CN103733693A - 用于在无线接入节点网络部署中节约能源并最小化干扰电平的方法和系统 - Google Patents

用于在无线接入节点网络部署中节约能源并最小化干扰电平的方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种用于在无线接入节点网络部署中节约能源并最小化干扰电平的方法和系统。所述方法包括将无线接入节点网络部署布置为主/从配置,并自动执行所述无线接入节点网络部署的从无线接入节点的RF收发器的开启和关闭。以及适用于实现本发明的方法的系统。

Description

用于在无线接入节点网络部署中节约能源并最小化干扰电平的方法和系统
技术领域
在第一个方面,本发明一般涉及一种用于在无线接入节点网络部署中节能和减少干扰电平的方法,该方法通过执行开启和/或关闭RF收发器的程序实现,并且尤其涉及一种基于主/从协调配置的执行所述开启和/或关闭的方法。
本发明的第二方面涉及一种适合于实现第一方面的方法的用于节能和最小化干扰电平的无线接入节点网络部署的系统。
本发明尤其适用于毫微微蜂窝(飞蜂窝),也适用于标准的基站,包括高/中功率宏蜂窝、微蜂窝和微微蜂窝。
背景技术
毫微微蜂窝是小型,低功耗,短距离的蜂窝基站,由最终用户安装,用于家庭和企业的室内覆盖。毫微微蜂窝通过物理宽带连接,如数字用户线(xDSL)、电缆或光纤等,连接到移动运营商的网络,并且合并自动机制,如:自连接、自配置和自优化,以便实现简单和无人照管的部署。最终用户能够获得高信号电平,由于发射器和接收器之间的距离短,因而与宏蜂窝提供的室内覆盖相比享有较高的吞吐量和更好的用户体验。
如图1所示,所述毫微微蜂窝通过网络控制器和网关整合到现有的移动核心网(CN),在3GPP标准文件[1]中所述网关一般称为毫微微网关或家庭演进基站网关(H(e)NB GW),位于IP接入网和移动运营商的核心网络之间。所述毫微微网关通过标准接口经由用户宽带IP网络如DSL,电缆或光纤将大量的毫微微蜂窝节点的流量聚集并通路传输到现有的移动核心网络,所述标准接口如:例如作为3GPP UMTS的·g系统的Iu-CS和的Iu-PS,以及作为3GPP LTE/先进的LTE的4G系统的S1。所述毫微微蜂窝和3G网关之间的连接的方式是一种新的被称为luh[2][3]的接口。请注意,对于LTE,S1也可用在毫微微蜂窝与网关之间,使LTE毫微微节点能够直接连接到核心网络,而不通过毫微微网关连接。
目前,毫微微蜂窝可以部署在两个不同的场景下。在家庭环境中,单一的毫微微蜂窝节点可以让移动客户在自己的家里面拥有强劲的蜂窝接收并且连接到宽带互联网。用于企业环境的场景(本发明的焦点)的方案的特点是,经过合理的规划以毫微微蜂窝组的形式在目标区域妥善部署,为最终使用者提供其要求的移动服务。此外,企业方案中的毫微微蜂窝与在家庭的情况下不同,必须保证在毫微微蜂窝之间以及与相邻宏基站的移动性,并且连接至它们的接入网关,所述接入网关经过部署它们的位置的局域网(LAN)。以这种方式,毫微微节点能通过局域网彼此相互连接。本发明对此特征的利用将稍后解释。
毫微微节点部署的一个重要特征是无线参数调节的自配置和自优化的能力。在企业环境中,用一组毫微微蜂窝,每个节点需要与相邻节点协作,用于共同提供具有最好服务质量的最优的服务覆盖。
部署在企业组中的大量毫微微节点吸引了对减少整体能源消耗和最小化组内干扰的不同算法和方法的研究。它对移动管理,自优化的影响也可能成为一个令人感兴趣的领域。
另一个可能需要注意的方面是在例如礼堂、会议室的环境中以随机或可预测的方式所产生的流量高峰。在这些环境中服务于用户高峰所需要的毫微微节点的数量远远超过其余时间,而且看起来也不建议在所有的时间里都将它们保持开启。优秀的毫微微节点的管理应当解决上述问题。
所推荐的机制的必要条件之一是,其应该没有任何人机交互地工作。属于该集群的所述毫微微蜂窝必须以协调的方式合作用于提供具有足够高服务质量的最优覆盖。
关于毫微微节点的必须加以处理的最重要问题之一是:如果所述宏蜂窝和毫微微蜂窝[4]使用相同的频谱,如何避免无论是对宏蜂窝或是对相邻毫微微节点有害的干扰。
毫微微节点的现有技术聚焦于优化干扰感知覆盖和节能程序。对于这些主题中的每一个,目前存在我们以下所提到的不同的推荐机制和技术。
-优化覆盖
有两种类型的覆盖机制:基于独立毫微微节点的机制和基于毫微微节点组的合作机制:
1、独立毫微微节点的非协调覆盖优化机制。
当毫微微蜂窝上电后,它会扫描附近的无线环境,并选择最理想的无线参数以达到最佳的服务质量。初始发射功率可以是一个预先设定的值,或者可以用这样的方式选择:将其覆盖范围调整为目标区域使其对相邻的宏蜂窝的干扰最小化。
在文献[5]和[6]中,作者们建议了自动配置和自优化的方案。当自动配置方案提供所述毫微微蜂窝的初始功率设置时(典型值是-10dBm),自优化方案试图优化毫微微蜂窝在正常运行期间的发射功率。作者们区分出三种自动配置方案;i)固定功率,ii)根据距离,以及iii)根据测量。
在文献[7]中,作者构思了功率适应考虑活动/非活动用户的毫微微蜂窝的另外一种方式。如果当前没有毫微微蜂窝的用户处于活动状态(无语音或数据传输),毫微微蜂窝的发射功率降低10dB。
在文献[4]中提出了一种采用动态适应所述毫微微蜂窝的接入点的发射功率的新方法的功率控制机制。其基本构思是根据当前的流量负载和移动站与毫微微蜂窝之间的信号质量调整毫微微蜂窝的发射功率,以便充分利用数据帧。这种方法的优势在于其在轻流量负载时减少对宏蜂窝或相邻的毫微微蜂窝用户干扰的可能性。此提案的结论是,在仍然能够确保所述毫微微蜂窝用户的服务质量(QoS)水平的同时,可显著地降低毫微微蜂窝的发射功率。
虽然这些机制过去设计为用于独立毫微微蜂窝的场景,部署于居住环境中,但是目前它们使用于企业场景。
