CN103906075B - 基于可再生能源供能基站有效覆盖范围选择方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于可再生能源供能基站有效范围选择方法，包括：S1：计算可再生能源供能基站的有效覆盖面积；S2：根据可再生能源供能基站的有效覆盖面积选择可再生能源供能基站的覆盖范围。本发明将可再生能源供能基站覆盖范围和网络能量可持续性分别作为静态和动态的系统性能衡量标准，考虑可再生能源供能基站能量获取和消耗的不确定性，以联合优化基站覆盖范围和网络能量可持续性为目标制定基站覆盖范围调整方案，提高了能量利用效率并动态适应可再生能源的不确定性。本发明还公开了一种基于可再生能源供能基站有效范围选择系统。

Description

基于可再生能源供能基站有效覆盖范围选择方法与系统

技术领域

本发明涉及计算机通信技术领域，尤其涉及一种基于可再生能源供能基站有效覆盖范围选择方法与系统。

背景技术

无线宽带网络与智能终端的飞速发展，使得无线多媒体数据业务成为无线宽带网络的主流业务，所占数据业务比例超过60%。但是，无线宽带覆盖与多媒体数据业务量飞速增长的同时，无线通信也成为信息通信产业中能耗增长速度最快的领域。通信网运行过程中的巨大能耗，不仅给环境造成了污染，同时也给企业带来了高昂的运营成本。因此，绿色化将成为今后通信行业发展的必然趋势。由于基站耗能在通信网络运行中占据很大的比重，如何在适应基站多元能量源不确定性的同时，满足对小区移动终端的良好覆盖，减少基站的能量消耗，并保证整个网络基站能量供应的可持续性成为亟待解决的问题。

随着我国信息化建设的加速推进以及互联网、云计算、移动互联网等新技术新业务的蓬勃发展，通信网络规模快速扩张,通信业能源消耗呈现快速增长态势,其能源消耗占全国能源消耗的比重和对全社会的影响逐年增加。为提高资源能源利用效率，构建绿色通信网络，全面实现通信业“十二五”节能减排目标任务，工信部发布了《工业和信息化部关于进一步加强通信业节能减排工作的指导意见》，制定了节能主要目标，包括到2015年末，通信网全面应用节能减排技术，初步达到国际通信业能耗可比先进水平，实现单位电信业务总量综合能耗较2010年底下降10%；促进社会节能减排量达到通信业自身能耗排放量的5倍以上；电信基础设施共建共享全面推进，数量上有提高、范围上有拓展、模式上有创新；新能源和可再生能源应用比例逐年提高。

针对绿色无线通信网络，国内外已有很多研究，主要集中于降低无线通信网络能量消耗、提高能量利用效率的技术，探索部署效率、频谱效率与能量效率的基本权衡关系。但是通信业能耗降低基础管理比较薄弱，能耗统计体系、监测管理体系和市场节能机制有待完善和提升，绿色发展任务艰巨，节能减排面临较大挑战。

从整个通信网络的能耗分布来看，在通信网络运行中，基站设备的能耗也占到了很大比重。中国目前有超过百万个通信基站，其主设备以及配套的空调和供电能耗每年耗电量超过上百亿度，占据了通信行业大部分电力消耗。因此，开展基站节能降耗也是通信绿色发展中一个迫切需要解决的问题。近年来，可再生能源技术的发展为基站的节能减排提供了新的解决思路。随着太阳能、风能产业及产品的日趋成熟，通信行业已经具备了大规模应用可再生能源的技术条件。特别是小型化和模块化的太阳能极板，小型风力发电机，尤其适用于中小规模的通信基站负荷，成为完全或部分替代市电供电的最佳选择。根据实际自然环境与条件，将多种可再生能源技术单独或者与电网联合为移动通信基站提供通信能量，将构成面向能量多元化的无线通信网络。然而，将可再生能源引入无线通信网络中依然存在很多问题和挑战。例如，由于可再生能源的能量获取和消耗具有不确定性，同时能量的消耗也受无线通信网络的覆盖范围的影响，如何充分利用可再生能源合理调整基站的覆盖范围无线接入网基站部署的关键问题。

