CN102625320A - 一种家庭基站网络节能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种基于家庭基站网络系统的节能机制。在家庭基站密集部署的企业办公环境中，该机制通过分簇的方法将网络中大量的家庭基站进行分簇，形成虚拟小区，每个虚拟小区中组成簇头-簇成员的结构。当家庭基站网络用户量较少时，每个虚拟小区中成员家庭基站处于休眠状态，而只有簇头家庭基站处于工作状态，从而有效地实现网络节能。而当虚拟小区附近存在激活的宏用户时，为了避免虚拟小区中成员进行频繁地而无效地模式切换(休眠模式到工作模式)，采用结合用户行为和簇头感知的方式对处于休眠状态的家庭基站进行，从而对全网实现层次化地管理，进一步实现能量的高效用。

Description

一种家庭基站网络节能的方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别是指一种实现家庭基站网络节能的方法，可用于下一代长期演进(LTE)移动通信系统中。

背景技术

根据调查统计表明，目前大约70％的话音业务和90％的数据业务通信发生在室内。此外室内的移动通信业务量随着通信技术的发展，业务多样性的演变，以及用户行为习惯的变化而快速增长，因此家庭区域或企业办公区域的通信服务是运营商不可小觑的经济来源。而LTE移动通信系统将工作在2GHz左右或更高的频段，传统蜂窝网络的无线信号穿墙损耗将急剧增加，进而导致室内覆盖效果较差，无法满足室内用户的服务质量要求，为了解决此问题，一种称为家庭基站的技术应运而生。

家庭基站是一种小功率、即插即用，由用户购买并安装的微型基站设备，主要为室内或热点区域的用户提供更优质的数据服务。由于能够有效地提高频谱利用率，改善通信系统的容量，减轻宏蜂窝网络负担，延长用户终端寿命等优点，家庭基站技术具有非常广阔的应用前景。

鉴于家庭基站技术诸多优势，广泛的部署势在必行。据著名市场研究机构ABI Research的数据表明，从2008年到2011年全球将有超过1亿的家庭基站部署，其规模将快速地发展。虽然家庭基站的设备消耗和发射功率都比宏基站低得多，但其基站数目却是宏基站的几十倍甚至上百倍。此外，为了防止全球气候变暖，气候失常，世界各国于1997年签订《京都议定书》来限制温室气体如CO₂等的排放。仅在2007年，ICT产业CO₂的排放量占全球的2％，相当于整个航空业CO₂的全部排放量或者整个汽车行业CO₂排放量的1/4。并且ICT技术的高速发展，CO₂的排放量逐渐呈指数递增，因此发展绿色通信已经迫在眉睫。基于以上两点，实现家庭基站网络的节能是重要而有意义的。

近年来，专门家庭基站网络的节能技术比较少见，尤其是针对家庭基站群和用户行为的节能机制研究几乎没有。目前家庭基站的节能研究主要集中在以下两方面：一方面，根据家庭基站覆盖范围内是否存在激活用户而对其进行开启或关闭。另一方面，根据家庭基站覆盖范围内通信业务量的高低。当业务量低时，家庭基站周期性交替地传输控制信息，进入空闲模式实现节能。然而，以上节能方法不适合家庭基站群的场景，并且经常会有用户存在于或路过家庭基站的覆盖区域。因此上述方案的节能效果不是很显著，有必要进一步深入研究家庭基站网络的节能机制。

在密集部署家庭基站的环境中，如图1所示：企业办公大楼中包含大量的家庭基站和移动用户，家庭基站网关控制整个家庭基站网络系统。由于用户并不是每时每刻都处于通信状态，或处于家庭基站覆盖范围内。因此网络中家庭基站有很大一部分时间是空闲的，尤其是采用CSG(closed subscriber group)模式的家庭基站。如果家庭基站能够在空闲时进入休眠，而在需要提高服务时激活，这将能够有效降低网络能耗。但是由于信号通过窗户或门等泄漏到至室外，导致家庭基站发生频繁地模式转换(休眠模式与激活模式)，因此如何对家庭基站进行更加有效地管理，实现网络的节能和保证用户的服务质量成为新的挑战。

发明内容

本发明旨在针对企业办公环境中家庭基站密集部署的情景下如何有效节省家庭基站的能量消耗并同时保证用户服务质量的问题，依据家庭基站部署的位置和用户的行为，提出一种较为有效地提高家庭基站网络能量效率的机制。具体分为以下两个主要步骤：1)虚拟家庭基站小区的形成；2)基于用户行为的节能机制。