2、联网化的毫微微蜂窝的协调无线覆盖优化。
在企业场景下,其中目标区域必须被一组毫微微节点覆盖,而不是一个独立的毫微微节点,各个蜂窝需要合作以共同提供覆盖优化。因此,毫微微蜂窝组部署的覆盖优化的要求显著不同于独立毫微微蜂窝的部署,并且前面提到的现存的解决方案不适用。
不像之前的独立毫微微节点,调节覆盖算法修正了辅助的发送功率,不仅依据来自于自己的毫微微蜂窝覆盖区域的活动用户设备的标准测量报告,同时也依据从相邻的毫微微蜂窝接收的某些信息。这种算法的主要目的是在毫微微蜂窝组中平衡毫微微节点的负载,所述毫微微节点共同覆盖相同区域,并且使覆盖盲区和传输功率最小化。
目前在实际的3G宏蜂窝部署中使用的是集中式的方法。在文献[8]中描述了一个集中式的联合覆盖优化算法,该算法为在所述宏蜂窝网络中的每个蜂窝集中计算出最佳导频发射功率电平,导致所述覆盖区域最大化的同时使所需的覆盖重叠水平干扰最小化。因为预期所述网络的大规模部署和所述毫微微蜂窝的即插即用性质,这些算法对毫微微蜂窝并不适用。另一方面,必须使用分散/分布式结构的算法,所述算法在本地节点处操作,并利用可得到的本地信息。
参考文献[9]介绍了一种分布式/分散的、联合覆盖的优化算法,其在每个毫微微蜂窝中单独运行,并且用来实现用户负载平衡并且使覆盖盲区和重叠最小化。
这些算法不使用任何全局信息或来自所述毫微微蜂窝网关或任何其它网络部件的协调。
参考文献[1][10]中描述了一种移动通信系统,其中基站使用主/从协议交换负载平衡信息来相互通信,所述负载平衡信息可用于控制移动设备在相邻基站和/或邻近蜂窝之间的切换。在指定的时间或周期性地或响应于某些事件时,以上任一情况下为其提供负载状态报告。
在参考文献[1][11]中,无线基站(wireless base stations)具有存储表明本地站是否是主基站的标志的存储单元。确定单元决定无线数据传输通道的参数设置。当本地基站不是主基站时,获取单元获得来自主基站的无线参数设置。当本地基站是主基站时,设置单元设定信道的无线参数,当本地基站不是主基站时,设置单元将取得的无线参数设置到信道。
节能程序:
从经济(降低成本)和环保(减少二氧化碳排放量)的角度上考虑降低移动网络能耗是非常重要的。对于通常的在文献[1][12]中的宏蜂窝网络的和尤其在文献[13]中的毫微微蜂窝,几个出版物强调了通过因流量低而在活动蜂窝不被需要的期间内减少它们的数量可节省的能量。在其不需要时关闭蜂窝发射,伴随着节能实现减小在相邻蜂窝中的干扰。
从节能角度来看,必须考虑两种不同的情况。
第一种情况是,毫微微蜂窝只能在其覆盖提供服务的区域中没有用户时关闭。这是出于覆盖原因的毫微微蜂窝的部署情况,例如,的或那些可能关联低流量调用的住宅毫微微蜂窝部署情况。
第二种情况是,那些毫微微蜂窝可以在低流量时关闭。这是出于容量的原因的毫微微节点部署情况。由所述仍然保持活跃的蜂窝照顾无线覆盖和服务供应,从而保证服务在整个区域内可供使用。
已经提出了一些用于当用户没有在他/她的毫微微蜂窝节点附近时关闭该毫微微蜂窝节点的无线部分的实施方式[14][15],这些解决方案检测何时所述用户设备驻留在到毫微微蜂窝节点最近的宏蜂窝,以决定切换时打开或关闭毫微微蜂窝节点。当所述用户设备没有驻留在预定的宏蜂窝时,假定它在离家很远的地方并且毫微微节点关闭,并且当所述用户设备进入其预定的宏蜂窝时,假定它在其相应的毫微微节点附近,该毫微微节点开启。
其它现有的实施[16]在其不提供任何与用户设备的活动连接时,关闭所述毫微微蜂窝节点的收发器部分。为了在其必须提供活动连接时开启所述毫微微节点,所述实施依赖于最接近的提供服务的宏蜂窝的帮助,所述提供服务的宏蜂窝检测何时包含在所述蜂窝的封闭用户组中的用户设备试图与宏蜂窝建立活动连接,并且在这种情况下,它通过移动性管理实体和所谓的S1接口,向毫微微节点发送指令启动开关,然后将所述活动连接切换到所述毫微微蜂窝。
其它实施[17]依赖于激活服务器,该服务器远程开启或关闭所述毫微微节点的收发器部分。激活服务器开启或关闭的毫微微蜂窝节点的收发器部分的条件是用户终端的位置,该位置由所述用户终端通过GPS报告的数据而为所述激活服务器所知,或由所述用户设备所在的宏蜂窝推导得出。
其它用于开启或关闭毫微微蜂窝节点的实施[18]基于对由所述用户设备发送的特定信号模式的检测,这需要收发器关闭的毫微微蜂窝节点周期性地开启所述接收器部分,为了能够检测到所述用户设备发送的信号模式。
另一种推荐的机制[19]是所述毫微微蜂窝的激活基于来自活动的用户设备(UE)的噪声上升。这种机制允许仅为服务呼叫而激活所述毫微微节点。当在所述毫微微节点上接收的功率电平超过阈值电平,激活该毫微微节点为所述UE提供服务。
当必须部署一个新的蜂窝用来覆盖由于日常流量模式或由于特殊事件,如会议或研讨会引起的不定时发生的高峰所导致周期性的流量高峰,通常的做法是在低流量时段关闭所述蜂窝为了节省能源,并且当其需要人工干预时将其开启。在不定时发生的高峰的情况下,仅当这些事件是事先已知时才是可行的。
现有解决方案的问题:
1、覆盖优化
所述非协调机制是针对独立的毫微微蜂窝而设计,虽然目前将它们使用在如移动方面的联网的毫微微蜂窝,并且没有考虑同其它毫微微蜂窝的协调覆盖优化。
来自联网的毫微微蜂窝的覆盖优化机制/算法的一个局限是,它没有考虑到未使用的所述毫微微蜂窝可以关闭其无线传输块,以这种方式,简化了毫微微蜂窝网络的无线协调,并且相对在[9]和[1][10]提出的分布式的方法,明显减少了能耗和干扰。在本发明中提出的关闭机制是为急剧上升的流量高峰专门量身定制,其中,只有当所述覆盖区被充分使用时(例如,在礼堂内的事件、商业展会基础设施覆盖时发生的事件),全部毫微微节点保持运转才是合理的。
