CN104469830A - 异构网络多基站节能管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异构网络多基站节能管理方法，包括：S1，网络处于正常工作状态进入步骤S2，网络处于节能工作状态进入步骤S4；S2，获取微基站的业务参数，若满足睡眠条件，则进入睡眠状态，将用户切换至相邻且能容纳剩余业务量的其他基站；S3，获取宏基站的业务参数，若满足睡眠条件，则进入睡眠状态，通过邻且能容纳剩余业务量的其他基站进行协同补偿，进入步骤S6；S4，获取每个基站业务参数，若满足环形条件，则进入步骤S5，否则，进入步骤S6；S5，开启网络中处于睡眠状态的基站；S6，对对目标宏基站进行协同补偿的其他基站的发射功率进行优化调整。可以确保网络通信业务服务柔性覆盖，维持用户信号质量，减少网络多重覆盖和网络恢复复杂度。

Description

异构网络多基站节能管理方法

技术领域

本发明涉及统计技术领域，具体而言，涉及一种异构网络多基站节能管理方法。

背景技术

由于无线接入节点的容量均按照峰值业务量设定，当网络处于低业务量时会导致大量的资源浪费，增加了运营成本，因此提升无线接入节点的能效，采用优化的功能机制具有十分重要的现实意义。3GPP针对无线通信网的基站节能，在SON用例中提出了节能管理的概念，用于降低无线接入网的能耗。在学术界，当前对无线网络节能补偿管理已经有了许多研究。普遍节能方法为依据业务量的变化来关闭/开启基站，而对关闭基站形成的区域的补偿方主要有调节基站发射功率，天线倾角等。

作为新一代移动通信体制，LTE/LTE-A采用了MIMO，OFDMA等先进技术，而无线通信网也逐渐向多层级，动态化，异构化、自主化发展。这些特点对节能管理提出了新的要求。LTE蜂窝网中基站的部署方式使得拓扑功能大幅增强。在人员密集，业务量较高的区域搭设简易的小型基站，例如商场，街角，车站等室内室外场景。但是，部署太多小型基站会降低宏基站效率，而业务负载下降时又不能有效地降低宏基站的功率消耗。不断增强的基站间干扰也会影响用户的信号服务质量。

绿色蜂窝网络的概念(green cellular networks)被网络运营商们和一些标准化组织，例如3GPP和ITU先后提出更好的规划网络配置。网络的“绿色”(green)过程被划分为三种。第一种是设计合理的通信网络基站布局。在异构网络中，运营商应该投入更多的精力研究基站放置位置，基站种类的搭配，考虑相互间干扰影响等因素。这也是后续网络管理的基础。第二种是依据网络中业务量变化，动态的开关或睡眠基站。第三种是依据网络环境(例如，干扰，业务量，基站负载)调整基站发射功率或天线倾角来控制覆盖范围。另外，3PGG标准提出的SONs可以被添加为第四种绿色网络管理的概念：由于业务量变化一般成周期性，自主管理网络可以大大降低人工成本。

由于随机的地理环境(random topology)和特殊的建筑约束，异构网络的部署复杂性高。在节能过程中保证良好稳定的服务和最大化的节能效率是此研究的难点所在。本发明提出的区域自组织节能优化机制涵盖了区域业务量分析(Traffic profile)，睡眠机制(Sleeppattern)，用户接入方案(Users roaming policy)和覆盖补偿最优化方法(Coverage compensation method)。整个管理机制考虑了异构网络的节能过程复杂度和恢复过程复杂度。因为节能过程的执行都是由业务量变化自动触发的，无需人工操作，很大程度降低了CAPEX和OPEX。

现有技术中主要存在以下几种通信系统的节能方法：

1、一种无线通信系统的节能方法，针对无线通信系统部署中基站间的覆盖范围不相互重叠的场景。考虑到无线通信系统不是时刻处于满负荷运转状态，基站的载波很多时间都处于空闲状态，在节能的过程中我们根据基站的负载的变化动态的开启/关闭某一载波，节约基站在该载波上的能耗，从而达到低碳节能的目的。该发明不能面对当下异构网络中的节能执行，且不包含完成节能动作后的补偿执行方法，无法提供用户稳定的信号质量。