首先，形成虚拟家庭基站小区的算法步骤为：

步骤1.家庭基站网络上电并进行初始化配置。网络中各家庭基站扫描相邻家庭基站的导频信号功率P₁，并创建邻区列表；

步骤2.家庭基站向家庭基站网关上报无线信息如相邻家庭基站的导频信号功率和与邻区列表；

步骤3.家庭基站网关根据上报的无线信息选择具有最大接收导频信号功率和的家庭基站作为簇头；

步骤4.家庭基站网关选择该簇头邻区列表中的家庭基站作为其成员；

步骤5.家庭基站网关检测是否存在既不是簇头也不是簇成员的家庭基站。若存在，返回步骤3；若不存在，直接进入步骤6；

步骤6.虚拟家庭基站小区形成。

同时，由于家庭基站即插即用之特性，主要由用户进行操作，用户会随时开启或关闭家庭基站，因此对于新开启的家庭基站，必须对其进行分簇，具体的分簇步骤如下：

步骤1.新开启家庭基站扫描相邻家庭基站的导频信号功率并创建邻区列表，向家庭基站网关上报；

步骤2.家庭基站网关根据新开启家庭基站的上报信息，判断该新开启家庭基站的邻区列表中是否拥有簇头。若没有，则新开启家庭基站自己成为新分簇的簇头并报告给家庭基站网关；若有，则进入步骤3；

步骤3.家庭基站网关选择具有最大导频信号功率的簇头作为新家庭基站的簇头，并通知该簇头和新开启的家庭基站；

步骤4.新开启家庭基站成为所选簇头的成员；

更进一步地，家庭基站网络中虚拟小区形成后，本发明还提供一种家庭基站网络的能量节省方案，具体步骤如下：

步骤1.初始条件：每个虚拟小区中簇头的嗅探器开启，其余成员处于休眠状态；

步骤2.簇头检测虚拟小区附近激活用户的上行信号功率P；

步骤3.簇头根据接收的上行信号功率P是否大于门限P₁判断用户位置与虚拟小区是否足够近。若小于门限则跳转到步骤1，若是大于门限则进入步骤4；

步骤4.簇头检查该手机是否属于该虚拟小区的注册用户。若不是，跳转到步骤1，若是，进入步骤5；

步骤5.簇头上传注册用户信息报告给家庭基站网关，家庭基站网关通知相关的成员家庭基站开启嗅探器，并测量该用户的上行接收信号功率P；

步骤6.该成员家庭基站根据接收信号功率P是否大于P₂来判断手机位置离自己是否足够近，若是小于门限则跳转到步骤5，若是大于则进入步骤7；

步骤7.该家庭基站成员进入工作状态，用户从宏小区切换到该家庭基站中，该家庭基站为其提供服务直到用户业务结束，并重新进入休眠状态。

说明：

虚拟家庭基站小区形成算法步骤1中，只有当扫描到的导频信号功率大于一定门限值时，家庭基站才将此测量信息上报给家庭基站网关，并将相应的家庭基站加入到邻区列表当中。

虚拟家庭基站小区形成算法步骤3中，家庭基站网关每轮选择簇头时，是从既不是簇头也不是簇成员的家庭基站中选取。

虚拟家庭基站小区形成算法步骤4中，进行簇头的成员选择时，要排除簇头邻区列表中已经成为簇头或其它簇成员的家庭基站，即这些基站不成为该簇头的成员。

家庭基站网络能量节省方案步骤6中，信号功率值P还需和门限值P₃比较，如果P＜P₃，则成员家庭基站关闭嗅探器，跳转到步骤1，其中P₃值为略小于步骤3中P₁的门限值。

家庭基站网络能量节省方案步骤7中，用户业务结束包括用户通信服务结束或用户离开该家庭基站的覆盖范围等情况。

下面通过附图和具体实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。

附图说明

为了更清晰地阐述本发明的实施例和现有的技术方案，下面将本发明的技术方案说明附图和现有技术描述中用到的说明附图做简单的介绍，显而易见，在不付出创造性劳动的前提下，本领域普通技术人员可以通过本附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中包含家庭基站、移动用户和家庭基站网关的系统场景图。

图2是本发明实施例中虚拟家庭基站小区形成算法流程图。

图3是本发明实例中新开启家庭基站分簇算法流程图。

图4是本发明实例中家庭基站网络节能方案流程图。

具体实施方式

为将本发明的技术方案优势描述的更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细阐述，显然所描述的实施例只是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。在此基础上可以将本发明的实施例加以扩展，在整体架构一致的情况下，得到更多优化方案。根据本发明的实施例，本领域的普通技术人员在不经创造性劳动的基础上可以实现本发明的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的主要思想是：在密集部署大量家庭基站的企业办公环境中，通过分簇的算法将家庭基站网络系统中的家庭基站形成虚拟小区，从而进行分层式的管理，在网络业务量低的时候，使只有少量的簇头家庭基站处于工作状态，而其余大量的家庭基站能够进行休眠从而有效地节省整个家庭基站网络的能量消耗。当有用户需要得到服务时，簇头根据嗅探器测量的用户上行发射功率来判断是否激活相应的成员家庭基站为用户提供服务。若测量的用户上行信号功率小于门限值，则由簇头继续测量周边无线信息，虚拟小区内的成员继续保持休眠状态；若测量的用户上行功率大于门限值且用户属于该虚拟小区的注册成员，则进一步由相应的家庭基站根据测量的用户上行功率判断是否进入工作模式。若测量到的信号功率值大于门限值，则该基站激活并为手机提供服务。

