，并接收毫微微网关1的信息进行参数和业务的配置。一个毫微微基站2与它所服务的用户5构成一个毫微微小区。
毫微微小区管理的功率及节能控制单元107，是集成在毫微微网关1内的一个重要部分，如图3所示，包括一个可以接收毫微微网络的上传信息和下发节能控制信息的信息接口301、用来处理毫微微小区节能的相关流程的处理器302以及存储单元303等。
宽带IP网络3可以为多个设备提供基于因特网协议的服务，通过电缆、DSL等将毫微微基站与毫微微网关相连。
用户设备中的用户终端5，包括使用各种标准无线接入技术的无线设备。
在本发明中，对上述毫微微网络进行动态的功率控制，根据周期性获得的网络运行状况信息进行毫微微基站2的休眠和/或唤醒，具体采用如图4中所示的各方法流程来实现，共分为以下3个实施例：
实施例1
一种毫微微网络的节能方法，主要通过周期性地获得网络运行状况信息进行毫微微基站的动态休眠，以上述公共场所的毫微微网络运行的一个周期为例，该方法具体包括步骤：
S101，毫微微网络中的毫微微基站2和用户终端5，每隔一定的周期(系统设定)向毫微微网关1上报规定的信息，如毫微微基站负载、用户的接入信息和用户通信质量等；
S102，毫微微网关1根据上报的信息判断所有毫微微基站中是否存在负载数小于某一系统设定值的毫微微基站Fi；
S103，若若存在负载数小于设定值的毫微微基站Fi，毫微微网关进一步判断小负载数的毫微微基站Fi满足步骤S102中条件是否超过一系统设定时间；若步骤S102中不存在满足条件的毫微微基站，则返回步骤S101；
S104，若该毫微微基站Fi负载数小于设定值的时间超过一定时间，则毫微微网关进一步判断由满足步骤S103条件的毫微微基站Fi构成的毫微微小区Ai所邻近的毫微微小区A′i是否可容纳毫微微小区Ai内的用户；若步骤S103中不存在满足条件的毫微微基站，则返回步骤S101；
S105，若所述邻近的毫微微小区A′i可容纳毫微微小区Ai内的用户，则毫微微网关将毫微微基站Fi的用户接入到所述邻近的毫微微小区A′i的基站中；若步骤S104中不存在满足条件的邻近的毫微微小区，则返回步骤S101；
S106，将全部用户转移出的空闲毫微微基站Fi只发送系统设定的导频功率，进入休眠状态。
实施例2
一种毫微微网络的节能方法，主要通过周期性地获得网络运行状况信息进行毫微微基站的动态唤醒，以上述公共场所的毫微微网络运行的一个周期为例，该方法具体包括步骤：
S201，毫微微网络中的毫微微基站2和用户终端5，每隔一定的周期(系统设定)向毫微微网关1上报规定的信息，如毫微微基站负载、用户的接入信息和用户通信质量等；
S202，毫微微网关1根据上报的信息检测是否有毫微微基站Fj负载超过某系统设定值；
S203，若存在负载超过设定值的毫微微基站Fj，毫微微网关1进一步检测过载毫微微基站Fj构成的毫微微小区Aj周围是否有休眠的毫微微基站Fj′；若步骤S202中不存在满足条件的毫微微基站，则返回步骤S201；
S204，若存在休眠的毫微微基站Fj′，毫微微网关1唤醒所述休眠的毫微微基站Fj′并将过载毫微微基站Fj的部分用户接入到已唤醒的毫微微基站Fj′中形成唤醒的毫微微小区Aj′；若步骤S203中不存在满足条件的毫微微基站，则返回步骤S201。
实施例3
一种毫微微网络的节能方法，主要通过周期性地获得网络运行状况信息进行毫微微基站的动态唤醒，以上述公共场所的毫微微网络运行的一个周期为例，该方法具体包括步骤：
S301，毫微微网络中的毫微微基站2和用户终端5，每隔一定的周期(系统设定)向毫微微网关1上报规定的信息，如毫微微基站负载、用户的接入信息和用户通信质量等；
S302，毫微微网关根据上报的信息检测是否有某用户无法从现有各毫微微小区中获取满意的服务；
S303，若存在无法获取满意的服务的用户，毫微微网关进一步检测该用户是否处于某休眠的毫微微基站Fk所能构成的小区Ak覆盖范围内；
S304，若该用户处于某休眠的毫微微基站Fk所能构成的小区Ak覆盖范围内，毫微微网关唤醒该休眠的毫微微基站Fk并接纳用户形成唤醒的毫微微小区Ak。
与现有方案相比，本发明并不仅仅解决单个毫微微小区的节能，更可以适用于多个毫微微小区共存的毫微微网络场景；同时，现有方案简单地对毫微微小区基站进行关闭和启用，在现实中较难实现，而本发明结合了负载控制和基站休眠的方法，更加易于实现；第三，现有方案只判断毫微微小区有无用户，这种情况在实际许多场景中很少出现，本发明不单纯地判断有无，而是根据用户数的多少来控制毫微微网络节能，在实际场景中有广泛的多的用途。
本领域普通技术人员还可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的算法步骤及实施方案，专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的发明保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种节能的毫微微网络系统，包括网络设备和用户设备；所述网络设备包括至少一个毫微微基站(2)，与毫微微基站(2)连接的宽带IP网络(3)，与宽带IP网络(3)连接的毫微微网关(1)，毫微微网关(1)接入核心网(4)；所述用户设备包括至少一个与毫微微基站(2)无线交互的用户终端(5)；
