CN104284399A - 一种异构蜂窝网络中用户接入方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异构蜂窝网络中用户接入方法及装置，包括：异构蜂窝网络用户接入状态初始化；当新服务请求用户请求接入基站时，计算新服务请求用户接入不同基站的加权频谱资源消耗；新服务请求用户接入加权频谱资源消耗值最小的基站。通过本发明提供的一种异构蜂窝网络中用户接入方法及装置，可以根据清洁可再生能源的可用量的动态变化，对新服务请求用户基于剩余频谱资源的情况选择接入基站。

Description

一种异构蜂窝网络中用户接入方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种异构蜂窝网络中用户接入方法。

背景技术

近年来，随着绿色通信受到越来越多的关注，网络运营商开始考虑使用可再生的清洁能源(如太阳能，风能等)给基站供电，来减少传统电网能源的消耗。

在蜂窝网络中，通过在基站中安装清洁能源能量收集装置，从而避免对电网供电的过分依赖。尽管使用清洁能源供电有利于节能减排并降低网络运营成本，但是这种供电模式无法直接用于传统蜂窝网络。这是因为传统蜂窝网络是由大功率的宏蜂窝基站组成，然而可再生的清洁能源能量本身会随着环境的变化而波动，具有随机性，所以清洁能源无法满足宏蜂窝基站的稳定且高功率的供电需求。

与传统蜂窝网络不同，在异构蜂窝网络中，各种微小区与宏小区叠加。微小区中的基站发射功率低覆盖范围小，大大降低了对能量的需求，因此清洁能源更有可能给微小区中的低功率基站供电。

由于清洁能源能量的随机性，现有传统电网供电的异构蜂窝网络中的用户接入方法不能直接应用在由清洁能源供电的异构蜂窝网络中。在清洁能源供电的异构蜂窝网络中，用户接入需要根据可用能源和网络负载的变化而做实时调整。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种异构蜂窝网络中用户接入方法及装置，其电动势的正弦性高，能够在高比功率的情况下实现低惯量、高转速以及短时峰值过载等性能指标。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种异构蜂窝网络中用户接入方法，包括：

异构蜂窝网络用户接入状态初始化；

当新服务请求用户请求接入基站时，计算所述新服务请求用户接入不同基站的加权频谱资源消耗；

所述新服务请求用户接入加权频谱资源消耗值最小的基站，即 $m^{*}=\arg \underset{m}{\min }\left({\mathrm{\Φ}}_m\right),$ 其中m∈{1，…，N_p}。

优选地，所述异构蜂窝网络用户接入状态初始化包括：

根据当前异构蜂窝网络接入用户的情况，计算所述不同基站已用频谱资源情况和剩余频谱资源 ${\mathrm{BSrest}}_m^k\left(t\right)=C_m^k-\mathrm{used}{\mathrm{BW}}_m^k\left(t\right),\∀m.$

优选地，所述当新服务请求用户请求接入基站时，计算所述新服务请求用户接入不同基站的加权频谱资源消耗包括：

当新服务请求用户要求接入时，依次询问每一个基站是否存在足够的频谱资源；

当询问到的基站具有足够的频谱资源来服务所述新服务请求用户时，即满足的基站为可用基站，并定义所述可用基站的加权资源消耗为已接入用户的加权频谱资源消耗与所述新服务请求用户的频谱资源消耗之和，即

当询问到的基站没有足够的频谱资源来服务所述新服务请求用户时，则为不可用基站，并且定义所述不可用基站的加权频谱资源消耗为正无穷大，即Φ_m＝+∞。

优选地，所述方法还包括：

若所述新服务请求用户选择所述不可用基站接入，则拒绝所述新服务请求用户接入基站的请求。

优选地，在所述新服务请求用户接入加权频谱资源消耗值最小的基站之后还包括：

更新所述新服务请求用户所接入的基站的可用频谱资源和已用频谱资源情况；

其中，所述可用频谱资源为所述已用频谱资源情况为 ${\mathrm{usedBW}}_{m^{*}}^k(t+1)={\mathrm{usedBW}}_{m^{*}}^k\left(t\right)+c_{m^{*}n}^k.$