现有的技术方案中，无线网络的资源管理和基站覆盖优化问题大多针对采用固定电网供电的基站进行研究，以单一化的恒定能量源为前提条件。动态调整覆盖范围的方法主要有小区呼吸、无定形小区两种。文献提出“小区呼吸”的概念，指动态地调整小区的覆盖半径，即在活跃用户减少时减小覆盖半径以减小发射功率达到节能的目的。动态调整覆盖范围的方法主要有小区呼吸、无定形小区两种。无定形小区是指用户动态地选择可用的接入点，综合信道条件传输距离等因素选择能量消耗小的接入点进行接入。无定形小区方式和小区呼吸方式相比更更能保证业务请求得到及时的满足，但是无定形小区方式打破了蜂窝小区的结构在干扰管理方面存在巨大挑战、管理复杂度大大提升。由于宏蜂窝可以保证覆盖、小型蜂窝主要用于扩容，为减少管理复杂度，本课题选取小区呼吸的方式调整无线接入点的覆盖范围。

专利“一种动态调整基站覆盖的方法及系统”设计了一种根据设置的覆盖区域中当前的话务级别调整覆盖区域中各个基站的覆盖的方法。专利“基站覆盖范围调整方法、装置及系统”提供一种基站覆盖范围调整方法、装置及系统。现有技术在调整基站覆盖范围时主要考虑覆盖区域中当前的话务级别、扇区的吞吐率等参数，进而对扇区的天线下倾角或天线发射功率进行覆盖范围的调整。若扇区的吞吐率大于或等于重负载门限，则根据终端在切换时向扇区上报的信号质量数据以及预先存储的参考数据表，获得用于调整扇区的天线下倾角或天线发射功率的步长值；向扇区所属的基站发送携带有步长值的第一调整指令，以供基站在接收到第一调整指令之后，根据步长值对扇区的天线下倾角或天线发射功率进行调整，以使基站的覆盖范围得到调整，使得基站能够保持与相邻基站之间的覆盖重叠区域的大小，使位于覆盖重叠区域内的终端能够进行正常的语音和数据业务，减少切换不成功或者乒乓切换情况的发生，提高终端在覆盖重叠区域内的通信质量。

现有技术的缺点是这些节能技术都只针对市网供电的蜂窝网络，探讨基站在传统固定能源的支持下如何减少能量的消耗，忽视了对可再生能源供能基站的研究与分析。在可再生能源供能基站存在的无线通信网中，能量来源多元化，可再生能源的能量状态受空间、时间影响，具有不确定性；另外，无线通信网络的异构化，广泛部署小型蜂窝以满足扩充小区容量的需求，但同时存在冗余部署和能量浪费。而在小区覆盖范围的调整技术只注重实时性能标准（如当前话务量、扇区吞吐量等），欠缺对基站服务可持续性的考虑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何充分利用可再生能源合理调整基站的覆盖范围无线接入网基站部署的关键问题。

为此目的，本发明提出了一种基于可再生能源供能基站有效范围选择方法，包括具体以下步骤：

S1：计算可再生能源供能基站的有效覆盖面积；

S2：根据可再生能源供能基站的有效覆盖面积选择可再生能源供能基站的覆盖范围。

进一步地，所述步骤S1进一步包括：

S11：计算所述可再生能源供能基站的覆盖范围；

S12：判定所述可再生能源供能基站提供的服务类型；

S13：根据所述服务类型，计算服务中断概率；

S14：根据所述覆盖范围和所述服务中断概率计算所述可再生能源供能基站使用不同候选发射功率时的所述有效覆盖面积。

具体地，所述可再生能源供能基站的所述服务类型有不可中断类型和可中断类型。

进一步地，所述步骤S13进一步地包括：

S131：若所述服务类型为所述不可中断类型，计算所述服务中断概率

其中，μ_a为可再生能源供能基站获取能量的速率均值，μ_c为可再生能源供能基站消耗能量的速率均值，ν_a为可再生能源供能基站获取单位能量所需时间的方差，ε为可再生能源供能基站所需最小储能门限，x₀为可再生能源供能基站初始储能；

