CN103718588B - 无线接入网络中的功耗管理 - Google Patents

无线接入网络中的功耗管理 Download PDF

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Abstract

公开一种管理无线接入网络的功耗的方法。所述方法包括：定义包含所述无线接入网络的至少两个无线资源单元的群集；定义表示所述群集的性能和所述群集的功耗的参数，所述参数被表示成由所述群集的无线资源单元承载的流量吞吐量的函数；以优化所述参数的由所述群集的无线资源单元承载的流量吞吐量的值的形式，计算最佳流量吞吐量；和在所述群集的无线资源单元之间分配流量，以致所述群集的无线资源单元承载计算的最佳流量吞吐量。

Description

无线接入网络中的功耗管理
技术领域
本发明涉及通信网络的领域。特别地，本发明涉及管理无线接入网络中的功耗的方法。此外，本发明涉及适合于实现所述方法的无线接入网络。
产生本发明的工作按拨款协议n°247733，获得欧盟第七框架计划FP7/2007-2013的基金资助。
背景技术
众所周知，无线接入网络向具备相应的移动终端，比如移动电话机、PDA、具备移动接口的PC等的用户提供语音服务(电话，电话会议)和/或数据服务(文本消息传送、图像传送、IP数据连接等)。
无线接入网络一般包括散布在地理区域内的许多节点(特别地，基站、中继节点、转发器和远程无线电头端)。
每个基站适合于通过一个或多个的RF(射频)载波，与位于其覆盖范围(或者“小区”)中的移动终端交换流量。特别地，每个基站收集由位于其小区中的移动终端产生的流量，并沿上游方向把所述流量转发给核心网络。另一方面，每个基站沿下游方向从核心网络接收流量，并把流量分发给位于其小区中的移动终端。已知不同种类的基站，例如：覆盖宏小区(即，一般在郊区或者沿着公路见到的极宽的小区，以及市区环境中的所谓“伞型小区”)的宏基站，覆盖微小区(即，一般在人口稠密的市区的较小小区)的微基站，覆盖皮小区(可在例如大型办公室、购物商场或火车站见到的很小的小区)的皮基站，覆盖飞小区(设置在例如家庭或小型办公室中的面积最小的小区)的飞基站。
另一方面，中继节点和转发器是负责传送在基站和移动终端之间交换的RF信号的节点，当需要增大的RF功率时(例如，当RF载波之间的干扰特别高，或者在小区的边缘时)，可使用中继节点和转发器。如在3GPP中定义的LTE-Advanced用中继节点是无线接入网络的一部分，并且从UE(用户设备)的角度看，类似于eNB(演进NodeB)地工作。LTE-Advanced网络的中继节点是无线连接到施主eNB的节点。
另一方面，远程无线电头端(也简称为RRH)可借助把节点的覆盖范围延伸到远程位置的光缆，传送节点的RF信号。
无线接入网络的节点还可配有有源天线(所述有源天线由光纤馈电)，从而能够在基站和用户设备中实现相当大的功率节省。
在同构无线接入网络中，所有节点基于相同的无线接入技术。例证的无线接入技术是：GSM(全球移动通信系统)、UMTS(通用移动电信系统)和LTE(长期演进)。
相反，异构无线接入网络可包括基于不同的无线接入技术的节点，和/或相同无线接入技术内的不同种类的节点(宏基站、微基站、中继节点、转发器、远程无线电头端等)。此外，异构接入网络可包括一个或多个多标准基站，即，把不同的无线接入技术结合在单一硬件中的基站，所述单一硬件可借助软件被配置成按照所述不同的无线接入技术任意之一工作。
基于不同无线接入技术的节点可以位于相同的地理位置(即，它们共处一地)。例如，相同的地点可包含GSM BTS(基站收发器)，和配置成起UMTS NodeB或LTE eNodeB作用的多标准基站。另外，基于不同无线接入技术的节点可以位于不同的地理位置。在任何情况下，由基于不同无线接入技术的节点覆盖的小区可能至少部分重叠。在这种情况下，按照其当前位置和其能力，移动终端可以利用任何可用的无线接入技术访问利用无线接入网络递送的服务，只要选择的技术能够以适当的服务质量，支持所述服务的递送。
在包含无线接入网络的无线通信系统中，功耗大部分(70-80%)归因于无线接入网络，尤其归因于基站。事实上，尽管单个基站的功耗相当克制(500W-3kW，视技术和基站种类而定)，不过，无线接入网络一般包括极其大量的基站。
从而，考虑到减小无线通信系统的环境影响，设计功耗降低的无线接入网络和/或运行无线接入网络，以便使其功耗降至最小是关键点。
L.Chiaravaglio等的“Energy-aware UMTS access networks”(The11thInternational Symposium on Wireless Personal Multimedia Communication(WPMC'08),September8-11,2008,Lapland(Finland))公开根据流量强度，当使用中的接入设备利用不足时(例如，在夜间)，减少主动接入设备的数目。当一些基站收发器被关闭时，无线覆盖和服务提供由仍在使用中的设备负责。应决定接入设备的关闭，以保持服务质量保证，和满足电磁曝露约束。