关于分布式/分散联合无线覆盖优化,在文献[9]中提出了所述协调算法的局限在于,在大型的毫微微蜂窝的网络部署情况下的可扩展性,其中毫微微蜂窝必须与很多其它的毫微微蜂窝协调,所需的与相邻毫微微蜂窝的交互可能导致不可接受的信号流量,因为无线状况的变化可能引起整个部署的信号流量的显着增长也可能出现稳定性问题。另一个限制因素是缺乏参考点,在所述参考点操作和维护子系统能够检查毫微微蜂窝的网络状态,它对控制大型部署至关重要。在文献[9]中提出的方法是完全分布式的,并且每个毫微微蜂窝只有邻居毫微微蜂窝的信息而没有参考点的信息。
在文献[1][10]中提出了一种用于优化负载平衡而不考虑节能机制的主/从基站的分层结构,例如当其负载不是必要时,或为了覆盖调整控制基站发送功率时,开启/或关闭基站。
在文献[1][11]中定义一种对从生成无线传输参数的控制单元接收的消息进行过滤或选择的分层结构,而不进入基站组协调使性能或能量效率优化。
2、节能程序
对于节能程序,在上一节中提到的所有方法的共同的局限是没有与其它节点的协调,以保证所述毫微微节点和其相邻蜂窝在开启或关闭程序期间服务的连续性。
至于文献[14][15][16][17]建议的程序,它们专为与毫微微节点相关联的UE组设计,具有访问限制。它们不能被用于在宏蜂窝覆盖范围内具有开放式访问的毫微微节点。除此此外,当用户设备通常是位于预定的宏蜂窝中时,这样的实施的价值不大,像在郊区和农村非常普遍的提供宽覆盖的宏蜂窝,或可以刚好在稠密的城市地区依据用户习惯或使用场景提供的宏蜂窝。
此外,在文献[17]中提出程序具有这样的问题,在很多场合下该UE不会包括GPS接收器,而且,为了控制激活毫微微节点并且实现传递所述GPS数据的相关方法,必须配备服务器。
在文献[18]中提出的实现要求所述UE周期性地发送特定的信号模式,所述信号模式增加了功耗和电池耗电、以及作为信号的无线资源。
发明内容
有必要提供一种现有技术的替代方案来克服上面提到的已知方案还存在的问题。
为此目的,在第一个方面,本发明涉及一种用于节能和最大限度地减少无线接入节点网络部署中的干扰电平的方法,所述方法包括开启和/或关闭所述无线接入节点网络部署的一个或多个无线接入节点的RF收发器。
与已知的方案相反,本发明的第一方面的方法包括将所述无线接入节点部署布置为主/从结构,并自动执行所述开启和/或关闭,并被应用到所述无线接入节点网络部署的接入节点的从无线接入节点。
对于一个优选实施例,所述无线接入节点是毫微微蜂窝节点。虽然在本文中的很多段落中无线接入节点是指毫微微蜂窝,但是本发明同样能够直接应用于标准的基站,因为毫微微蜂窝被概括在“标准基站”的实施例中。
由于在前部分中所述的原因,在本发明中提出了分层和部分集中的方式。
本发明提出了一种具有节能和干扰最小化双重目标的基于其位置的企业毫微微蜂窝部署的分层结构。这种机制允许在某种条件下,关闭某些毫微微节点的RF子系统。
参照所附的权利要求3至16,描述了本发明的第一方面的一些实施例,并且在后面的部分中涉及几个实施例的详细描述。
本发明的第二方面涉及一种用于节约能源和减少干扰电平的无线接入节点网络部署系统,所述系统包括多个无线接入节点,所述节点各自拥有可开启和关闭的RF收发器。
与已知的方案相反,在本发明的第二方面的系统中,所述无线接入节点按照主/从配置设置,并且因为它包括用于自动执行所述开启和/或关闭的控制装置,并被应用到所述无线接入节点网络部署的从无线接入节点。
对于一个优选的实施方案,该系统的所述控制装置将用于实现所述第一方面的方法。
参照所附的权利要求19至21,描述了本发明的第二方面的系统的一些实施例,并且后面的部分涉及几个实施例的详细描述。
附图说明
参照附图(其中有些已在前面叙述的现有技术中描述),从如下实施例的详细描述中,将更加充分地理解之前和其它的优点和特征,所述附图仅是说明性的和非限制性的,其中:
图1显示了毫微微蜂窝部署的一般构架。
图2显示了本发明的一个实施例所提供的分层毫微微节点之间的协调。
图3示出了根据本发明的一个实施例的分层的毫微微蜂窝组的共享覆盖状态和仅主覆盖的状态。
图4示出了根据本发明的第一方面的方法的一个实施例所述的分层的毫微微节点组的初始配置。
图5示出了根据本发明的第一方面的方法的一个实施例的在分层的毫微微蜂窝组中的协调过程。
图6示出了按照本发明的第一方面的方法的一个实施例的主毫微微节点过程的流程图。
图7示出了按照本发明的第一方面的方法的实施例的从毫微微节点过程的流程图。
图8示出了本发明实施例的关于礼堂的应用场景。
图9示出了图8中的实施例的仅主覆盖状态和共享覆盖状态。
图10示出了图8中的实施例的礼堂场景中从属启动程序。
图11示出了图8中的实施例的礼堂场景中从属毫微微节点的关闭程序。
图12示出了本发明关于办公楼应用场景的另一个实施例。
图13示出了图12的实施例的仅主覆盖状态和共享覆盖状态。
图14示出了图12的实施例的办公楼场景下从属切换程序。
图15示出了图12的实施例的办公楼场景下的关闭程序。
图16示出了按照本发明的第一方面的方法的另一个实施例的标准基站场景的仅主覆盖状态和共享覆盖状态。
图17示出了按照本发明的第一方面的方法的另一个实施例的宏基站的场景下从开启的过程。
图18示出了根据本发明的第一方面的方法的另一个实施例,标准基站场景下从属基站的关闭程序。
图19以曲线图的形式示出了根据本发明的毫微微部署的节能的近似值。
具体实施方式
在典型的毫微微蜂窝的网络部署中,它们之间并没有层次关系。毫微微蜂窝的定位力争覆盖整个区域(例如建筑物)而没有覆盖盲区,并且其中所有节点都连续不断地辐射,即使没有用户处于活动或空闲模式。此外,可能部署额外的毫微微蜂窝以应对因在一段时间内用户的非均匀分布而造成的流量高峰。例如,礼堂或会议厅,可能是这种情况。在这种场景下,虽然一个毫微微蜂窝节点能够覆盖整个区域,但由于容量问题需要额外的毫微微蜂窝在某些时间周期内为所有的用户提供服务。