S132：若所述服务类型为所述可中断类型，计算所述服务中断概率其中，P₀为电路上的能量消耗、η为射频放大器的效率。μ_a为可再生能源供能基站获取能量的速率均值。

为此目的，本发明还提出了一种基于可再生能源供能基站有效范围选择系统，包括：

信息输入模块，用于获得可再生能源供能基站覆盖范围选择所需的数据信息；

影响因素计算模块，用于计算影响所述可再生能源供能基站所述有效覆盖面积的因素；

有效覆盖面积计算模块，用于根据影响所述可再生能源供能基站所述有效覆盖面积的因素确定所述有效覆盖面积。

具体地，所述影响所述可再生能源供能基站所述覆盖面积的因素包括：所述可再生能源供能基站能量获取过程特性、所述可再生能源供能基站能量消耗过程特性、能源储存现状及需求和/或候选发射功率。

进一步地，还包括：

基站覆盖范围选择方案确定模块，用于根据比较使用不同所述候选发射功率时所述有效覆盖面积，确定所述可再生能源功能基站的所述覆盖范围。

具体地，所述影响因素计算模块还包括：

覆盖范围计算单元，用于计算所述可再生能源供能基站的覆盖范围；

基站服务类型判断单元，用于判定所述可再生能源供能基站提供的服务类型；

服务中断概率计算单元，用于当所述服务类型为所述不可中断类型，计算服务中 断概率

其中，μ_a为可再生能源供能基站获取能量的速率均值，μ_c为可再生能源供能基站消耗能量的速率均值，ν_a为可再生能源供能基站获取单位能量所需时间的方差，ε为可再生能源供能基站所需最小储能门限，x₀为可再生能源供能基站初始储能，当所述服务类型为所述可中断类型，计算所述服务中断概率

其中，P₀为电路上的能量消耗、η为射频放大器的效率，μ_a为可再生能源供能基站获取能量的速率均值。

通过采用本发明所公开一种基于可再生能源供能基站有效覆盖范围选择方法，通过将可再生能源供能基站覆盖范围和网络能量可持续性分别作为静态和动态的系统性能衡量标准，考虑可再生能源供能基站能量获取和消耗的不确定性，以联合优化基站覆盖范围和网络能量可持续性为目标制定基站覆盖范围调整方案，提高了能量利用效率和动态适应可再生能源的确定性。本发明还公开了一种基于可再生能源供能基站有效范围选择系统。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明实施例中的一种基于可再生能源供能基站有效范围选择方法的步骤流程图；

图2示出了本发明实施例中的一种基于可再生能源供能基站有效范围选择系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种基于可再生能源供能基站有效覆盖范围选择方法，包括具体以下步骤：

步骤S1：计算可再生能源供能基站的有效覆盖面积。

进一步地，步骤S1进一步包括：

步骤S11：计算可再生能源供能基站的覆盖范围。

其中，P_t为基站的发射功率，R_min为最小速率门限，K为损耗因子，M为基站可使用的链路个数，N₀为高斯白噪声的功率，W为每条链路的带宽。

步骤S12：判定可再生能源供能基站提供的服务类型。其中，可再生能源供能基站的服务类型有不可中断类型和可中断类型。

步骤S13：根据服务类型，计算服务中断概率。

具体地，步骤S131：若所述服务类型为所述不可中断类型，计算所述服务中断概率

其中，μ_a为可再生能源供能基站获取能量的速率均值，μ_c为可再生能源供能基站消耗能量的速率均值，ν_a为可再生能源供能基站获取单位能量所需时间的方差，ε为可再生能源供能基站所需最小储能门限，x₀为可再生能源供能基站初始储能。