WO2002/07464描述测量节点的流量负载，并利用所述流量负载判定节点是否通过关闭节点的某些组件或功能，和/或通过指令节点的某些组件或功能进入睡眠模式，进入节能模式，例如：关闭或使一个或多个MCPA(多载波功率放大器)睡眠；关闭一个或多个载波；关闭一个或多个频率选择器；关闭或使一个或多个电路板或电路板的部分睡眠；和/或根据节点的流量负载降低风扇速度。
发明内容
申请人认识到上述已知解决方案存在一些缺陷。
特别地，不利的是，按照上述已知解决方案关闭和开启资源意味其间服务暂时不可用的等待期。此外，当开启或关闭资源时，应对使用中的资源的配置采取行动以确保覆盖范围(例如，改变天线的定向)，所述行动会导致电磁污染问题。
鉴于上面所述，申请人解决了提供管理无线接入网络(尤其是(但不限于)异构无线接入网络)中的功耗的方法的问题，所述方法不会显示出其间服务暂时不可用的等待期。
在本说明书和权利要求书中，表述“无线资源单元”将指示无线接入网络的节点(特别地，基站、中继节点、转发器或远程无线电头端)，RF载波，或者节点用于与移动终端交换流量的RF载波或一组聚合的RF载波或子载波。
按照第一方面，本发明提供一种管理无线接入网络的功耗的方法，所述方法包括：
a)定义包含无线接入网络的至少两个无线资源单元的群集；
b)定义表示群集的性能和群集的功耗的参数，所述参数被表示成由所述至少两个无线资源单元承载的流量吞吐量的函数；
c)以优化所述参数的流量吞吐量的值的形式，计算最佳流量吞吐量；和
d)在所述至少两个无线资源单元之间分配流量，以致所述至少两个无线资源单元承载最佳流量吞吐量。
最好，包含在群集中的每个无线资源单元包括下述之一：无线接入网络的节点，在无线接入网络的节点可用的射频载波，和在无线接入网络的节点可用的一组聚合射频载波或子载波。
按照优选实施例，步骤b)包括对于包含在群集中的每个无线资源单元：
b1)提供指示无线资源单元消耗的功率如何随无线资源单元发射的射频功率而变化的第一函数；
b2)提供指示无线资源单元发射的射频功率如何随无线资源单元承载的流量吞吐量而变化的第二函数；和
b3)把第一函数和第二函数结合在第三函数中，所述第三函数指示无线资源单元消耗的功率如何随无线资源单元承载的流量吞吐量而变化。
可选地，步骤b1)包括从一组预定的第一函数中选择第一函数。
另一方面，步骤b1)包括根据由所述无线接入网络的至少一个节点进行的测量，确定第一函数。
最好，步骤b)包括把所述参数定义成表示群集的性能的性能指标和表示群集消耗的功率的功耗指标之比，功耗指标包括所述至少两个无线资源单元的第三函数的结合。
最好，第一函数、第二函数和第三函数中的每一个是选自一组函数类型的一种函数，所述一组函数类型包括：线性函数、次数等于或大于2的多项式函数、阶梯函数和分段线性函数。
按照一个特别优选的实施例，提供第一函数、第二函数和第三函数至少之一包括基本连续监视无线资源单元的至少另一个参数，和在无线资源单元内处理所述至少另一个参数，以便产生和动态更新第一函数、第二函数和第三函数至少之一。
最好，步骤c)包括考虑到流量吞吐量应该满足的至少一个约束，计算最佳流量吞吐量。
所述至少一个约束最好包括下述至少之一：
-为了保证群集覆盖的地理区域具有蜂窝覆盖，流量吞吐量应满足的覆盖约束；
-为了保证群集利用位于所述地理区域中的移动终端支持的无线接入技术提供服务，流量吞吐量应满足的移动终端能力约束；
-为了保证为预定用户/服务保留所述至少两个无线资源单元中的一个或多个，流量吞吐量应满足的用户/服务分离约束；和
-为了保证以预定的服务质量向移动终端提供服务，流量吞吐量应满足的服务质量约束。
最好，步骤d)包括运行由所述无线接入网络的至少一个节点执行的功能，所述功能负责实现在所述至少两个无线资源单元之间的流量引导。
最好，定期重复步骤c)和d)。
按照第一实施例，包含在群集中的每个无线资源单元包含无线接入网络的节点。
按照这些第一实施例，步骤c)和d)被实现成无线接入网络的运行和管理功能。
可选地，步骤c)和d)由配置成监视无线接入网络的节点的管理实体执行，所述管理实体是在网络管理器和网络部件管理器之中选择的。
另一方面，步骤c)和d)由无线接入网络的至少一个节点执行。
按照第二实施例，包含在群集中的每个无线资源单元包括在无线接入网络的节点可用的射频载波，或者在节点可用的一组聚合射频载波或子载波。
按照这些第二实施例，步骤c)和d)被实现成嵌入节点中的无线资源管理功能。
按照第二方面，本发明提供配置成提供执行如上所述的方法的无线接入网络。
附图说明
参考附图，根据作为例子，而不是对本发明的限制给出的以下详细说明，本发明将变得更清楚，其中：
图1示意表示适合于实现按照本发明的优选实施例的方法的例证异构无线接入网络的一部分；
图2是按照本发明的优选实施例的方法的流程图；
图3表示具有关于不同技术和不同种类的节点的不同功率模型的表格；
图4示意表示例证节点的功率模型；