为了避免不必要的能源浪费并最大限度地减少干扰的产生,本发明提出了在它们之间建立具有某种分层关系的毫微微节点组,并且能够关闭那些在负载情况允许的条件下不必正确服务的节点的RF收发器。
本发明的基本原理,包括为企业部署中(或类似的场景下,其中存在的通信基础设施可以支持它们之间的通信,例如以太网LAN)的毫微微节点,提供一个在某些时间段内使若干毫微微节点的RF子系统失效的机制。该机制基于主/从通信,该主/从通信通过作为所述毫微微节点的回程的通信基础设施(如局域网),用于交换与所述部署的流量负载相关的简单的消息。所述消息交换可以通过特定的通讯接口来支持,所述特定的通讯接口兼容3GPP版本10之前版本,或可以由3GPP版本10和之后版本的所谓X2接口来支持。
本发明的主要目的是减小能源消耗并最小化实现这种机制的毫微微节点的部署上的干扰电平。总之,本发明提供了一种机制,该机制用于根据某一算法使从属毫微微节点的RF子系统失活,因此在获得重要的节能和干扰电平下降的同时正确地参与服务。这样做的目的始终是在企业场景下无需任何外部人工控制地解决技术挑战,所述企业场景中可以部署一些相互协作的毫微微蜂窝,用于提供拥有最优质服务的最严谨的覆盖。
在图2中示出本发明的基本理念,本发明提出最小化干扰并提供节能。在毫微微蜂窝(主/从)之间的信息交换用来确定所述RF子系统的激活或失活算法,所述信息交换通过本地网络传送到相连的毫微微节点。需要注意的是所述主毫微微节点一直以标称或最大功率激活其RF子系统。
本发明背后的主要思想是定义从属于一个作为主节点来工作的毫微微蜂窝的子组,然后实现一种机制,用于控制所述毫微微节点的RF部分,而不会影响到与整个子组的相关服务。这种功率控制技术也可用于实现子组的元件之间的负载平衡策略,以改善当所有节点都发射时所提供的服务质量。这一点非常值得注意,管理系统将负责所述毫微微节点子组的初始配置,定义各节点作为主节点或从节点的功能,并发送所有子组的标识。同样,在主-从毫微微蜂窝之间的通信接口并不需要任何特殊的安全保护,因为没有传输敏感或私人的数据。
本发明涉及建立所述毫微微节点组或分层组,在毫微微蜂窝网络部署中,其中一个毫微微节点承担主节点角色,并且始终开启和发射,其它毫微微节点是从属角色(下级节点),并且当没有用户驻留其中或所述主节点的总容量和覆盖范围足以满足所有用户时可以关闭其RF收发器。分层组内的毫微微节点之间的通信必须由通信基础设施支持,所述通信基础设施可能是以太网LAN或任何其它的设施。所述通信基础设施支持分层组内的毫微微节点之间的消息交换,所述消息交换可经由特定的通信接口支持(所述通信接口兼容3GPP版本10之前的版本),或由3GPP版本10及更高版本的所谓X2接口支持。
这里至关重要的一点是,在毫微微节点中所述无线发射块具有独立于其余功能的关闭能力,为了仅在自动配置过程已正确完成并且之后毫微微蜂窝获得该权限时发射。这是必要的,例如,防止在初始化过程完成之前发射未经许可的或不希望的频率。该特征可用于节省能源,在不需要所述毫微微蜂窝为用户服务时关掉RF子系统,并且在认为需要时再将其开启。
这种RF开启/关闭的过程是即时的,与在上电时的初始化过程不同,当所述毫微微节点中所有的模块必须初始化时,必须建立具有安全网关的IPSec隧道,并且注册所述毫微微网关中的毫微微节点,并且必须完成自动配置过程。这个过程可能需要几分钟的时间(从5到15分钟,取决于实施和环境而定)。从现在开始,开启/关闭过程是针对RF发送块,而不是针对整个毫微微节点,除非明确说明。
此外,当毫微微节点发射时,可以在功率范围内改变其发射功率,以调整所述毫微微蜂窝对环境的覆盖。这可以用于例如,负载平衡和覆盖的调整。
本发明使用这两个特征的目的是最小化能源消耗和干扰。
在本发明中,术语主节点-从节点定义如下:
-主毫微微节点。它是所述毫微微节点组的协调者,并且始终发射,在其余的毫微微节点关闭时,如果有必要的话改变主毫微微节点的发射功率。
-从毫微微节点。所述组中的其余毫微微节点。它们将按照此后描述的算法发射、或不依赖于所述组的负载或驻留的用户数量。发射功率逐渐增加/减少时,它们可能需要开启/关闭以确保用户离开/进入所述主毫微微蜂窝的移动性。
根据不同的流量负载或用户总数,定义了两种不同的分层毫微微蜂窝组的状态(如图3所示):
-共享覆盖状态(SCS,Shared Coverage State),其中,所述组(主节点和从节点)中所有的毫微微蜂窝启动并发射,覆盖整个区域。
-仅主节点覆盖状态(OMCS,Only Master Coverage State),其中,所有的从属毫微微节点关闭,并且只有主毫微微节点保持开启。所述主RF传输功率和由此覆盖,可能会根据情况由以前的状态发生改变。
所述分层毫微微蜂窝组协调机制负责从一个状态切换到另一个状态。
为了实现本发明,需要该组的所述毫微微节点具有某些本发明提出的算法中使用的参数的相关信息。提供此信息的最简单方法是通过限定为0的毫微微节点网络部署的控制和管理系统(HMS)。
值得注意的是,当所述毫微微节点上电后,在其它事务中所述毫微微节点必须与其管理系统建立安全通信信道,以得到初始配置参数,如载波频率、带宽、标称RF功率、PSC或PSC的范围、用户访问模式、切换模式等。
构思是,除这种一般信息之外,管理和控制系统为在如图4所示的初始配置过程中的毫微微节点提供用于本发明中提出的分层组定义所需要的数据。分层组定义包括以下这些数据:
-主标识(例如,序列号)。
-从标识(包括,例如,从属序列号)。
-分层组ID。分层组标识是一个数字或字母标识,用于由主节点和从节点形成的集群。值得注意的是,在LTE/UMTS版本9的情况下,分层组可以包括一个或多个封闭用户组(CSG,Closed Subscriber Groups)。
-毫微微节点使用的算法参数。