步骤S132：若服务类型为可中断类型，计算服务中断概率。

其中，P₀为电路上的能量消耗、η为射频放大器的效率。μ_a为可再生能源供能基站获取能量的速率均值。

步骤S14：根据覆盖范围和服务中断概率计算可再生能源供能基站使用不同候选发射功率时的有效覆盖面积，即S=A·P_out。

本发明公开的一种基于可再生能源供能基站有效覆盖面积计算方法。首先，需要确定基站提供的服务类型为不可中断类型的服务或可中断类型的服务；其次，根据基站提供的服务类型获取影响基站覆盖范围的参数，可能包括可再生能源供能基站能量获取和消耗过程的特性、能量储存现状与需求和候选发射功率等；最后，计算基站使用候选发射功率时的有效覆盖面积。

步骤S11-步骤S14计算得到有效覆盖面积这一参数，综合考虑了可再生能源供能基站的覆盖范围和提供服务的可持续性。

步骤S2：根据可再生能源供能基站的有效覆盖面积选择可再生能源供能基站的覆盖范围。

具体地，可再生能源供能基站的有效覆盖范围的计算是决定各划分方案性能优劣的重要依据。有效覆盖范围是覆盖范围和服务中断概率的乘积，覆盖范围和服务中断概率都由基站发射功率决定。基站发射功率越大，覆盖范围越大，可以为更大区域内的用户提供服务，但同时服务中断概率也越大，服务的可持续性就越小。综上所述，有效覆盖范围均衡了可再生能源供能基站的覆盖范围和提供服务的可持续性。

如图2所示，本发明提供了一种基于可再生能源供能基站有效范围选择系统10，包括：信息输入模块101、影响因素计算模块102以及有效覆盖面积计算模块103。

具体地，信息输入模块101用于获得可再生能源供能基站覆盖范围选择所需的数据信息；影响因素计算模块102用于计算影响可再生能源供能基站有效覆盖面积的因素；有效覆盖面积计算模块103用于根据影响可再生能源供能基站有效覆盖面积的因素确定有效覆盖面积。其中，影响可再生能源供能基站覆盖面积的因素包括：可再生能源供能基站能量获取过程特性、可再生能源供能基站能量消耗过程特性、能源储存现状及需求和/或候选发射功率。

进一步地，影响因素计算模块102还包括：覆盖范围计算单元，用于计算可再生能源供能基站的覆盖范围。

基站服务类型判断单元，用于判定可再生能源供能基站提供的服务类型。

服务中断概率计算单元，用于当服务类型为不可中断类型，计算服务中断概率

其中，μ_a为可再生能源供能基站获取能量的速率均值，μ_c为可再生能源供能基站消 耗能量的速率均值，ν_a为可再生能源供能基站获取单位能量所需时间的方差，ε为可再生能 源供能基站所需最小储能门限，x0为可再生能源供能基站初始储能，当服务类型为可中断 类型，计算服务中断概率

其中，P₀为电路上的能量消耗、η为射频放大器的效率，μ_a为可再生能源供能基站获取能量的速率均值。

进一步地，本发明提供了一种基于可再生能源供能基站有效范围选择系统10，还包括基站覆盖范围选择方案确定模块104，用于根据比较使用不同候选发射功率时有效覆盖面积，确定可再生能源功能基站的覆盖范围。

具体地，本发明提出了一种基于可再生能源供能基站有效覆盖范围选择方法与系统，重点考虑再生能源供能基站的覆盖范围和提供服务的可持续性。包括：可再生能源供能基站的覆盖范围选择方案、可再生能源供能基站的有效覆盖范围计算方法、可再生能源供能基站的覆盖范围选择系统。在保证移动终端服务质量要求的条件下，确保再生能源供能基站的覆盖范围和提供服务的可持续性之间的均衡性。