图5示意表示例证节点的作为流量吞吐量的函数的消耗功率。
具体实施方式
图1示意表示配置成实现按照本发明的优选实施例的方法的例证异构无线接入网络的一部分。
图1的无线接入网络RN最好包括许多无线资源单元，其中如上所述，每个无线资源单元可以是节点(特别地，基站或转发器)，RF载波，或者节点用于与移动终端交换流量的一组聚合的RF载波或子载波。在下面详细说明的第一实施例中，无线资源单元是节点。不过，下面的详细说明也可适用于其中无线资源单元是RF载波，节点用于与移动终端交换流量的一组聚合的RF载波或子载波的情况。
这里，图1的无线接入网络RN最好包括散布在地理区域内的许多节点。为简单起见，在图1中，只表示了无线接入网络RN的7个节点BS1、BS2、…BS7。然而，无线接入网络RN可包含图1中未示出的其它节点。
节点BS1、BS2、…BS7可以或者基于相同的无线接入技术，或者基于不同的无线接入技术。节点BS1、BS2、…BS7所基于的无线接入技术例如可以是GSM、UMTS、LTE等。例如，作为非限制性例子，节点BS1、BS2基于第一种无线接入技术(例如，LTE)，节点BS3、BS4、BS5基于第二种无线接入技术(例如，UMTS)，而节点BS6、BS7基于第三种无线接入技术(例如，GSM)。节点BS1、BS2、…BS7中的一个或多个节点可视情况是借助软件配置的多标准基站，以便按照第一、第二或第三无线接入技术工作。
此外，节点BS1、BS2、…BS7可以是相同种类的节点或者不同种类的节点。例如，节点BS1、BS2、…BS7的种类可以是：宏基站、微基站、皮基站、飞基站、中继节点、转发器、远程无线电头端。作为非限制性例子，在下面的说明中，假定所有节点BS1、BS2、…BS7都是基站，从而这里将在“基站”之后称呼它们。例如，基站BS3可以是覆盖宏小区C3的宏基站，基站BS1、BS2可以是覆盖相应微小区C1、C2的微基站，基站BS4、BS5可以是覆盖相应的微小区C4、C5的微基站，而基站BS6、BS7可以是覆盖相应的微小区C4'、C5'的微基站。作为非限制性例子，宏小区C3部分重叠微小区C2和C4。
此外，基站BS1、BS2、…BS7可以共处一地(即，位于相同的地点)，或者位于不同的地点。作为非限制性例子，基站BS4和BS6位于相同地点，以致它们各自的小区C4和C4'大体重合。类似地，基站BS5和BS7位于相同的地点，以致它们各自的小区C5和C5'大体重合。
每个基站BS1、BS2、…BS7利用许多分配的RF载波，或者多组分配的聚合RF载波或子载波，与位于相应小区中的移动终端交换流量。特别地，每个基站BS1、BS2、…BS7收集由位于其小区中的移动终端产生的流量，并沿上游方向把所述流量转发给核心网络(图1中未示出)。另一方面，每个基站BS1、BS2、…BS7沿下游方向接收来自核心网络的流量，并把所述流量分发给位于其小区中的移动终端。
除了基站BS1、BS2、…BS7以外，无线接入网络RN最好包括适合于把基站BS1、BS2、…BS7连接到核心网络的其它节点。特别地，无线接入网络RN包括把基站BS3、BS4、BS5(它们是UMTS NodeB)连接到核心网络的无线网络控制器RNC。此外，无线接入网络RN包括把基站BS6、BS7(它们是GSM BTS)连接到核心网络的基站控制器BSC。基站BS1、BS2(它们是LTEeNodeB)改为直接连接到核心网络。
无线接入网络RN最好还包括配置成监控节点BS1、BS2、…BS7，RNC和BTS的管理单元。特别地，无线接入网络RN最好包括网络管理器NM，和按照树形拓扑，连接到网络管理器NM的至少一个网络部件管理器。
作为非限制性例子，图1的无线接入网络RN最好包括3个网络部件管理器NEM1、NEM2和NEM3。网络部件管理器NEM1最好被配置成监控基站BS1、BS2，如用图1中的虚线方框和虚线示意所示。网络部件管理器NEM2最好被配置成监控无线网络控制器RNC和基站BS3、BS4、BS5，如用图1中的虚线方框和虚线示意所示。网络部件管理器NEM3最好被配置成监控基站控制器BSC和基站BS6、BS7，如用图1中的虚线方框和虚线示意所示。
网络部件管理器NEM1、NEM2、NEM3可被实现成配置成监控所管理节点的分离的独立设备，或者单个独立设备。另一方面，可在被管理的节点实现网络部件管理器NEM1、NEM2、NEM3的功能。例如，网络部件管理器NEM1的功能可部分在基站BS1实现，部分在基站BS2实现，而网络部件管理器NEM2、NEM3的功能可分别在无线网络控制器RNC和基站控制器BSC实现。
网络管理器NM和网络部件管理器NEM1、NEM2、NEM3执行各种管理操作。特别地，按照本发明的实施例，网络管理器NM和/或网络部件管理器NEM1、NEM2、NEM3按照下面参考图2详细说明的方法，管理在节点执行的负责在图1中所示的那部分无线接入网络RN的无线资源之间引导流量的功能，以优化其总体功耗。