一种异构蜂窝网络中用户接入装置，包括：

状态初始化模块，用于异构蜂窝网络用户接入状态初始化；

加权频谱资源消耗计算模块，用于当新服务请求用户请求接入基站时，计算所述新服务请求用户接入不同基站的加权频谱资源消耗；

基站连接模块，用于所述新服务请求用户接入加权频谱资源消耗值最小的基站。

优选地，所述状态初始化模块具体用于，根据当前异构蜂窝网络接入用户的情况，计算所述不同基站已用频谱资源情况和剩余频谱资源。

优选地，所述基站连接模块包括：

频谱资源询问模块，用于当新服务请求用户要求接入时，依次询问每一个基站是否存在足够的频谱资源；

加权资源消耗定义模块，用于当询问到的基站具有足够的频谱资源来服务所述新服务请求用户时，则为可用基站，并定义所述可用基站的加权资源消耗为已接入用户的加权频谱资源消耗与所述新服务请求用户的频谱资源消耗之和；当询问到的基站没有足够的频谱资源来服务所述新服务请求用户时，则为不可用基站，并且定义所述不可用基站的加权频谱资源消耗为正无穷大。

优选地，所述加权频谱资源消耗计算模块还包括：

拒绝接入基站请求模块，用于若所述新服务请求用户选择所述不可用基站接入，则拒绝所述新服务请求用户接入基站的请求。

所述装置还包括：更新频谱资源模块，用于在所述新服务请求用户接入加权频谱资源消耗值最小的基站之后，更新所述新服务请求用户所接入的基站的可用频谱资源和已用频谱资源情况。

通过本发明提供的一种异构蜂窝网络中用户接入方法及装置，可以根据清洁可再生能源的可用量的动态变化，对新服务请求用户基于剩余频谱资源的情况选择接入基站。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种清洁能源供电的异构蜂窝网络场景；

图2为本发明实施例一提供的一种异构蜂窝网络中用户接入方法的流程示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种异构蜂窝网络中用户接入装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

本发明实施例应用于L层的异构蜂窝网络，这里以两层的异构蜂窝网络中的下行传输为例(L＝2)，如图1所示。第一层假设为宏蜂窝小区(marcocell)，第二层为微微蜂窝小区(picocell),所有小区采用正交频分多址接入技术。我们考虑整个异构蜂窝网络地区有K个宏蜂窝小区，每个宏蜂窝小区有一个宏基站(表示为)，和Np个微微基站(表示为)，因而整个异构蜂窝网络总共包含K*N_p个微微基站。所有的基站都假设使用同样的频谱资源，即频率复用因子等于1。表示为第k个宏蜂窝小区覆盖范围内的第n个到达的新服务请求用户。用户有业务需要传输时将接入1个基站(一个时间只能接入一个基站)，如果网络忙则无法接入任何基站，即用户服务被网络拒绝。

在清洁能源供电的异构蜂窝网络场景中，假设每个基站只有从清洁能源收集能量装置得到供电。不同层的基站在能量收集速率方面有所不同，而能量收集速率决定了不同基站可以得到的传输功率。本发明将获得的清洁能源能量容量表示成

为了描述用户接入问题，我们定义用户接入矩阵X为

当连接到宏基站时，接收到的下行信号与干扰加噪声比为

当连接到微微基站时，接收到的下行信号与干扰加噪声比为

是的传输功率，基站收集能量的能力决定了基站的传输功率。

基于信号与干扰加噪声比的值，当连接到基站时，所需要的频谱资源块为

$c_{\mathrm{mn}}^k=f\left({\mathrm{\γ}}_{\mathrm{mn}}^k\right)=\frac{{\mathrm{\ψ}}_n^k}{{\log }_2\left({1+\mathrm{\γ}}_{\mathrm{mn}}^k\right)},m\∈\{0,\·\·\·,N_p\},---\left(2\right)$

