CN103249126A - 一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法，包括如下步骤：步骤一、将时间周期T划分为N个等分的时间间隔，每个时间间隔为T_in，在每个时间间隔的起始时刻根据此时已知的网络信息，利用集中式算法确定网络内所有基站的开关状态；步骤二、蜂窝网络中的基站保持步骤一所确定的开关状态不变，直至下一个确定基站状态时刻的到来。本发明通过动态关闭蜂窝网络中的部分基站以降低整个网络能耗。

Description

一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法

技术领域

本发明属于蜂窝网络领域，具体涉及一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法，利用蜂窝网络（简称“网络”）中的业务量在时间和空间上分布的不均匀性，基于已知的整个网络信息（包括信道信息和用户信息等），动态地关闭其中部分基站。

背景技术

随着人们对更高传输速率以及更广区域覆盖的需求呈快速增长态势，现有移动通信系统已经演变为高能耗产业，统计数据表明，2009年我国三大电信运营商共耗电289亿度，相比2008年增长超过25%，折合标煤近1000万吨，这不仅意味着巨大的运行成本，也带来了大量的碳排放，这对于中国这样资源严重短缺和环境污染严重的发展中国家来说显然是难以持续发展的，所以如何降低移动通信系统的能耗问题将亟待解决。纵观移动通信系统的能耗分布，基站部分占总网络能耗的80%左右，可见如何大幅度降低基站部分的能耗将至关重要。

网络中业务量在时域和空域的分布是不均匀和随机的，因此为了保证用户在任何时间任何地点都可以获得满意的服务，蜂窝网络通常采用静态设计理念，通常根据业务的峰值流量和网络的无缝覆盖需求配备基站资源，且保持在该状态不间断地运行，但是某个特定小区处于峰值流量的时间非常短，因此大部分时间基站是工作在低业务负载状态甚至未有用户接入，而基站所消耗的能量主要来自于比较固定的功放和配套设备部分，占基站总能耗的70%左右，也就是说，即使小区中没有任何业务需求，基站也会消耗大量的能量，因此这从网络的能耗角度来看是需要改进的。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法，通过动态关闭蜂窝网络中的部分基站以降低整个网络能耗。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法，包括如下步骤：

步骤一、将时间周期T划分为N个等分的时间间隔，每个时间间隔为T_in，在每个时间间隔的起始时刻根据此时已知的网络信息，利用集中式算法确定网络内所有基站的开关状态；

步骤二、蜂窝网络中的基站保持步骤一所确定的开关状态不变，直至下一个确定基站状态时刻的到来。

进一步的，所述步骤一中，将时间周期T划分为N个等分的时间间隔，每个时间间隔为T_in，在每个时间间隔的起始时刻根据此时已知的网络信息，利用集中式算法确定网络内所有基站的开关状态的具体步骤如下：

步骤11、初始化基站集合为β，当前时刻用户集合为u；

步骤12、若基站集合

或者用户集合

时，则方法结束，此时若基站集合

则基站集合中的基站将被关闭，剩余的基站保持开启状态；

步骤13、若方法继续，则基站集合β中的每一个基站按照先后顺序依次执行以下步骤；

步骤14、对于基站集合β中的第j个基站b_j，根据基站的最大覆盖范围及已知的用户位置信息，确定位于该基站最大覆盖范围内的用户集合

与用户集合u的交集

该集合表示用户集合u中可能接入到基站b_j的用户集合；

步骤15、计算基站b_j最多可接入的用户集合

及对应的可接入业务负载；

步骤16、若此时基站集合β中还有基站未计算它对应的可接入业务负载，则考虑基站集合β中的下一个基站，并转到步骤14，否则执行以下步骤；

步骤17、对比基站集合β中每一个基站的可接入业务负载，开启其中可接入业务负载最大的基站b^*，可接入该基站的用户集合为

步骤18、此时基站b^*和用户集合

将不再是本方法后续所考虑的对象，也就说在本方法随后的执行过程中，集合β将不再包含基站b^*，集合u将不再包含用户集合即：β=β-{b^*}，

转到步骤12。

进一步的，所述可接入业务负载为基站最多可接入用户所利用的带宽与基站此刻能提供最大带宽之比。

进一步的，所述步骤15中，基站b_j预留

带宽给新用户，其中，是频率预留因子，W_max为基站b_j的带宽，因此基站b_j此刻能提供给用户的最大带宽

为：

$W_{b_j}=(1-{\mathrm{\α}}_{b_j})\·W_{\max },$

按照

内用户所需带宽由小到大地接入该基站直到该基站此刻可提供的最大带宽不能满足用户的需求为止，假设最多接入到基站b_j的用户集合为

则基站b_j的可接入业务负载

为：

$L_{b_j}=({\mathrm{\Σ}}_{{i\∈u}_{b_j,\mathrm{in}}}{r}_i/s_{b_{j}i})/W_{b_j},$

式中的r_i及

分别表示用户i的最低速率要求和用户i接入到基站b_j时的频谱效率，它们的比值为若用户i接入到基站b_j时所需的带宽。

有益效果：1、本方法可以通过调整执行算法的时间间隔保证计算复杂度及网络开销内在可接受范围内，适用于蜂窝网络系统。

2、本方法可在保障网络阻塞概率限制条件的前提下，有效地减少整个蜂窝网络的能耗。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法执行过程示意图。