所述方法的第一个步骤201定义无线接入网络RN的K个节点BSk的群集，K是等于或大于2的整数，k是等于1，…K的整数索引。例如，K个节点的群集可包括覆盖一定地理区域的基站和/或转发器和/或远程无线电头端。群集的K个节点BSk或者基于相同的无线接入技术，或者基于不同的无线接入技术。例如，在步骤201定义的群集可包含图1中所示的所有基站BS1、BS2、…BS7，或者包括基站BS1、BS2、…BS7中的至少两个的任意子集。
随后，对于在步骤201定义的群集的每个节点BSk，提供相应的功率模型Vk(步骤202)。功率模型基本上是节点的能量表征，即，指示节点消耗的功率的数量与节点发射的RF功率的关系的函数。可如下表述节点BSk的功率模型：
PBSk=Vk(PRFk),[1]
其中PBSk是节点BSk消耗的功率，而PRFk是节点BSk发出的RF功率。
群集的节点BSk的功率模型Vk既取决于节点BSk所基于的无线接入技术，又取决于节点的种类。
按照第一种变形，对于群集的每个节点BSk，从表格T中选择功率模型Vk，表格T包含许多参考功率模型Vij。图3中表示了例证的表格T。假定无线接入网络RN支持n种不同的无线接入技术tech-1、tech-2、…tech-n，并且在每种无线接入技术内，节点可以是m种不同的种类，type-1、type-2、…type-m，那么表格T包含n×m个参考功率模型Vij,i=1,2,…n，j=1,2…m。例如，n可以等于3(假定无线接入技术是GSM、UMTS和LTE)，而m可等于5(假定节点的种类是：宏基站、微基站、皮基站、飞基站、中继节点、转发器和远程无线电头端)。在这种情况下，表T包含3×5=15个参考功率模型Vij，在步骤202，可在这些参考功率模型之中，选择群集的每个节点BSk的功率模型Vk。可以或者借助数值模拟，或者借助对样本节点进行的实验测量，获得参考功率模型Vij。
由于不同的原因，每种参考功率模型Vij会随时间变化。例如，无线接入技术的演进会改变基于该技术的节点的参考功率模型：例如，微小区的新版UMTS NodeB具有与微小区的以前各版UMTS NodeB不同的参考功率模型。
按照第二种变形，根据节点在运行期间进行的测量，节点BSk本身可确定(并且可能更新)群集的每个节点BSk的功率模型Vk。所述第二种变形提供更精确的功率模型Vk，该功率模型考虑了节点的运行条件。
图4表示例证的功率模型PBSk=Vk(PRFk)。图4中所示的例证功率模型PBSk=Vk(PRFk)是线性的，即，消耗的功率PBSk按照下式，随发射的RF功率PRFk线性增大：
PBSk=α+βPRFk,[1a]
其中α是指示恒定功耗(即，即使在与用户流量相关的发射RF功率为0的情况下，节点恒定消耗的功率)的第一个参数，而β是指示功耗与节点BSk发射的RF功率的相依性的第二个参数。当第二个参数β极小时，节点消耗的功率几乎与发射的RF功率无关。图4中所示的线性功率模型仅仅是例证的。功率模型PBSk=Vk(PRFk)可以是任何其它类型，例如：次数等于或大于2的任意次数的多项式函数、阶梯函数、分段线性函数等等。
此外，也可从在相同的无线资源单元中进行的和/或来自其它无线资源单元的测量结果，获取功率模型。按照优选变形，可基本连续地监视一个或多个参数(例如，功耗、发射功率)，随后在无线资源单元内处理所述一个或多个参数，以便产生(和动态更新)关于无线资源单元本身的功率模型。在这种情况下，功率模型最好被计算成从可用二维空间(PBSk与PRFk)中的一群点表示的测量结果获得的最佳拟合函数(例如，多项式提取)。
此外，在步骤202，对于在步骤201定义的群集的每个节点BSk，提供指示发射RF功率PRFk如何随节点BSk承载的流量吞吐量Tk而变化的相应函数Yk，即：
PRFk=Yk(Tk) [2]
和功率模型Vk一样，也可从在相同的无线资源单元中进行的和/或来自其它无线资源单元的测量结果，获取函数Yk。按照优选变形，可基本连续地监视一个或多个参数(例如，数据流量、QoS参数、信道质量参数)，随后在无线资源单元内处理所述一个或多个参数，以便产生(和动态更新)关于无线资源单元本身的函数Yk。在这种情况下，函数Yk最好被计算成从可用二维空间(PRFk与Tk)中的一群点表示的测量结果获得的最佳拟合函数(例如，多项式提取)。
为此，假定：
-当节点BSk达到其最大容量Tkmax时，节点BSk发出最大的发射RF功率；和
-在不存在任何用户流量的情况下，节点BSk不发出与用户流量相关的任何RF发射功率。
另外，函数Yk可以是任意已知类型的函数，例如：线性函数、次数等于或大于2的任何次数的多项式函数、阶梯函数、分段线性函数等等。
随后，结合每个节点BSk的功率模型Vk和函数Yk，以便导出指示功耗PRBk如何随节点BSk承载的流量吞吐量Tk变化的相应函数Zk(步骤203)，即：
PBSk=Vk(PRFk)=Vk(Yk(Tk))=Zk(Tk).[3]
假定节点BSk的功率模型Vk是线性的(即，它用上面的式[1a]表示)，并且函数Yk也是线性的，那么函数Zk也可以是线性函数，如图5中所示。图5中所示的函数Zk指出消耗的功率按照下式，随流量吞吐量Tk线性增大：