图1是本发明实施例中包含家庭基站、移动用户和家庭基站网关的系统场景图。

图2是本发明实施例中虚拟家庭基站小区形成算法流程图。

图3是本发明实例中新开启家庭基站分簇算法流程图。

图4是本发明实例中家庭基站网络节能方案流程图。

具体描述如下：

步骤201.家庭基站网络系统中虚拟小区形成算法启动。家庭基站扫描相邻家庭基站的导频信号功率P_i，并创建邻区列表；

只有扫描到的导频信号功率大于一定门限值时才用来计算导频功率之和，并将相应的家庭基站加入到邻区列表当中。

步骤202.家庭基站向家庭基站网关上报测量到的导频信号功率和与已创建的邻区列表；

步骤203.家庭基站网关根据上报的信息选择具有最大信号功率和的家庭基站作为簇头；

家庭基站网关选择簇头时，选择的范围是还未成为簇头或簇成员的家庭基站。

步骤204.家庭基站网关选择该簇头基站邻区列表中的家庭基站作为该簇头的成员；

在进行簇头的成员选择时，要先排除簇头邻区列表中已经成为簇头或其它簇成员的家庭基站，即这些基站不能成为该簇头的成员。

步骤205.家庭基站网关检查是否还有既不是簇头也不是簇头成员的家庭基站。若还有，则返回步骤203，若没有，则直接进入步骤206；

步骤206.家庭基站网络系统的虚拟小区形成。

步骤301.新加入家庭基站扫描邻区家庭基站的导频信号功率并创建邻区列表，向家庭基站网关汇报；

步骤302.家庭基站网关根据新基站的上报信息，判断新家庭基站的邻区列表中是否存在簇头。若没有，跳转到步骤305，若有，进入步骤303；

步骤303.家庭基站网关选择具有最大导频信号功率的簇头作为新家庭基站的簇头，并通知该簇头和新家庭基站；

步骤304.新家庭基站成为所选簇头的成员；

步骤305.新家庭基站自己成为新分簇的簇头，并将此信息上报给家庭基站网关。

若已经实行步骤304则该步骤305跳过不实行。

步骤401.初始条件：除了簇头家庭基站嗅探器开启外，其余的家庭基站处于休眠状态；

步骤402.簇头测量虚拟小区附近的处于激活状态宏用户的上行信号功率P；

步骤403.簇头根据信号功率P是否大于判决门限P₁判断宏用户位置与虚拟小区是否足够近。若小于则跳转到步骤401，若大于进入步骤404；

步骤404.簇头检查该宏用户是否属于该虚拟小区的注册用户。若不是，跳转到步骤401，若是，进入步骤405；

步骤405.簇头上传检测信息至家庭基站网关，家庭基站网关通知对应的成员家庭基站开启嗅探器，并测量该宏用户的上行信号功率P；

步骤406.成员家庭基站根据信号功率P是否大于判决门限P₂来判断手机位置离自己是否足够近，若小于则跳转到步骤405，若大于则进入步骤407；

导频信号功率P还和门限P₃比较，如果P＜P₃，则成员家庭基站关闭嗅探器，跳转到步骤401，其中P₃值为略小于步骤403中P₁的值。

步骤407.该家庭基站进入工作状态，开启信号处理及导频发射；

步骤408.手机从宏小区切换到该家庭基站，该家庭基站一直服务到用户业务结束，并重新进入休眠状态。

用户业务结束包括用户通信服务结束或用户离开该家庭基站的覆盖范围等情况。

Claims (11)