2、一种异构网络节能通信的干扰协调方法，其操作步骤为：(1)异构同频组网时，预先设置保护区域和干扰区域，并将引起能量损耗的同频干扰集中于干扰区域内；(2)确定小基站能耗模型；(3)确定宏基站和小基站各自的节能方程；(4)确定设置的小基站总个数及其覆盖范围；(5)根据上述步骤得到的设置的小基站总个数及其覆盖范围的最优参数值，对现有异构网络进行合理配置。本发明方法创新特点是：将感知技术、基站功率控制技术和分布式优化技术相互结合，在保证边缘用户服务质量和小区边缘用户吞吐量这两个主要通信指标的前提下，有效减少了在异构网络模式下的干扰冲突，实现系统的能效最大、能耗最少的最优化目标。该发明主要针对异构环境下的干扰冲突，尽可能达到节能目的，但并没有对动态业务量的异构网络，大小基站协作过程进行分析，不能满足基站协同节能以及后续补偿的执行操作。

3、一种基于异构蜂窝无线网络的节能方法及其实现结构。所述方法通过蜂窝小区动态打开与关闭实现，包括如下步骤：(1)基础小区基站确定辅助小区状态信息；(2)判断辅助小区是否处于睡眠状态，若是执行步骤(3)，否则执行步骤(4)；(3)基础小区基站作小区唤醒判决，当基础小区负载超过系统负载阈值时向辅助小区发送小区唤醒呼叫指令，激活辅助小区处理用户接入请求；(4)辅助小区基站作小区关闭判决，选择性地关闭辅助小区，向基础小区发送小区关闭指令，表明基于节省网络能量目的关闭辅助小区，基础小区基站处理用户接入请求。该方法是通过开关小区基站从而实现蜂窝小区的节能，当面对更加复杂的网络拓扑，很难提供全区域覆盖和最低干扰，很难执行区域的覆盖补偿。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，如何确保网络通信业务服务柔性覆盖，维持正常用户信号质量，减少网络多重覆盖，提高节能效率约，在保持区域网络服务稳定的前提下，具有较低的网络恢复复杂度。

为此目的，本发明提出了一种异构网络多基站节能管理方法，包括：S1，检测网络工作状态，若处于正常工作状态，则进入步骤S2，若处于节能工作状态，则进入步骤S4；S2，获取网络中每个微基站的业务参数，若目标微基站的业务量小于第一节能阈值，且业务时间大于第一时间阈值，则控制所述目标微基站进入睡眠状态，将属于所述目标微基站的用户切换至与所述目标微基站相邻，且能容纳所述目标微基站剩余业务量的其他基站；S3，获取网络中每个宏基站的业务参数，若目标宏基站的业务量小于所述第一节能阈值，且业务时间大于所述缓冲时间阈值，则控制所述目标宏基站进入睡眠状态，通过与所述目标宏基站相邻且能容纳所述目标宏基站剩余业务量的其他基站对所述目标宏基站进行协同补偿，进入步骤S6；S4，获取网络中每个微基站和宏基站的业务参数，若存在目标基站的业务量大于第二节能阈值，且业务时间大于第一时间阈值，则进入步骤S5，否则，通过与所述目标基站相邻且能容纳所述目标基站剩余业务量的其他基站对所述目标宏基站进行协同补偿，进入步骤S6；S5，开启网络中处于睡眠状态的基站；S6，对对所述目标宏基站进行协同补偿的其他基站的发射功率进行优化调整，使其他基站的发射功率总值最小。

优选地，所述步骤S2还包括：在所述其他基站中确定业务量小于第一节能阈值，且业务时间大于第一时间阈值的可切换基站，若所述可切换基站中存在可切换微基站和可切换宏基站，则将所述目标微基站的用户切换至所述可切换微基站中负载最低的微基站，若所述可切换基站中只存在可切换微基站，则将所述目标微基站的用户切换至所述可切换微基站中负载最低的微基站，若所述可切换基站中只存在可切换宏基站，则将所述目标微基站的用户切换至所述可切换宏基站中负载最低的宏基站，若所述其他基站中不存在业务量小于第一节能阈值，且业务时间大于第一时间阈值的可切换基站，则在所述其他进展的相邻基站中查询能容纳所述目标微基站剩余业务量，且业务量小于第一节能阈值，业务时间大于第一时间阈值的其他相邻基站。