PBSk=α'+β'·Tk,[4]
其中α'是指示恒定的消耗功率(即，节点为例如传送公共控制信道而不变地消耗的功率，供应者(supplier)功率损耗，等等)的第一个参数，而β'是指示消耗的功率与节点BSk承载的流量吞吐量Tk的相依性的第二个参数。于是，项β'·Tk本质上是节点BSk为传输用户流量而消耗的功率。另外图5中所示的线性函数仅仅是例证性的。函数PBSk=Zk(Tk)可以是任何其它类型的函数，视被结合以便获得函数Zk的功率模型Vk的种类和函数Yk的类型而定。例如，函数Zk可以是次数等于或大于2的任意次数的多项式函数、阶梯函数、分段线性函数等等。
在对于群集的每个节点BSk，确定了函数Zk之后，群集的节点BSk的函数Zk被结合成单一函数，所述单一函数提供作为由群集中的每个单一节点BSk承载的流量吞吐量Tk的函数的群集的能量效率EE。
特别地，能量效率EE最好是既表示群集的性能，又表示其功耗的参数。能量效率EE可被表示成性能指标PI和功耗指标PCI的组合。特别地，能量效率EE可被定义成PI和PCI之比。
性能指标PI最好是表示节点BSk的群集的性能的参数。例如，性能指标PI可以是表示群集支持的总流量吞吐量的参数，表示群集服务的用户的数目的参数，表示提供给群集所服务的用户的服务质量的参数，等等。
此外，功耗指标PCI最好是表示群集的总功耗的参数，它包括群集的节点BSk的函数Zk的组合。
在下面的说明中，作为非限制性例子，假定群集的能量效率EE被定义成PI和PCI之比，其中PI是表示群集支持的总流量吞吐量的参数，PCI是函数Zk之和，即：
随后，确定使群集的能量效率EE达到最大的节点BSk的流量吞吐量Tk的值Tk*，k=1、2、…K(步骤204)。最好利用任何已知的数学方法搜索多变量函数的最大值，确定值Tk*。能量效率EE的最大化基本上对应于找出群集提供的性能的最大化和群集消耗的功率的最小化之间的最佳折衷。
应注意，代替定义能量效率EE，加权功耗可被定义成PCI和PI之比。这种加权功耗实质上是能量效率EE的倒数，指示关于群集性能“加权的”群集的功耗。在步骤204，定义加权功耗，而不是能量效率EE的情况下，最好用加权功耗的最小化代替能量效率EE的最大化。总之，这样的操作导致找出群集提供的性能的最大化和群集消耗的功率的最小化之间的最佳折衷。
最好考虑到流量吞吐量Tk的值应该满足的一个或多个约束，进行能量效率EE的最大化。
第一个约束是节点BSk传送的流量吞吐量Tk之和应该等于群集将提供的请求的流量吞吐量T，即：
另外，最好考虑下述约束中的一个或多个：
-覆盖约束；
-移动终端能力约束；
-用户或服务分离约束；和
-QoS约束。
就覆盖约束而言，流量吞吐量在各个节点BSk之间的分布将保证群集的整个地理区域的覆盖。从而，如果特定基站的小区在群集内没有任何重叠小区，那么其流量吞吐量不应为0。否则，该小区不再被服务。相反，具有重叠小区的两个基站可被择一地使用，因为在任何情况下，都可保证该小区的覆盖。例如，参考图1，可以使用基站BS4和BS6中的一个，因为它们覆盖两个重叠的小区C4和C4'。
就移动终端能力约束而言，流量吞吐量在群集的各个节点BSk之间的分布应保证利用移动终端支持的无线接入技术，提供各种语音和数据服务。从而，如果移动终端不支持特定的无线接入技术(例如，LTE)访问特定服务，那么基于该无线接入技术的节点不应被用于传送与该服务相关的流量。
就用户或服务分离约束而言，应在考虑可保留一些节点或无线接入技术，以便承载与特定用户和/或特定服务相关的用户流量的情况下，进行流量吞吐量在各个节点BSk之间的分配。
就QoS约束而言，流量吞吐量在群集的各个节点BSk之间的分布应保证以适当的服务质量(QoS)，向移动终端提供各种服务。从而，就需求很高的服务(即，需要很高的流量吞吐量的服务)来说，应避免基于性能较低的无线接入技术(比如GSM)的节点。
在考虑到上述约束中的一个或多个约束，确定了使群集的能量效率EE达到最大的值Tk*之后，最好在节点BSk之间重新分发由节点BSk承载的流量，以致每个节点BSk实际上承载与在步骤204确定的其相应值Tk*相等的流量吞吐量(步骤205)。为此，运行在节点BSk执行的负责控制流量引导的功能，以便在群集的节点BSk之间实现流量引导。流量引导机制的例子包括如WO2009/138118A1所述的通信资源的共同管理方法。这样，使节点BSk的群集达到其最佳能量效率的条件。
最好定期重复步骤204和205。这样，使群集的能量效率达到最大的流量吞吐量的分布动态适应于流量吞吐量需求，节点的功率模型，网络拓扑，干扰条件等的可能变化。步骤204-205的重复周期取决于应用的种类。例如，重复周期可以从数秒到几小时。
于是，上述方法有利地允许优化无线接入网络的一部分的功耗。申请人估计当按照上述方法管理流量时，无线接入网络的一部分的功耗可被减小多达10-20%，或者甚至更高。