其特征在于，所述毫微微网关(1)连接毫微微基站(2)与核心网(4)，为通过毫微微小区的通信提供安全网关，也对连接到毫微微网关(1)的毫微微基站(2)进行鉴权和准入控制，同时提供对连接的毫微微基站(2)的功率以及工作模式进行控制。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述毫微微网关(1)具体包括：与宽带IP网络进行通信的宽带IP收发器(101)、进行信息输入及输出的I/O接口(102)、接收指令并处理的处理单元(103)、存储信息及指令的存储单元(104)、记录各毫微微小区信息的毫微微小区数据库(105)、进行鉴权和准入控制的毫微微小区鉴权系统(106)以及进行功率控制的毫微微小区功率及节能控制单元(107)。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述毫微微基站(2)具体包括：提供信号增益的天线(201)、进行无线信号收发的无线接入网收发器(202)、与宽带IP网络进行通信的宽带IP网络收发器(203)、接收指令并处理的处理单元(204)、存储信息及指令的存储单元(205)以及I/O接口(206)。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述毫微微小区功率及节能控制单元(107)包括：接收毫微微网络的上传信息和下发节能控制信息的信息接口(301)，用来处理毫微微小区节能相关流程的处理器(302)，以及存储单元(303)。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述毫微微基站(2)用于将自身的配置和检测到的无线环境信息上报毫微微网关(1)，并接收毫微微网关(1)的信息进行参数和业务的配置；所述毫微微网关(1)用于对毫微微网络进行动态的功率控制，根据周期性获得的网络运行状况信息进行毫微微基站(2)的休眠和/或唤醒。
6.一种毫微微网络的节能方法，应用于如权利要求1-5任一所述节能的毫微微网络系统中，其特征在于，该方法包括步骤：
S101，毫微微网络中的毫微微基站(2)和用户终端(5)，每隔一定的周期向毫微微网关(1)上报规定的信息；
S102，毫微微网关(1)根据上报的信息判断所有毫微微基站中是否存在负载数小于一设定值的毫微微基站；
S103，若存在负载数小于设定值的毫微微基站，毫微微网关(1)进一步判断该毫微微基站负载数小于设定值的时间是否超过一定时间；若步骤S102中不存在满足条件的毫微微基站，则返回步骤S101；
S104，若该毫微微基站负载数小于设定值的时间超过一定时间，则毫微微网关(1)进一步判断该毫微微基站构成的毫微微小区所邻近的毫微微小区是否可容纳该毫微微小区内的用户；若步骤S103中不存在满足条件的毫微微基站，则返回步骤S101；
S105，若所述邻近的毫微微小区可容纳该毫微微小区内的用户，则毫微微网关将该毫微微小区的用户接入到所述邻近的毫微微小区的基站中；若步骤S104中不存在满足条件的邻近的毫微微小区，则返回步骤S101；
S106，将全部用户转移出的该毫微微基站成为空闲毫微微基站，只发送系统设定的导频功率，进入休眠状态。
7.一种毫微微网络的节能方法，应用于如权利要求1-5任一所述节能的毫微微网络系统中，其特征在于，该方法包括步骤：
S201，毫微微网络中的毫微微基站(2)和用户终端(5)，每隔一定的周期向毫微微网关(1)上报规定的信息；
S202，毫微微网关(1)根据上报的信息检测是否有毫微微基站负载超过一设定值；
S203，若存在负载超过设定值的毫微微基站，毫微微网关(1)进一步检测过载的毫微微基站构成的毫微微小区周围是否有休眠的毫微微基站；若步骤S202中不存在满足条件的毫微微基站，则返回步骤S201；
S204，若存在休眠的毫微微基站，毫微微网关(1)唤醒所述休眠的毫微微基站并将该过载的毫微微基站的部分用户接入到已唤醒的毫微微基站中形成唤醒的毫微微小区；若步骤S203中不存在满足条件的毫微微基站，则返回步骤S201。
8.一种毫微微网络的节能方法，应用于如权利要求1-5任一所述节能的毫微微网络系统中，其特征在于，该方法包括步骤：
S301，毫微微网络中的毫微微基站(2)和用户终端(5)，每隔一定的周期向毫微微网关(1)上报规定的信息；
S302，毫微微网关(1)根据上报的信息检测是否有某用户无法从现有各毫微微小区中获取满意的服务；
S303，若存在无法获取满意的服务的用户，毫微微网关(1)进一步检测该用户是否处于某休眠的毫微微基站所能构成的小区覆盖范围内；
S304，若该用户处于某休眠的毫微微基站所能构成的小区覆盖范围内，毫微微网关(1)唤醒该休眠的毫微微基站并接纳用户形成唤醒的毫微微小区。
9.根据权利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，所述规定的信息具体包括：毫微微基站负载、用户的接入信息和用户的通信质量。
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