进一步地，本发明提出的一种基于可再生能源供能基站有效覆盖范围选择方法，已经针对3GPP标准中制定的场景进行了方法的仿真模拟，证明本方案可以得到服务可持续性与小区覆盖范围的关系、可再生能源供能基站的有效覆盖范围。仿真结果显示本方案下可再生能源供能基站的有效覆盖范围优于现有技术，证明了本方案可以有效的均衡基站覆盖范围和服务可持续性。

通过采用本发明所公开一种基于可再生能源供能基站有效范围选择方法，通过将可再生能源供能基站覆盖范围和网络能量可持续性分别作为静态和动态的系统性能衡量标准，考虑可再生能源供能基站能量获取和消耗的不确定性，以联合优化基站覆盖范围和网络能量可持续性为目标制定基站覆盖范围调整方案，提高了能量利用效率和动态适应可再生能源的确定性。本发明还公开了一种基于可再生能源供能基站有效范围选择系统。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (4)

1.一种基于可再生能源供能基站有效覆盖范围选择方法，其特征在于，包括具体以下步骤：

S1：计算可再生能源供能基站的有效覆盖面积；所述步骤S1进一步包括：

S11：计算所述可再生能源供能基站的覆盖范围；

S12：判定所述可再生能源供能基站提供的服务类型；

S13：根据所述服务类型，计算服务中断概率，所述服务类型有不可中断类型和可中断类型；所述步骤S13进一步地包括：

S131：若所述服务类型为所述不可中断类型，计算所述服务中断概率

其中，μ_a为可再生能源供能基站获取能量的速率均值，μ_c为可再生能源供能基站消耗能量的速率均值，ν_a为可再生能源供能基站获取单位能量所需时间的方差，ε为可再生能源供能基站所需最小储能门限，x₀为可再生能源供能基站初始储能；

S132：若所述服务类型为所述可中断类型，计算所述服务中断概率其中，P₀为电路上的能量消耗、η为射频放大器的效率、μ_a为可再生能源供能基站获取能量的速率均值；

S14：根据所述覆盖范围和所述服务中断概率计算所述可再生能源供能基站使用不同候选发射功率时的所述有效覆盖面积；

S2：根据可再生能源供能基站的有效覆盖面积选择可再生能源供能基站的覆盖范围。

2.一种基于可再生能源供能基站有效覆盖范围选择系统，其特征在于，包括：

信息输入模块，用于获得可再生能源供能基站覆盖范围选择所需的数据信息；

影响因素计算模块，用于计算影响所述可再生能源供能基站所述有效覆盖面积的因素；所述影响因素计算模块还包括：

覆盖范围计算单元，用于计算所述可再生能源供能基站的覆盖范围；

基站服务类型判断单元，用于判定所述可再生能源供能基站提供的服务类型；

服务中断概率计算单元，用于当所述服务类型为不可中断类型，计算服务中断概率

其中，μ_a为可再生能源供能基站获取能量的速率均值，μ_c为可再生能源供能基站消耗能量的速率均值，ν_a为可再生能源供能基站获取单位能量所需时间的方差，ε为可再生能源供能基站所需最小储能门限，x₀为可再生能源供能基站初始储能，当所述服务类型为所述可中断类型，计算所述服务中断概率

其中，P₀为电路上的能量消耗、η为射频放大器的效率，μ_a为可再生能源供能基站获取能量的速率均值；

有效覆盖面积计算模块，用于根据影响所述可再生能源供能基站所述有效覆盖面积的因素确定所述有效覆盖面积。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述影响所述可再生能源供能基站所述覆盖面积的因素包括：所述可再生能源供能基站能量获取过程特性、所述可再生能源供能基站能量消耗过程特性、能源储存现状及需求和/或候选发射功率。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：

基站覆盖范围选择方案确定模块，用于根据比较使用不同候选发射功率时所述有效覆盖面积，确定所述可再生能源功能基站的所述覆盖范围。