此外，由于在无线接入网络的节点实现的流量引导机制非常快速，功耗的优化不会引入可能使给用户的服务持续一定时间不可用的任何等待时间。此外，有利地使电磁污染的风险降至最小，因为不需要节点在天线定向或发射功率级方面的任何重新配置。
下面，将在假定群集包含两个LTE eNodeB的情况下，说明在步骤204进行的例证计算，所述两个LTE eNodeB例如是图1的基站BS1、BS2。
对于每个基站BSk(k=1,2)，消耗的功率PBSk可被表示成：
PBSk=PRFk+PLOSSk,[7]
PRFk是基站BSk发射的RF功率，PLOSSk是基站BSk的功率损耗(即，即使当不发射RF功率时消耗的功率)。
可以假定在每个基站BSk，RF发射功率PRFk随在基站BSk内分配的物理资源块PRB(PRB是频域中的一组12个RF子载波，和时域中的1个0.5ms的时隙)的数目而线性增大，即：
PRFk=mRFk·NPRBk+nRFk,[8]
其中nRFk是与公共信令信道(即：BCH、SS、RS等)的传输相关的发射功率分量，NPRBk是分配的物理资源块PRB的数目，mRFk是指示RF发射功率与分配的物理资源块PRB的数目的相依性的系数。从而，项mRFk·NPRBk是与用户流量的传输和专用于用户流量的信令信道(即，PDSCH、PDCCH等)的传输相关的RF发射功率分量。
此外，还可假定功率损耗PLOSSk具有线性趋势，即：
PLOSSk=mLOSSk·NPRBk+nLOSSk.[9]
从而，通过应用式[8]和[9]的假定，上面的式[7]的功率模型可被重写成：
PBSk=mk·NPRBk+nk [10]
其中mk=mRFk·+mLOSSk，nk=nRFk+nLOSSk。系数mk和nk可以利用基站BSk本身进行的实验测量确定，或者利用数值模拟确定。
于是，按照例证的上述式[5]定义的两个基站BS1、BS2的群集的能量效率EE为：
此外，由群集的每个基站BSk传送的流量吞吐量Tk可被表示成：
Tk=NPRBk·ηMCSk·BW,[12]
其中BW是单个无线电资源(即，单个PRB)的带宽，ηMCSk是基站BSk的平均频谱效率，它尤其取决于使用的调制和编码方案MCS，在基站BSk实现的无线资源管理RRM算法，和小区负载。基站BSk传送的流量吞吐量Tk还可被表示成：
Tk=NPRBk·TPRBk,[13]
其中TPRBk=ηMCSk·BW是由在基站BSk分配的单个物理资源块PRB承载的流量吞吐量。
在假定每个基站BSk的干扰情形已知的情况下(例如，借助在基站BSk进行的实验测量)，由在基站BSk的每个单一的物理资源块PRB承载的流量吞吐量TPRBk已知。从而，通过应用上面的式[13]，可以获得在每个基站BSk分配的物理资源块NPRBk的数目，即：
NPRBk=Tk/TPRBk.[14]
随后，利用式[14]，按照上面的式[11]的群集BS1-BS2的能量效率EE可被重写成如下所示：
同时关于T1和T2的约束如下：
i)基站BS1、BS2承载的流量吞吐量T1，T2之和一般应大于或等于所请求的流量吞吐量T，即：T1+T2>=T(从数学的观点看，利用偶对(T1,T2)识别的以致T1+T2≥T的每个解答是可接受的)。在下面的说明中，为了清楚起见，只考虑情况T1+T2=T；和
ii)每个基站BS1、BS2承载的流量吞吐量T1、T2不能超过基站的最大容量，即：
T1max和T2max是利用Tkmax=Nmaxk·TPRBk给出的基站BS1、BS2的最大容量，Nmaxk是在基站BSk可用的PRB的最大数目。应注意T1max和T2max取决于特定的干扰情形，尤其取决于具体的流量拆分T1+T2=T。
随后考虑到关于T1和T2的上述约束，使上面的式[15]最大化，从而提供使群集的能量效率EE达到最大的流量吞吐量T1和T2的值T1*和T2*。
应注意只有当要求的流量吞吐量T等于或小于两个基站BS1、BS2可服务的最大吞吐量，即，T≤T1max+T2max时，才存在解答。
下面，提供数值例子。假定：
-请求的流量吞吐量T等于100Mbps；
-在每个基站BS1、BS2可用的物理资源块PRB的最大数目为Nmax1=Nmax2=50；
-在基站BS1，每个单独的物理资源块PRB承载的的流量吞吐量为TPRB1=1.2Mbps，从而最大容量为T1max=50×1.2Mbps=60Mbps；
-在基站BS2，每个单独的物理资源块PRB承载的的流量吞吐量为TPRB2=1.5Mbps，从而最大容量为T2max=50×1.5Mbps=75Mbps；
-基站BS1的功率模型具有以下系数：m1=2W/PRB和n1=800W；
-基站BS2的功率模型具有以下系数：m2=7W/PRB和n2=700W。
通过把上述值代入式[15]中，作为T1和T2的函数的群集的能量效率EE为：
如上所述，T1max和T2max取决于特定的干扰情形，特别取决于具体的流量拆分T1+T2=T。不考虑解答(即，偶对(T1,T2))对每个单一的PRB承载的流量吞吐量的影响。
随后，用公式表示关于T1和T2的以下约束：
i)T1+T2=100Mbps;
ii)0≤T1≤60Mbps和0≤T2≤75Mbps.