图2为本发明实施例提供的一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法，根据某一时刻网络信息，确定关闭基站集合的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明实施例提供了一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法，该方法利用蜂窝网络中的业务量在时间、空间上分布的不均匀性，在已知某个时刻整个网络的信息（信道信息，用户信息等）情况下，采用集中式方法尽量将整个网络的业务量集中在一部分基站内，从而让剩余的基站关闭，并保持所确定的基站开关状态进行传输直至下一个确定基站开关状态时刻的到来，其具体步骤为：

步骤一、将时间周期T＝24h划分为N个等分的时间间隔，每个时间间隔为T_in，在每个时间间隔的起始时刻根据此时已知的网络信息，利用集中式算法确定网络内所有基站的开关状态，注意，可以通过调整合适的N，使得计算复杂度及网络开销内在可接受的范围内。

步骤二、网络中的基站保持步骤一确定的开关状态不变，直至下一个确定基站状态时刻的到来。

步骤一中，所述的将时间周期T划分为N个等分的时间间隔，每个时间间隔为T_in，在每个时间间隔的起始时刻根据此时已知的网络信息，利用集中式算法确定网络内所有基站的开关状态的具体步骤如下：

步骤11、初始化基站集合为β，当前时刻用户集合为u。

步骤12、若基站集合

或者用户集合时，则方法结束，此时若

则集合中的基站将被关闭，剩余的基站保持开启状态。

步骤13、若方法继续，则集合β中的每一个基站按照先后顺序依次执行以下步骤，首先从β中第1个基站开始执行。

步骤14、对于集合β中的第j个基站b_j，可根据基站的最大覆盖范围及已知的用户位置信息，确定位于该基站最大覆盖范围内的用户集合与用户集合u的交集

该集合表示u中可能接入到基站b_j的用户集合。

步骤15、由于基站b_j可提供的带宽有限，可能并不能为

中的所有用户提供服务，基于以上分析，需计算基站b_j最多可接入的用户集合

及其对应的可接入业务负载（基站最多可接入用户所利用的带宽与基站此刻能提供最大带宽之比），其中具体计算步骤如下，本发明为了减少在随后的时间段内，新到达该基站的用户由于找不到频率资源而被阻塞的概率，基站b_j将预留

带宽给新用户，其中，

是频率预留因子，W_max为基站b_j的带宽，因此基站b_j此刻能提供给用户的最大带宽为：

$W_{b_j}=(1-{\mathrm{\α}}_{b_j})\·W_{\max },$

由于基站b_j此刻能提供给用户的带宽有限，并不是

中的所有用户均能接入其中，因此本发明按照

内用户所需带宽由小到大地接入该基站直到该基站此刻可提供的最大带宽不能满足用户的需求为止，假设最多接入到基站b_j的用户集合为

则基站b_j可接入业务负载为：

$L_{b_j}=({\mathrm{\Σ}}_{{i\∈u}_{b_j,\mathrm{in}}}{r}_i/s_{b_{j}i})/W_{b_j},$

式中的r_i及

分别表示用户i的最低速率要求和用户i接入到基站b_j时的频谱效率，它们的比值为若用户i所接入到基站b_j时所需的带宽。

步骤16、若此时β中还有基站未计算它对应的可接入业务负载，则考虑β中下一个基站，并转到步骤14，否则执行以下步骤。

步骤17、对比β中每一个基站的可接入的业务负载，开启其中可接入业务负载最大的基站b^*，可接入该基站的用户集合为

步骤18、此时基站b^*和用户集合

将不再是本方法后续所考虑的对象，即β=β-{b^*}，转到步骤12。

本发明实施例提供的用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法，能在可接受的计算复杂度及网络开销内，保障网络阻塞概率限制条件的前提下，有效地减少整个蜂窝网络的能耗。本实施例的用户蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法执行过程如图1所示，假设网络中业务随时间的变化是时间周期为24h的函数。

如图2所示，本发明实施例提供的一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法，根据某一时刻已知的网络信息，确定关闭基站集合的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤201、初始化基站集合为β，当前时刻用户集合为u。