算法中使用的参数可以对于所述组中的所有毫微微节点是普遍的(G),或特定(S)的,所述特定(S)表示对于每个元件根据其角色(主节点或从节点)指明特定值。建立这些参数的名称和描述如下:
-决策参数(S)DP:所述毫微微节点使用这个参数来决定所述毫微微节点组的状态是SCS或OMCS。由主节点在每一个更新周期(TUPDATE)用向所述从节点请求的信息计算所述决策参数(DP)。根据决策参数的类型(TDP)(如在过去的一段时间中的活动或驻留用户等的类型),每个从节点发送其测量值,然后主节点处理所有的测量值、以计算并发送DP值,所述Dp值用于决定毫微微节点修改或不修改它的当前状态(OMCS或SCS)。可能的实施例的DP参数是在所述毫微微节点中驻留的活跃用户的数目,或者在所述毫微微节点中驻留的空闲用户的数目,或者任何其它参数,该参数给出了所述毫微微节点组的流量负载的一个标识。
-决策参数的类型(G)TDP:该参数表示由所述毫微微节点周期性地测量出的量级的类型,用于计算在每个时间周期中适合的决策参数(DP)。
-开启阈值(G)TH OFF-ON:该阈值用于对从毫微微节点的RF子系统的开启作出决定。例如,如果TDP为活跃用户,这个阈值可以是指在所述毫微微节点组中的活跃用户的数目,从该数目开始,从节点应该开启其RF子系统,因为仅有主节点无法为所有活跃用户提供服务。
-关闭阈值(G)TH ON-OFF:该阈值用来决定节点的RF子系统的关闭。例如,如果TDP为活跃用户,该阈值可以是指某一在所述毫微微节点组中活跃用户的数量,从该数量开始,所述从毫微微节点应该关闭它们的FR子系统,因为仅有主节点就可以为所有的活跃用户提供服务。
-高传输功率(S)PHIGH
-主节点:当仅主节点覆盖状态(OMCS)开始时的功率。
-从节点:当共享覆盖状态(SCS)开始时的功率。
-低传输功率(S)PLOW
-主节点:当共享覆盖状态(SCS)开始时的功率。
-从节点:当开启RF子系统后过渡到共享覆盖状态(SCS)的初始
功率。
-开启时间(G)TOFF-ON:从仅有主节点覆盖状态(OMCS)过渡到共享覆盖状态(SCS)的时间。该时间相当于所述主节点从目前的功率(通常是PHIGH)到PLOW和所述从节点从PLOW到PHIGH所花费的时间。
-关闭时间(G)TON-OFF:从共享覆盖状态(SCS)过渡到仅有主节点覆盖状态(OMCS)的时间。此时间相当于所述主节点中从当前功率(通常是PLOW)到PHIGH,和所述从节点在将要关闭其RF子系统前从当前功率(通常是PHIGH)到PLOW所花费的时间。
-更新时间(G)TUPDATE:用于更新所述决策参数(DP)值的时间周期。主节点使用它用于通过LAN交换消息。
需要强调的是,只有与RF功率传输的相关参数是特殊的参数,因为其根据毫微微蜂窝节点的角色(主节点或从节点)这些值是不同的,并且如果需要的话用户可以为每个毫微微节点定制该参数值。其余的参数对所有的毫微微节点是通用的,因为从一个状态到另一个状态的过渡必须经过相同的转换时间以同步的方式完成。
对于三个毫微微节点(1个主节点和2个从节点)组的特定情况,每个节点最多可容纳8个用户,并使用活跃用户数量类型的决策参数(TPD),ON-OFF或OFF-ON阈值可以分别是4和6个活跃用户,因此,如果在给定周期内的决策参数DP低于4,所述毫微微节点将转换到OMCS状态(仅有主毫微微节点开启)。另一方面,如果决策参数DP大于或等于6时,毫微微节点将转换到SCS状态(所有毫微微节点开启)。
所述协调机制基于主毫微微节点和从毫微微节点之间的消息交换。
所述主毫微微节点是信息交换的协调者。它收集来自从毫微微节点的各个测量值,计算出决策参数(DP)的值,包含其自身的测量,并将它发送回从属毫微微节点。
在图5中示意性地示出了协调协议。主毫微微节点在每个TUPDATE请求从毫微微节点更新它们的测量结果。从节点发送该信息,然后主节点计算决策参数(DP)的新值,并将其传输到从节点。毫微微节点使用所述决策参数(DP)对其RF子系统作出决定。
假设在联网的毫微微蜂窝部署中,其中在毫微微节点之间使用了移动和负载平衡技术,有事先建立的本地通信基础设施(例如以太网LAN,但不排除任何其它实现)上的毫微微节点之间的消息交换机制,于是,包含在这种信息交换中的消息可以使用公共的基础设施基于IP发送至所有与其相连的节点。
在图6中示出了所述主毫微微节点中的执行过程的流程图。在主毫微微节点的启动过程中初始化之前显示的参数,并将它设置为共享覆盖状态。之后,所述处理进入到主循环,检查决策参数值(DP)是否有变化。当记录到变化时,将所述新的DP值与在参数中定义的预先设置的阈值相比较:
如果DP<TH ON-OFF(从节点关闭条件)并且状态不是OMCS,主毫微微节点将其传输功率从当前值逐渐改变到PHIGH且其状态转换为OMCS。
如果DP≥TH OFF-ON(从节点开启的条件)并且状态不是SCS,主毫微微节点将其传输功率从当前值(通常是PHIGH)逐渐改变到PLOW且其状态转换为SCS。
根据不同情况,逐步进行从目前的功率值向PHIGH或PLOW的过渡,从而使活跃的移动用户在必要时改变服务的毫微微基站。
过渡时间是过渡到仅有主节点覆盖状态的关闭时间(TON-OFF)的值,或过渡到共享覆盖状态的开启时间(TOFF-ON)的值。
在图7中示出了在从节点中执行的过程的流程图。在启动过程中,从属毫微微节点初始化之前显示的参数,并且将它们设置为共享覆盖状态。之后,每个毫微微节点中的处理进入主循环,检查决策参数值(DP)是否有变化。当记录到变化时,将所述新DP值与在参数中定义的预先设置的阈值相比较。
如果DP<TH ON-OFF(从节点关闭条件)并且状态不是OMCS,从节点仅在将要关闭其RF子系统之前将其发射功率逐渐从当前值(通常是PHIGH)改变为PLOW,并将其状态变为OMCS。在过渡时间(TON-OFF)内,如果必要,从毫微微节点迫使其活跃用户作出向主毫微微蜂窝的切换。