通过把i)代入ii)，约束ii)可被重写成
ii)0≤T1≤60Mbps和0≤100-T1≤75Mbps,
结果产生25Mbps≤T1≤60Mbps。
随后考虑到上述约束，计算使能量效率EE达到最大的T1和T2的值。计算结果为T1*=60Mbps，从而T2*=100-T1*=40Mbps。具有这种最佳流量吞吐量分布的群集BS1-BS2的能量效率EEopt为：
如果不进行优化，那么在最坏条件下(T1=25Mbps，T2=75Mbps)，群集BS1-BS2的能量效率EEinit为：
从而，有利地实现群集的能量效率EE的增大。能量效率EE的增大可以百分率表示成100×(EEopt-EEinit)/EEinit。应用于EEopt和EEinit的上述计算值的这种公式显示有利地实现群集能量效率的约6%的增长。
作为另一个例子，当考虑具有系数m2=14W/PRB和n2=200W的基站BS2的功率模型时，获得约18%的增益。
步骤204的能量效率EE的优化和随后的步骤205的流量引导可被实现成无线接入网络RN的O&M(运行&管理)功能，例如，实现成SON(自优化网络)功能。
这种情况下，可以利用集中式方法或者分布式方法执行步骤204-205。
按照集中式方法，步骤204-205可由网络管理器NM和/或由网络部件管理器NEM1、NEM2、NEM3执行。
当步骤204-205由网络管理器NM执行时，群集可包括不同厂家和/或不同无线接入技术的节点(这是例如如果群集包括图1的所有基站BS1、BS2、…BS7的情况)。在这种情况下，网络管理器NM接收(例如，从网络运营商)群集的节点BSk的功率模型Vk，和为了在步骤204进行最大化而应该考虑的约束，作为输入。
当由网络管理器NM执行时，上述步骤204-205可能导致流量的技术间引导，即，网络管理器NM可能决定把流量从基于第一种无线接入技术的节点引导到基于第二种无线接入技术的节点。例如，通过执行步骤204-205，网络管理器NM可决定把与特定服务相关的至少一部分流量从基站BS4(它是UMTS NodeB)引导到基站BS6(它是GSM BTS)，如果确定该动作增大群集的能量效率的话，只要QoS约束被满足。
另一方面，当由网络管理器NM执行时，上述步骤204-205可能导致流量的技术内引导，即，网络管理器NM可能决定把流量从第一个节点引导到基于相同的无线接入技术的第二个节点。例如，通过执行步骤204-205，网络管理器NM可决定把与特定服务相关的至少一部分流量从基站BS4引导到基站BS3(它们都是UMTS NodeB)，如果确定该动作增大群集的能量效率的话。
技术间引导或技术内引导不一定导致流量从功耗较大的节点引导到功耗较小的节点。在一些情况下，群集的能量效率的最大化会导致把至少一部分的流量从功耗较小的节点引导到功耗较大的节点。例如，考虑基站BS4(它是UMTS NodeB)和基站BS6(它是GSMBTS)，基站BS4的功耗PBS4几乎与流量吞吐量T4无关，而基站BS6的功耗PBS6几乎线性取决于流量吞吐量T6。从而，在基站BS6能够满足小区C4-C4'的流量需求的时候，网络管理器NM将决定把与小区C4-C4'相关的所有流量引导到基站BS6，从而基站BS4实质上不用。如果小区C4-C4'的流量需求变得高于基站BS6的最大容量T6max，那么基站BS4将被使用。然而，由于基站BS4的功耗几乎不变，通过把流量从BS6引导到BS4，直到达到BS4的最大容量T4max为止，可以使群集BS4-BS6的能量效率达到最大。从而，部分的流量从功耗较小的技术(即，GSM)引导到功耗最大的技术(即，UMTS)。
当步骤204-205由网络部件管理器NEM1、NEM2、NEM3执行时，节点的群集应包括相同厂家和相同无线接入技术的节点。例如，如果群集包括图1的基站BS3、BS4、BS5，那么步骤204-205可由网络部件管理器NEM2执行。网络部件管理器NEM2接收(例如，从网络运营商)基站BS3、BS4、BS5的功率模型V3、V4、V5，和流量吞吐量T3、T4、T5应满足并且为了在步骤204进行能量效率最大化而应考虑的约束，作为输入。步骤204-205导致在基站BS3、BS4、BS5之间的流量的技术内引导。步骤204-205导致流量在基站BS3、BS4、BS5之间的技术内引导。
按照分布式方法，步骤204-205由无线接入网络RN的节点执行。例如，对于包含图1的基站BS1、BS2、…BS7的群集，可在无线网络控制器RNC、基站控制器BTS和LTE eNodeBBS1、BS2中的一个或多个完成步骤204-205的执行。在这种情况下，计算中涉及的所有节点最好交换为进行步骤204的计算所需的信息(即，群集的节点BSk的功率模型Vk和关于流量吞吐量Tk的约束)。LTE eNodeB BS1、BS2最好利用它们的X2接口，交换为完成步骤204的计算而需要的信息。
在上述实施例和例子中，所述方法定义节点的群集，和把流量从一个节点引导到相同群集的另一个节点，即，考虑用于引导流量的无线资源单元是节点。
按照本发明的另外的实施例，可以更细的粒度执行所述方法。
特别地，按照本发明的另外的实施例，步骤201定义在节点可用的RF载波的群集，即，考虑用于引导流量的无线资源单元是单个RF载波。该群集可包括在节点可用的所有RF载波，或者在节点可用的RF载波的子集。在步骤202，为每个RF载波提供功率模型Vk和函数Yk。在步骤203，处理群集的RF载波的功率模型Vk和函数Yk，以便确定指示RF载波消耗的功率如何随RF载波承载的流量吞吐量而变化的相应函数Zk。随后在步骤204，函数Zk被结合到提供群集的能量效率EE的单一函数中，并考虑到流量吞吐量应满足的约束，计算使能量效率EE达到最大的流量吞吐量Tk的值Tk*。最后，在步骤205，在群集的RF载波之间引导节点承载的流量，以致每个RF载波承载计算的流量吞吐量Tk*。最好周期地重复步骤204-205，从而允许动态地使流量吞吐量在群集的RF载波之间的分布适应于功率模型、干扰条件、请求的流量吞吐量等的可能变化。