其中为所需的数据速率。

公式2表明，用户接入某个基站时所需的频谱资源块与用户接收到的信号与干扰加噪声比有关，而信号与干扰加噪声比又与基站的传输功率有关；在清洁能源供电情况下，基站的传输功率又由基站收集能量的能力决定，所以基站收集能量的能力决定了用户接入该基站所需的频谱资源块，从而影响着用户所接入基站的确定。

首先，定义网络用户接入数目为所有接入网络用户数目的总和，即其中N_u为此刻一个宏蜂窝小区覆盖范围内所有的用户数量。

加权频谱资源消耗定义为接入网络用户总的加权频谱资源消耗，即其中是基站中频谱资源权重(相当于基站的频谱资源价格，不同权重值用于调节用户接入不同的BS)，这里我们定义因为拥有较大传输功率的基站更容易吸引更多的用户接入从而最先用尽自身频谱资源，我们通过这样的频谱资源定价方法鼓励更多的用户接入拥有较小传输功率的基站。

本发明目标是实现基站只有清洁能源供电的情况下最大化网络用户接入数目同时最小化频谱资源消耗，即：

$\begin{array}{c}\max G\left(x\right)=(1-\mathrm{\ω}){\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^{N_p}{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^{N_u}{x}_{\mathrm{mn}}^k-\mathrm{\ω}{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^{N_p}{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^{N_u}{\mathrm{\ρ}}_m^k{c}_{\mathrm{mn}}^k{x}_{\mathrm{mn}}^k\\ \begin{array}{cc}s.t.& {\mathrm{\Σ}}_{n=1}^{N_u}\end{array},c_{\mathrm{mn}}^k{x}_{\mathrm{mn}}^k\≤C_m^k,\∀m\∈\{0,\·\·\·,N_p\}\\ {\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{N_p}{x}_{\mathrm{mn}}^k=1\mathrm{or}0,\∀n\∈\{1,\·\·\·,N_u\}\\ x_{\mathrm{mn}}^k\∈\left\{\mathrm{0,1}\right\},\∀k\∈\{1,\·\·\·,K\},\end{array}---\left(3\right)$

其中，ω表明了网络用户接入数目和频谱资源消耗的相对影响因子(用于调节二者在优化目标中的权重比例)；为基站中最大可用频谱资源值。

基于上述内容，本发明实施例提供了一种异构蜂窝网络中用户接入方法，用以解决在清洁能源供电的异构蜂窝网络中，用户接入需要根据可用能源和网络负载的变化而做实时调整的问题。

实施例一

图2为本发明实施例提供的一种异构蜂窝网络中用户接入方法的流程示意图。

本发明实施例提供了一种异构蜂窝网络中用户接入方法如图2所示，包括以下步骤：

步骤S201，异构蜂窝网络用户接入状态初始化；

在步骤S201中，对异构蜂窝网络用户接入状态初始化，即根据网络现有接入用户的情况，计算不同基站已用频谱资源情况和剩余频谱资源情况 ${\mathrm{BSrest}}_m^k\left(t\right)=C_m^k-\mathrm{used}{\mathrm{BW}}_m^k\left(t\right),\∀m.$

步骤S202，当新服务请求用户请求接入基站时，计算新服务请求用户接入不同基站的加权频谱资源消耗；

在步骤S202中，新服务请求用户要求接入时，网络控制器计算该用户接入不同基站的加权频谱资源消耗的具体过程为：

每当新服务请求用户要求接入时，轮询每一个基站是否存在足够的频谱资源。对于基站m，m∈{1，…，N_p}，当此基站还有足够的频谱资源来服务此新服务请求用户时为可用基站，即满足的基站为可用基站，并且定义此基站的加权资源消耗为此基站已接入用户的加权频谱资源消耗与新服务请求用户频谱资源消耗之和，即反之，此基站为不可用基站，并且定义该基站的加权频谱资源消耗为正无穷大，即Φ_m＝+∞。