如果DP≥TH OFF-ON(从节点开启的情况)并且状态不是SCS,从毫微微节点首先以低功率(PLOW)开启其RF部分,然后逐渐将功率增加为PHIGH,以便让主毫微微节点中的活跃移动用户在必要时改变服务蜂窝,并且其状态转换到SCS。
如同主节点的情形,过渡时间是过渡到仅有主节点覆盖状态的关闭时间(TON-OFF)的值,或过渡到共享覆盖状态的开启时间(TOFF-ON)的值。
本发明可以用于几种场景,用于为不同的目的定制分层组的算法参数。
主要设想有三种类型的应用场景:礼堂或第I类型场景,办公楼或第II类型场景和标准基站或第III类型场景。
1、礼堂或第I类型场景
这种情况下的环境流量变化很大,并且有一些用于支持流量峰值(如图8中所示)的超规格的毫微微节点。
在这种场景中,礼堂中心的毫微微节点应足以在流量很低时覆盖整个区域。这对应于本发明中提出的仅主节点覆盖状态。在这种状态下的主毫微微节点的发送功率必须最大化,以覆盖整个区域。
然而,当流量增加时,需要其余毫微微节点来服务所有用户,其对应于共享覆盖状态。当从节点被开启时,主节点的覆盖被降低。从图9可以看出这两种状态。
这两个状态之间需要软过渡,以保证正在进行的呼叫不受影响,并从旧的服务蜂窝切换到覆盖移动定位的新的服务蜂窝。
用于该场景的状态变化基于所述组的负载。
在图10中示出了这种情况下的开启程序。
最初,在低负载状态下,只有主毫微微节点开启,因为它足以覆盖整个区域。主节点的发送功率设置为高值(PHIGH_MASTER)。
当负载超过开启阈值(DP≥TH OFF-ON),所述开启过程是分两个步骤完成的:
-第一步是以最小的功率(PLOW_SLAVE)开启所述从毫微微节点,将主节点的发送功率维持在同一水平。
-第二个步骤是功率平衡。在TON-OFF时间周期内,主节点和从节点的发射功率都逐渐改变为其最终值(对从节点是PHIGH,对主节点是PLOW)。
在此过渡期间,原先在主节点覆盖区域而最终在从节点的覆盖区域的用户可以由主毫微微蜂窝移动到从毫微微蜂窝,如果用户在空闲模式下所述移动是通过重选,如果用户在激活模式下所述移动是通过切换。
这之后,可以对所述组应用任何其它的负载均衡程序,并且主节点和从节点的发射功率可作相应改变。
图11示出了这种场景下的关闭过程。
当所有毫微微蜂窝在发射,并且所述组的负载降低,并低于关闭阈值(DP<TH ON-OFF),从节点被再次关闭。
关闭过程也分两个步骤完成:
-第一个步骤是功率平衡。在TOFF-ON时间周期内,主节点和从节点的发射功率都逐渐改变到最终值(对从节点是PLOW,对主节点是PHIGH)。
-第二个步骤是关闭从属毫微微节点。
在这个过渡期间,原先在从节点的覆盖范围并最终在主节点的覆盖范围的用户,可以由从毫微微蜂窝移动到主毫微微蜂窝,如果它们在空闲模式下所述移动是通过重选,如果它们在活跃模式所述移动是通过切换。无论如何,在关闭之前,所述从节点必须强制切换到具有活动呼叫的用户的主毫微微蜂窝。
2、办公楼或第II类型场景
这种情况下的环境,如办公楼,其中有很长一段时间周期没有流量。大部分在晚上的时间和周末,没有人在办公室,并且可以关闭毫微微节点以节省能源(如图12所示)。
在图13中示出了这种场景下仅主节点覆盖状态和共享覆盖状态。
在这种情况下,在接入区域中的主毫微微节点可以用来确定余下的毫微微节点是否必须开启并发射。
通过在主毫微微节点中的注册检测到在所述接入区域存在用户,可以用来开启所述从节点并进入共享覆盖状态。
以同样的方式,在没有用户注册在任何所述毫微微节点(主节点或从节点)中时,可以关闭从节点以节省能源。
两种状态的主毫微微节点的覆盖可能是相同的,因为有没有用户,仅需覆盖接入区域。
因为这两个状态之间没有可能会受到影响的活跃呼叫,所以不需要软过渡。
用于这个场景的状态变化基于在所述毫微微节点组中注册的用户数目(在空闲模式下的用户和在活动模式下的用户)。在这种情况下,改变状态的阈值应为零。
在图15中示出了这种情况下的开启程序。
最初,没有用户驻留,只有主毫微微节点开启,因为它足以覆盖所述接入区域。所述主毫微微节点的发送功率被设置为高值(PHIGH_MASTER)。
当用户进入大楼并且驻留在主毫微微蜂窝,所述开启阈值被超过(Dp≥TH OFF-ON=0)时,所述开启程序仅由一个步骤完成。
由于不必保证服务的连续性,因为没有用户在所述毫微微蜂窝区域中,所以不需要功率平衡步骤。
关于算法,对于主毫微微节点和从毫微微节点PHIGH=PLOW,并且TOFF-ON为零。
这之后,对所述组可以应用任何其它的负载均衡程序,并且主毫微微节点和从毫微微节点的发送功率可以相应改变。
在图15中示出了这种情况下的关闭过程。
当所有毫微微节点发射却没有用户驻留在任何毫微微蜂窝中时,所述从节点再次关闭。
由于没有必要保证服务的连续性,因为没有用户在所述毫微微蜂窝区域中,所以不需要功率平衡步骤。
关于算法,对于主毫微微节点和从毫微微节点PHIGH=PLOW,并且TOFF-ON为零。
3、标准基站或第III类型场景
前面的实施例涉及毫微微节点的实现,但这一概念可以应用于标准基站,所述标准基站包括高/中功率的宏蜂窝、微蜂窝和微微蜂窝。在这种情况下,它定义了基本覆盖蜂窝的第一层,与该蜂窝的第二层互补,为了扩充容积,在层与层之间具有较高的重叠。在人口密集的城市的部署通常在蜂窝之间存在大量的重叠以取得高的流量性能。所述第一基本覆盖蜂窝可以增加它的发射功率,用于增加覆盖区域,当不需要蜂窝容积时就将其关闭,反之亦然,当开启从属蜂窝为了增加部署容积时,可以降低其发射功率。标准基站场景与礼堂场景的操作呈现出许多相似之处。
在3GPP LTE的情况下,LTE基站(eNodeB)之间的通信是通过X2接口[1][21]实现的,X2接口支持例如基站之间的切换、干扰管理和为了节能开启/关闭eNodeB的功能,但为支持本发明应该扩展X2协议,以允许所需的协议和参数的传输。