按照这些另外的实施例，步骤204的能量效率函数EE的最大化和随后的步骤205的流量引导可被实现成嵌入节点(例如，具有载波聚合的LTE-Advanced eNB)的分组调度器中的RRM(无线资源管理)功能。最好以可从数毫秒到数秒的周期，重复步骤204-205。
这实质上允许调度流量流的每个分组，以优化节点的功耗。
可以应用中间粒度。例如，考虑用于进行流量引导的无线资源单元可以是例如在实现HSPA(高速分组接入)协议和/或载波聚合协议的节点处的一组聚合的RF载波或子载波。在这种情况下，群集包含多组聚合的RF载波或子载波，在这样的多组聚合的RF载波或子载波之间引导流量，以便优化群集的能量消耗。
可在无线通信网络中，同时实现如上所述的在节点之间引导流量的方法，和在相同节点可用的RF载波或者各组聚合RF载波或子载波之间引导流量的方法。在这种情况下，在无线接入网络内，同时进行具有两种不同粒度的两种功耗优化：整体作用于节点承载的流量吞吐量的粗粒度的第一种优化，目的在于优化一群节点的能量效率；和作用于由在节点可用的单个RF载波或者各组聚合RF载波或子载波承载的流量吞吐量的细粒度的第二种优化，目的在于优化该节点的能量效率。

Claims (17)

1.一种用于管理无线接入网络的功耗的方法，所述方法包括：
a)定义包含所述无线接入网络的至少两个无线资源单元的群集；
b)定义参数，所述参数是所述群集的性能指标PI和功耗指标PCI的组合，所述参数是由所述至少两个无线资源单元承载的流量吞吐量的函数；
c)通过找出性能指标PI的最大化与功耗指标PCI的最小化之间的最佳折衷来计算最佳流量吞吐量，所述最佳流量吞吐量是优化所述参数的所述流量吞吐量的值；以及
d)通过运行由所述无线接入网络的至少一个节点执行的功能来在所述至少两个无线资源单元之间分配流量，以致所述至少两个无线资源单元承载所述最佳流量吞吐量，所述功能负责实现在所述至少两个无线资源单元之间的流量引导。
2.按照权利要求1所述的方法，其中所述b)包括对于包含在所述群集中的每个无线资源单元：
b1)提供指示所述无线资源单元消耗的功率如何随所述无线资源单元发射的射频功率而变化的第一函数；
b2)提供指示所述无线资源单元发射的所述射频功率如何随所述无线资源单元承载的流量吞吐量而变化的第二函数；以及
b3)把所述第一函数和所述第二函数结合在第三函数中，所述第三函数指示所述无线资源单元消耗的所述功率如何随所述无线资源单元承载的所述流量吞吐量而变化。
3.按照权利要求2所述的方法，其中所述b1)包括从一组预定的第一函数中选择所述第一函数。
4.按照权利要求2所述的方法，其中所述b1)包括根据由所述无线接入网络的至少一个节点进行的测量来确定所述第一函数。
5.按照权利要求2所述的方法，其中所述b)包括把所述参数定义成表示所述群集的性能的性能指标PI和表示所述群集消耗的功率的功耗指标PCI之比，所述功耗指标PCI包括所述至少两个无线资源单元的所述第三函数的结合。
6.按照权利要求2所述的方法，其中所述第一函数、所述第二函数以及所述第三函数中的每一个是选自一组函数类型的函数类型，所述一组函数类型包括：线性函数、次数等于或大于2的多项式函数、阶梯函数以及分段线性函数。
7.按照权利要求2所述的方法，其中提供所述第一函数、所述第二函数以及所述第三函数中的至少一个包括基本连续地监视所述无线资源单元的至少另一个参数和在所述无线资源单元内处理所述至少另一个参数，以便产生和动态更新所述第一函数、所述第二函数和所述第三函数中的所述至少一个。
8.按照前述权利要求任意之一所述的方法，其中所述c)包括：考虑到所述流量吞吐量应该满足的至少一个约束，计算所述最佳流量吞吐量。
9.按照权利要求8所述的方法，其中所述至少一个约束包括下述至少之一：
-为了保证所述群集覆盖的地理区域具有蜂窝覆盖，所述流量吞吐量应满足的覆盖约束；
-为了保证所述群集利用由位于所述地理区域中的移动终端支持的无线接入技术来提供服务，所述流量吞吐量应满足的移动终端能力约束；
-为了保证为预定用户/服务保留所述至少两个无线资源单元中的一个或更多个，所述流量吞吐量应满足的用户/服务分离约束；以及
-为了保证以预定的服务质量向所述移动终端提供服务，所述流量吞吐量应满足的服务质量约束。
10.按照权利要求1所述的方法，其中定期重复所述c)和d)。
11.按照权利要求1所述的方法，其中包含在所述群集中的每个无线资源单元包含所述无线接入网络的节点。
12.按照权利要求11所述的方法，其中所述c)和d)被实现成所述无线接入网络的运行和管理功能。
13.按照权利要求12所述的方法，其中所述c)和d)由配置成监视所述无线接入网络的节点的管理实体执行，所述管理实体是在网络管理器和网络部件管理器之中选择的。
14.按照权利要求12所述的方法，其中所述c)和d)由所述无线接入网络的至少一个节点执行。
15.按照权利要求1所述的方法，其中包含在所述群集中的每个无线资源单元包括在所述无线接入网络的节点处可用的射频载波或者在所述节点处可用的一组聚合射频载波或子载波。
16.按照权利要求15所述的方法，其中所述c)和d)被实现成嵌入所述节点中的无线资源管理功能。
17.一种无线接入网络，包括多个节点和被配置为监控节点的一个或多个管理单元，其中所述节点和/或所述一个或多个管理单元被配置为执行如权利要求1-16中任一项所述的方法。
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