步骤S203，新服务请求用户接入加权频谱资源消耗值最小的基站。

在步骤S203中，新服务请求用户选择接入加权频谱资源消耗最少的基站的具体过程为：

新服务请求用户选择出加权频谱资源消耗值最小的基站即 $m^{*}=\arg \underset{m}{\min }\left({\mathrm{\Φ}}_m\right),$ 此基站的加权频谱资源消耗为 ${\mathrm{\Φ}}^{*}=\underset{m}{\min }\left({\mathrm{\Φ}}_m\right);$

只要选择出的基站的加权频谱资源消耗不是正无穷，即满足Φ_m≠+∞，该新服务请求用户则加入此基站；

如果选择出的基站的加权频谱资源消耗正无穷，即满足Φ_m＝+∞，则此新服务请求用户被网络拒绝，网络处于饱和状态。

本发明提供一优选实施例，在步骤S203之后还包括：更新新服务请求用户所接入的基站的可用频谱资源和已用频谱资源情况。

根据此新服务请求用户选择接入网络的结果，更新用户所接入的基站m^*的可用频谱资源，即和已用频谱资源情况，即为下一个新服务请求用户基站选择做准备。

通过本发明实施例提供的一种异构蜂窝网络中用户接入方法在清洁可再生能源供电的异构蜂窝网络中的自适应用户接入方法，来决定用户选择接入哪个基站的问题；并且为最大化用户接入数目并同时最小化无线资源消耗。该方法可以根据清洁可再生能源的可用量的动态变化，对新服务请求用户基于剩余频谱资源的情况选择接入基站。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种异构蜂窝网络中用户接入装置的结构示意图。

本发明实施例二提供了一种异构蜂窝网络中用户接入装置，如图3所示，包括：状态初始化模块31、加权频谱资源消耗计算模块32和基站连接模块33。

状态初始化模块31，用于异构蜂窝网络用户接入状态初始化；

加权频谱资源消耗计算模块32，用于当新服务请求用户请求接入基站时，计算所述新服务请求用户接入不同基站的加权频谱资源消耗；

基站连接模块33，用于所述新服务请求用户接入加权频谱资源消耗值最小的基站。

所述状态初始化模块31具体用于，根据当前异构蜂窝网络接入用户的情况，计算所述不同基站已用频谱资源情况和剩余频谱资源。

所述加权频谱资源消耗计算模块32包括：

频谱资源询问模块321，用于当新服务请求用户要求接入时，依次询问每一个基站是否存在足够的频谱资源；

加权资源消耗定义模块322，用于当询问到的基站具有足够的频谱资源来服务所述新服务请求用户时，则为可用基站，并定义所述可用基站的加权资源消耗为已接入用户的加权频谱资源消耗与所述新服务请求用户的频谱资源消耗之和；当询问到的基站没有足够的频谱资源来服务所述新服务请求用户时，则为不可用基站，并且定义所述不可用基站的加权频谱资源消耗为正无穷大。

优选地，所述基站连接模块33还包括：拒绝接入基站请求模块331，用于若所述新服务请求用户选择所述不可用基站接入，则拒绝所述新服务请求用户接入基站的请求。

本发明实施例二提供的异构蜂窝网络中用户接入装置还包括：更新频谱资源模块34，用于在所述新服务请求用户接入加权频谱资源消耗值最小的基站之后，更新所述新服务请求用户所接入的基站的可用频谱资源和已用频谱资源情况。

本发明实施例二提供了一种异构蜂窝网络中用户接入装置在清洁可再生能源供电的异构蜂窝网络中的自适应用户接入方法，来决定用户选择接入哪个基站的问题；并且为最大化用户接入数目并同时最小化无线资源消耗。该方法可以根据清洁可再生能源的可用量的动态变化，对新服务请求用户基于剩余频谱资源的情况选择接入基站。