步骤202、若基站集合

或者用户集合

时，则方法结束，此时若则集合中的基站将被关闭，剩余的基站保持开启状态。

步骤203、若方法继续，则集合β中的每一个基站按照先后顺序依次执行以下步骤，首先从β中第1个基站开始执行。

步骤204、对于集合β中的第j个基站b_j，可根据基站的最大覆盖范围及已知的用户位置信息，确定位于该基站最大覆盖范围内的用户集合

与用户集合u的交集

该集合表示u中可能接入到基站b_j的用户集合。

步骤205、由于基站b_j可提供的带宽有限，可能并不能为

中的所有用户提供服务，基于以上分析，需计算基站b_j最多可接入的用户集合

及其对应的可接入业务负载（基站最多可接入用户所利用的带宽与基站此刻能提供最大带宽之比），其中具体计算步骤如下，本发明为了减少在随后的时间段内，新到达该基站的用户由于找不到频率资源而被阻塞的概率，基站b_j将预留带宽给新用户，其中，

是频率预留因子，W_max为基站b_j的带宽，因此基站b_j此刻能提供给用户的最大带宽为：

$W_{b_j}=(1-{\mathrm{\α}}_{b_j})\·W_{\max },$

由于基站b_j此刻能提供给用户的带宽有限，并不是

中所有用户均能接入其中，因此本发明按照

内用户所需带宽由小到大地接入该基站直到该基站此刻可提供的最大带宽不能满足用户的需求为止，假设最多接入到基站b_j的用户集合为

则基站b_j可接入业务负载为：

$L_{b_j}({\mathrm{\Σ}}_{{i\∈u}_{b_j,\mathrm{in}}}{r}_i/s_{b_{j}i})/W_{b_j},$

式中的r_i及

分别表示用户i的最低速率要求和用户i接入到基站b_j时的频谱效率，它们的比值为若用户i所接入到基站b_j时所需的带宽。

步骤206、若此时β中还有基站未计算它对应的可接入业务负载，则考虑β中下一个基站，并转到步骤204，否则执行以下步骤。

步骤207、对比β中每一个基站的可接入的业务负载，开启其中可接入业务负载最大的基站b^*，可接入该基站的用户集合为

步骤208、此时基站b^*和用户集合

将不再是本方法需考虑的对象，即β=β-{b^*}，

转到步骤202。

Claims (4)

1.一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法，包括如下步骤：

步骤一、将时间周期T划分为N个等分的时间间隔，每个时间间隔为T_in，在每个时间间隔的起始时刻根据此时已知的网络信息，利用集中式算法确定网络内所有基站的开关状态；

步骤二、蜂窝网络中的基站保持步骤一所确定的开关状态不变，直至下一个确定基站状态时刻的到来。

2.根据权利要求1所述一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法，其特征在于：所述步骤一中，将时间周期T划分为N个等分的时间间隔，每个时间间隔为T_in，在每个时间间隔的起始时刻根据此时已知的网络信息，利用集中式算法确定网络内所有基站的开关状态的具体步骤如下：

步骤11、初始化基站集合为β，当前时刻用户集合为u；

步骤12、若基站集合

或者用户集合

时，则方法结束，此时若基站集合

则基站集合中的基站将被关闭，剩余的基站保持开启状态；

步骤13、若方法继续，则基站集合β中的每一个基站按照先后顺序依次执行以下步骤；

步骤14、对于基站集合β中的第j个基站b_j，根据基站的最大覆盖范围及已知的用户位置信息，确定位于该基站最大覆盖范围内的用户集合

与用户集合u的交集

该集合表示用户集合u中可能接入到基站b_j的用户集合；

步骤15、计算基站b_j最多可接入的用户集合

及对应的可接入业务负载；

步骤16、若此时基站集合β中还有基站未计算它对应的可接入业务负载，则考虑基站集合β中的下一个基站，并转到步骤14，否则执行以下步骤；

步骤17、对比基站集合β中每一个基站的可接入业务负载，开启其中可接入业务负载最大的基站b^*，可接入该基站的用户集合为

步骤18、此时基站b^*和用户集合

将不再是本方法后续所考虑的对象：β=β-{b^*}，转到步骤12。

3.根据权利要求2所述一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法，其特征在于：所述可接入业务负载为基站最多可接入用户所利用的带宽与基站此刻能提供最大带宽之比。

4.根据权利要求3所述一种用于蜂窝网络的集中式动态关闭基站方法，其特征在于：所述步骤15中，基站b_j预留

带宽给新用户，其中，是频率预留因子，W_max为基站b_j的带宽，因此基站b_j此刻能提供给用户的最大带宽为：

$W_{b_j}=(1-a_{b_j})\·W_{\max },$

按照

内用户所需带宽由小到大地接入该基站直到该基站此刻可提供的最大带宽不能满足用户的需求为止，假设最多接入到基站b_j的用户集合为

则基站b_j的可接入业务负载

为：

$L_{b_j}=({\mathrm{\Σ}}_{{i\∈u}_{b_j,\mathrm{in}}}{r}_i/s_{b_{j}i})/W_{b_j,}$

式中的r_i及分别表示用户i的最低速率要求和用户i接入到基站b_j时的频谱效率，它们的比值为若用户i接入到基站b_j时所需的带宽。

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