1.一种家庭基站网络的节能机制，其特征在于包括以下步骤：

家庭基站虚拟小区形成的算法步骤：

步骤1.家庭基站扫描相邻家庭基站的导频信号功率Pi，并创建邻区列表；

步骤2.家庭基站向家庭基站网关上报扫描到的信号功率和与创建的邻区列表；

步骤3.家庭基站网关根据上报信息选择具有最大信号功率和的家庭基站作为簇头；

步骤4.家庭基站网关选择该簇头基站邻区列表中的家庭基站作为该簇头的成员；

步骤5.家庭基站网关检查是否还有既不是簇头也不是簇成员的家庭基站。若还有，返回步骤3，若没有，直接进入步骤6；

步骤6.家庭基站网络的虚拟小区形成。

新加入家庭基站分簇的算法步骤：

步骤1.新加入家庭基站扫描邻区家庭基站的导频信号功率并创建邻区列表，并向家庭基站网关上报；

步骤2.家庭基站网关根据新基站的上报信息，判断该新家庭基站的邻区列表中是否拥有簇头。若没有，跳转到步骤5，若有，进入步骤3；

步骤3.家庭基站网关选择具有最大导频信号功率的簇头作为新家庭基站的簇头，并通知该簇头和新家庭基站；

步骤4.新家庭基站成为所选簇头的成员；

步骤5.新家庭基站自己成为新分簇的簇头。

家庭基站网络节能的算法步骤：

步骤1.初始条件：除了簇头家庭基站嗅探器开启外，其余的家庭基站处于休眠状态；

步骤2.簇头测量虚拟小区附近激活的宏用户上行信号功率P；

步骤3.簇头根据信号功率P是否大于门限P1判断宏用户位置与虚拟小区是否足够近。若小于则跳转到步骤1，若大于则进入步骤4；

步骤4.簇头检查该用户是否属于该分簇的注册用户。若不是，跳转到步骤1，若是，进入步骤5；

步骤5.相关的成员家庭基站开启嗅探器，并测量该宏用户的上行信号功率P；

步骤6.该成员家庭基站根据信号功率P是否大于门限P1来判断该宏用户位置离自己是否足够近，若小于则跳转到步骤5，若大于则进入步骤7；

步骤7.该家庭基站进入工作状态，开启信号处理和导频发射等功能；

步骤8.宏用户从宏蜂窝切换到该家庭基站，该家庭基站一直服务到用户通信结束，并在之后重新进入休眠状态。

2.根据权利要求1所述的一种家庭基站网络的节能机制，其特征在于：

所述家庭基站分簇步骤1和步骤2中，家庭基站进行分簇时测量的导频信号功率，只有功率大于某一门限值的家庭基站才加入该基站邻区列表。根据导频信号功率值立刻创建邻区列表能够有效减少其后网络交互通信的开销。

3.根据权利要求1所述的一种家庭基站网络的节能机制，其特征在于：

所述家庭基站分簇步骤3中，家庭基站网关计算的导频信号功率和是由大于某一门限值的家庭基站信号功率相加得来的，并不是计算全部测量所得的导频信号功率之和。

4.根据权利要求1所述的一种家庭基站网络的节能机制，其特征在于：

所述家庭基站分簇步骤4中，家庭基站网关根据簇头的邻区列表选择该簇的成员时，是不包括已经成为簇头或者其它簇成员的家庭基站，保证一个家庭基站只是一个簇的成员。

5.根据权利要求1所述的一种家庭基站网络的节能机制，其特征在于：

所述家庭基站分簇步骤5和步骤6中，家庭基站网关不断检查是否还有基站暂未分簇，一直到全部基站分好簇才结束。

6.根据权利要求1所述的一种家庭基站网络的节能机制，其特征在于：

所述新加入的家庭基站进行分簇步骤1和步骤2中，新家庭基站进行分簇时测量的导频信号功率，只有功率大于某一门限值的家庭基站才加入该基站邻区列表。

7.根据权利要求1所述的一种家庭基站网络的节能机制，其特征在于：

所述新加入的家庭基站进行分簇步骤3中，家庭基站网关选择具有最大功率的簇头作为新家庭基站的簇头，能保证新加入的家庭基站和簇头足够近。

8.根据权利要求1所述的一种家庭基站网络的节能机制，其特征在于：

所述新加入的家庭基站进行分簇步骤4和步骤5中，步骤4和步骤5不会同时执行，不会导致一个家庭基站既成为簇头又成为簇的成员。

9.根据权利要求1所述的一种家庭基站网络的节能机制，其特征在于：

所述节能方案的步骤1和步骤2中，簇头的嗅探器一直处于开启状态，而簇成员全部处于休眠状态，这样既保证能及时发现虚拟小区附近的宏用户，又能有效的节省不必要的能耗。

10.根据权利要求1所述的一种家庭基站网络的节能机制，其特征在于：

所述能量节省方案步骤3、步骤4、步骤5和步骤6中，经过簇头对宏用户的上行信号功率的测量、用户授权的检测以及相应家庭基站对宏用户上行信号功率的测量，能够有效避免对簇成员家庭基站不必要的激活，进一步地实现节能。

11.根据权利要求1所述的一种家庭基站网络的节能机制，其特征在于：

所述能量节省方案步骤7和步骤8中，相应的家庭基站进入工作状态，激活信号处理和导频发射等功能，用户进行切换，并一直服务到用户通信结束，再重新进入休眠。

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