请注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种异构蜂窝网络中用户接入方法，其特征在于,包括：

异构蜂窝网络用户接入状态初始化；

当新服务请求用户请求接入基站时，计算所述新服务请求用户接入不同基站的加权频谱资源消耗；

所述新服务请求用户接入加权频谱资源消耗值最小的基站，即 $m^{*}=\arg \underset{m}{\min }\left({\mathrm{\Φ}}_m\right),$ 其中m∈{1，…，N_p}。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述异构蜂窝网络用户接入状态初始化包括：

根据当前异构蜂窝网络接入用户的情况，计算所述不同基站已用频谱资源情况 $\mathrm{usedB}{W}_m^k\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=1}^{N_u}{c}_{\mathrm{mm}}^k{x}_{\mathrm{mm}}^k,\∀m$ 和剩余频谱资源 ${\mathrm{BSrest}}_m^k\left(t\right)=C_m^k-{\mathrm{usedBW}}_m^k\left(t\right),\∀m.$

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述当新服务请求用户请求接入基站时，计算所述新服务请求用户接入不同基站的加权频谱资源消耗包括：

当新服务请求用户要求接入时，依次询问每一个基站是否存在足够的频谱资源；

当询问到的基站具有足够的频谱资源来服务所述新服务请求用户时，即满足的基站为可用基站，并定义所述可用基站的加权资源消耗为已接入用户的加权频谱资源消耗与所述新服务请求用户的频谱资源消耗之和，即

当询问到的基站没有足够的频谱资源来服务所述新服务请求用户时，则为不可用基站，并且定义所述不可用基站的加权频谱资源消耗为正无穷大，即Φ_m＝+∞。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于,还包括：

若所述新服务请求用户选择所述不可用基站接入，则拒绝所述新服务请求用户接入基站的请求。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,在所述新服务请求用户接入加权频谱资源消耗值最小的基站之后还包括：

更新所述新服务请求用户所接入的基站的可用频谱资源和已用频谱资源情况；

其中，所述可用频谱资源为 ${\mathrm{BSrest}}_{m^{*}}^k(t+1)={\mathrm{BSrest}}_{m^{*}}^k\left(t\right)-c_{m^{*}n}^k,$ 所述已用频谱资源情况为 ${\mathrm{usedBW}}_{m^{*}}^k(t+1)={\mathrm{usedBW}}_{m^{*}}^k\left(t\right)+c_{m^{*}n}^k.$

6.一种异构蜂窝网络中用户接入装置，其特征在于,包括：

状态初始化模块，用于异构蜂窝网络用户接入状态初始化；

加权频谱资源消耗计算模块，用于当新服务请求用户请求接入基站时，计算所述新服务请求用户接入不同基站的加权频谱资源消耗；

基站连接模块，用于所述新服务请求用户接入加权频谱资源消耗值最小的基站。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于,所述状态初始化模块具体用于，根据当前异构蜂窝网络接入用户的情况，计算所述不同基站已用频谱资源情况和剩余频谱资源。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于,所述加权频谱资源消耗计算模块包括：

频谱资源询问模块，用于当新服务请求用户要求接入时，依次询问每一个基站是否存在足够的频谱资源；

加权资源消耗定义模块，用于当询问到的基站具有足够的频谱资源来服务所述新服务请求用户时，则为可用基站，并定义所述可用基站的加权资源消耗为已接入用户的加权频谱资源消耗与所述新服务请求用户的频谱资源消耗之和；当询问到的基站没有足够的频谱资源来服务所述新服务请求用户时，则为不可用基站，并且定义所述不可用基站的加权频谱资源消耗为正无穷大。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于,所述基站连接模块还包括：

拒绝接入基站请求模块，用于若所述新服务请求用户选择所述不可用基站接入，则拒绝所述新服务请求用户接入基站的请求。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于,还包括：更新频谱资源模块，用于在所述新服务请求用户接入加权频谱资源消耗值最小的基站之后，更新所述新服务请求用户所接入的基站的可用频谱资源和已用频谱资源情况。