在3GPP UMTS/HSPA情况下,所有基站构成由同样的无线网络控制器(RNC)控制的分层组,所述无线网络控制器(RNC)得到所有能够从所述NodeB获取的必要信息,而无需NodeB之间的通讯。所述RNC收集所有必要的信息,作出的决定,修改无线电功率值或开启/关闭构成分层组的eNodeB的无线部分。
需要在两种状态之间(SCS和OMCS)进行软过渡,以保证活动呼叫不受影响,并且从旧的服务蜂窝切换到覆盖移动通信定位的新的蜂窝。
如同毫微微蜂窝的情况,在这种情况下,状态的变化是基于所选择的决策参数(DP),该决策参数可以例如是组的负载或活动/休眠终端的数量等,所述算法的初始值由LTE O&M子系统发送。
最初,在低负载状态只有主基站开启,因为它能够覆盖整个区域的服务需求。主节点的发送功率设置为高值(PHIGH_MASTER)。
当负载超过开启阈值(Dp≥TH OFF-ON)时,所述开启程序由两个步骤完成:
第一步是以最小的的功率(PLOW_SLAVE)开启从基站,将所述主节点的传输功率保持在同一水平。
第二个步骤是功率平衡。在TON-OFF时间周期内,将主节点和从节点的发射功率都逐渐改变为最终值(对从节点是PHIGH,对主节点是PLOW)。
在此过渡期间,原先在主节点的覆盖区域并最终在从节点的覆盖区域的用户,能够从主蜂窝移动到从蜂窝,如果用户在空闲模式下所述移动通过重选,如果用户在活动模式下则所述移动通过切换。
这之后,可以对所述组应用任何其它的负载均衡程序,可以相应改变主节点和从节点的发射功率。图17中示出了这种情况下的开启程序。
当所有的蜂窝都发射,并且所述组的负载降低,并低于关闭阈值(DP<TH ON-OFF),再次关闭从蜂窝。
所述关闭过程由两个步骤完成:
-第一个步骤是功率平衡。在TOFF-ON时间周期内,主节点和从节点的发射功率都逐渐改变为最终值(对从节点是PLOW,对主节点是PHIGH)。
-第二个步骤是关闭所述基站。
在这种过渡期间,原先在主节点覆盖区域并最终在从节点覆盖区域的用户,可以从主蜂窝移动到从蜂窝,如果它们在空闲模式下所述移动通过重选,如果它们在活动模式下所述移动则通过切换。无论如何,在关闭之前,所述从蜂窝必须强制切换到具有活动呼叫用户的主蜂窝。在图11中示出了用于这种场景的关闭程序。
本发明的优点
本发明的主要优点,如其在本专利申请中的描述,当负载条件或用户的数量足够低时关闭在网络组中的任何不必要的毫微微节点或标准基站的无线发射,仅用一个位于适当位置的毫微微节点即可服务所述用户。
以这种方式,例如,能够降低办公楼中的平均干扰电平,因为在很多场合许多毫微微节点将不发射,于是所述活动的毫微微节点和宏节点层将承受较低的干扰,使其可能为客户提供更高的吞吐量。
另一方面,当发射的毫微微节点的数量大于当前的用户负载的需要,或是附近没有用户会导致不必要的能量消耗,如果实施本发明的关闭程序所能够减少述能量消耗。
来自于本发明的实施最显著的优势可以归纳为以下几点:
1、节能,因为只有主毫微微节点或基站在所有的时间开启(从节能的角度来看,一个在最大功率的毫微微节点优于多个在标称功率的毫微微节点)。
2、当关闭所述从属毫微微节点或基站,对其他的宏基站或毫微微节点的干扰最小化。
3、适应(适合)流量变化很大(忙时,热点)的环境。
4、无需外部元件(额外的接口,终端或设备)来开启和关闭从属毫微微节点。
5、在开启/关闭程序中保证了网络毫微微节点或基站之间的迁移。
就本发明节能的优点而言,很容易估计在一组能够关闭其从节点的RF子系统的毫微微节点中能够实现的节能百分比。例如对于一类特殊的毫微微节点具有下述的能量消耗:
具有关闭的RF子系统的毫微微节点:16.5W。
具有开启在标称值的RF子系统的毫微微节点:24W。
具有开启在最大值的RF子系统的毫微微节点:28W。
图19中示出了对于不同数量的从毫微微节点实现的能源节约。可以对标准的基站进行类似的研究。如图19所示,其节能是更高或更低取决于从属毫微微节点RF部分关闭的时间百分比。在这个例子中,当从属毫微微节点关闭RF部分时能量消耗的计算值是关闭RF子系统的从节点的消耗和在最大值的RF子系统的主节点的消耗的总和。同样的,当所有的毫微微节点活跃时能量耗消耗的参考值被计算作为在标称值的RF子系统的所有节点(主节点和从节点)的总和。
最后,重要的是要注意到,在本发明中提出的关闭机制专门针对有急剧上升流量高峰的场景,其中,只有在所述覆盖区被充分利用时(例如礼堂内的活动、商业展会基础设施覆盖时发生的活动等)全部毫微微节点保持运转才是合理的。
本领域技术人员可以在不脱离本发明所附权利要求中限定的范围的情况下引入对所描述的实施例进行改变和修改。
缩略语
3G            第三代蜂窝电话技术
3GPP          第三代合作伙伴计划
4G            第四代蜂窝电话技术
ADSL          非对称数字用户线
AGW           接入网关
CN            核心网
CPE           客户端设备
CSG           封闭用户组
DSL           数字用户线
eNB LTE       基站
FDD           频分双工
GPS           全球定位系统
HMS           H(e)NB管理系统
HNB           家庭节点B
HeNB          家庭演进节点B
HGW           家庭网关
HSDPA         高速下行分组接入
ICWMC         无线和移动通信国际会议
IP            网际协议
LAN           局域网
LTE           长期演进
OAM           操作、管理和维护
RAN           无线接入网络
RF            射频
SON           自组织网络
UE            用户设备
UMTS          通用移动电信系统
URSI          国际无线电科学联盟
WCNC          无线通信和网络会议
X2            eNB和HeNB之间的通讯接口
参考文献:
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Claims (22)

1.一种在无线接入节点网络部署中节省能量并最小化干扰电平的方法,所述方法包括开启和关闭所述无线接入节点网络部署的一个或多个无线接入节点的RF收发器,其特征在于,所述方法包括将所述无线接入节点网络部署布置为主/从配置,并自动执行所述开启和/或关闭,并被应用到所述无线接入节点网络部署的从无线接入节点。
2.根据权利要求1所述的方法,所述方法包括根据决策算法确定将要开启和/或关闭的从无线接入节点,并且开启和/或关闭所确定的从无线接入节点。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述将所述无线接入节点网络部署布置为主/从配置,包括为所述无线接入节点提供初始配置数据,所述初始配置数据包括下述元素中的至少一个:主节点标识、从节点标识列表、分层组ID、由所述决策算法处理的算法参数、或它们的组合。
4.根据权利要求2或3所述的方法,其中所述算法参数是下述中的至少一个:决策参数、决策参数类型、开启阈值、关闭阈值、高传输功率、低传输功率、开启时间、关闭时间,以及更新时间。
5.根据权利要求4所述的方法,包括通过所述主接入节点处理所述主/从无线接入节点的流量负载信息计算所述决策参数,所述信息由所述决策参数的类型所显示的类型决定。
6.根据权利要求5所述的方法,包括在所述主无线接入节点与每个所述从无线接入节点之间进行双向信息交换,至少用于:每个从无线接入节点将其流量信息发送给主无线接入节点,并且主无线接入节点将根据所接收的流量信息计算出的所述决策参数发送给从无线接入节点。
7.根据权利要求6所述的方法,其中发送给从接入节点的所述决策参数对于所有从无线接入节点是相同的。
8.根据权利要求6或7所述的方法,包括主无线接入节点在每个更新时间将更新请求发送到从无线接入节点,用于请求从无线接入节点发送其流量信息,并且重新计算决策参数。
9.根据权利要求4或8所述的方法,其中所述更新时间包括用于更新所述决策参数值的时间周期。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的方法,包括每个所述从无线接入节点使用所述决策算法将所接收的决策参数与所述关闭和开启阈值进行比较,如果所接收的决策参数比所述关闭阈值小则关闭从无线接入节点,如果所接收的决策参数比所述开启阈值大则开启从无线接入节点。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法,包括根据所述开启时间参数逐渐执行所述开启和/或根据所述关闭时间参数逐渐执行所述关闭。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法,还包括对所述主无线接入节点的传输功率进行控制。
13.根据引用权利要求4的权利要求12所述的方法,包括所述主无线接入节点使用所述决策算法将决策参数与所述关闭和开启阈值进行比较,如果决策参数比关闭阈值小,则将主无线接入节点的传输功率增加到所述高传输功率参数所显示的功率,并且如果决策参数比开启阈值大,则将主无线接入节点的传输功率减小到所述低传输功率参数所显示的功率。
14.根据权利要求13所述的方法,包括根据所述开启时间参数逐渐执行所述传输功率的增加和/或根据所述关闭时间参数逐渐执行所述传输功率的减小。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法,包括执行所述主无线接入节点的传输功率的控制和所述从无线接入节点的开启和/或关闭,以始终基本上覆盖相同的覆盖区域。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述无线接入节点是毫微微蜂窝节点。
17.一种用于节省能量并最小化干扰电平的无线接入节点网络部署系统,包括多个具有各自的能够开启和关闭的RF收发器的无线接入节点,其中所述系统的特征在于,所述无线接入节点根据主从配置来布置,并且所述系统包括用于自动执行所述开启和/或关闭的控制装置,并且被应用到所述无线接入节点网络部署系统的从无线接入节点。
18.根据权利要求17所述的无线接入节点网络部署系统,其中所述控制装置用于实现根据权利要求1至16中的任一项所述的方法。
19.一种无线接入节点网络部署系统,其中所述控制装置包括包含在执行所述决策算法的所述主无线接入节点中的第一处理装置,所述第一处理装置根据权利要求5至11中任一项所述的方法计算所述决策参数。
20.根据权利要求19所述的无线接入节点网络部署系统,其中所述第一处理装置也用于根据权利要求12至14中任一项所述的方法对所述主无线接入节点的传输功率进行控制。
21.根据权利要求19或20所述的无线接入节点网络部署系统,其中,所述控制装置包括包含在每个所述从无线接入节点中的第二处理装置,所述第二处理装置用于根据权利要求10或11所述的方法执行其RF收发器的所述开启和关闭。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的无线接入节点网络部署系统,还包括管理系统,该管理系统根据权利要求3所述的方法为无线接入节点提供初始配置数据。
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