优选地，所述步骤S3包括：对进入睡眠状态的目标宏基站进行标记，在所述网络的通信周期内，当被标记过的宏基站再次进入睡眠状态时，发出提示信息。

优选地，所述步骤S5包括：根据基站的优先级开启基站，其中，宏基站的优先级高于微基站的优先级。

优选地，同类型的基站中，业务量偏离值越大的基站优先级越高。

优选地，所述步骤S6包括：构造函数

其中，为最小覆盖空洞，为最小多重覆盖干扰，ξ为节能主次因素权重指标，

其中，D为可用基站集合，L是进入睡眠状态的基站的小区原有的用户数，表示第i个用户测量的第j个邻小区的下行发射功率，Δp_j表示对第j个邻小区的发射功率的调整值，ε(x)为阶跃函数，当x≥0时，ε(x)＝1，否则ε(x)＝0，

根据所述函数的最优解对对所述目标宏基站进行协同补偿的其他基站的发射功率进行优化调整。

优选地，所述步骤S4还包括：若所述目标基站的相邻基站中，没有能容纳所述目标基站剩余业务量的其他基站，则将所述目标基站的发射功率调整为所述网络处于正常工作状态时的发射功率。

优选地，还包括：当监测到所述网络的工作状态从节能状态变为正常工作状态，则将所述网络中微基站和/或宏基站的发射功率调整为其在所述网络处于正常工作状态时的发射功率。

通过上述技术方案，能够使得进入休眠的基站中的用户优先切换到微基站，在切换过程中同时考虑了微基站节能触发条件，这样既大幅增加了微基站的工作效率，同时避免了由于局部业务量变化影响宏基站节能效果，确保周期内宏基站睡眠不超过一次，在网络恢复方案中，优先激活宏基站可以及时缓解补偿基站的业务量压力，保证用户信号质量，解决出现掉话，短连接等现象。

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示出了根据本发明一个实施例的异构网络多基站节能管理方法的示意流程图；

图2示出了根据本发明一个实施例的仿真场景示意图；

图3示出了图2中仿真场景的业务量解析图；

图4示出了图2中仿真场景在四点进行节能补偿的仿真结果示意图；

图5示出了图2中仿真场景在十点进行节能补偿的仿真结果示意图。

图6示出了图2中仿真场景在十七点进行节能补偿的仿真结果示意图。

具体实施方式

了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，根据本发明一个实施例的异构网络多基站节能管理方法，包括：S1，检测网络工作状态，若处于正常工作状态，则进入步骤S2，若处于节能工作状态，则进入步骤S4；S2，获取网络中每个微基站的业务参数，若目标微基站的业务量小于第一节能阈值(第一节能阈值为最低业务量关闭门限值)，且业务时间大于第一时间阈值，则控制目标微基站进入睡眠状态，将属于目标微基站的用户切换至与目标微基站相邻，且能容纳目标微基站剩余业务量的其他基站；S3，获取网络中每个宏基站的业务参数，若目标宏基站的业务量小于第一节能阈值，且业务时间大于缓冲时间阈值，则控制目标宏基站进入睡眠状态，通过与目标宏基站相邻且能容纳目标宏基站剩余业务量的其他基站对目标宏基站进行协同补偿，进入步骤S6；S4，获取网络中每个微基站和宏基站的业务参数，若存在目标基站的业务量大于第二节能阈值(第二节能阈值为最大溢出门限值)，且业务时间大于第一时间阈值，则进入步骤S5，否则，通过与所述目标基站相邻且能容纳所述目标基站剩余业务量的其他基站对所述目标宏基站进行协同补偿，进入步骤S6；S5，开启网络中处于睡眠状态的基站；S6，对对目标宏基站进行协同补偿的其他基站的发射功率进行优化调整，使其他基站的发射功率总值最小。

本发明提出的节能补偿机制主要针对宏基站，微基站。基站的状态调整以及发射功率的调整根据节能机制可以每隔一个小时进行一次。由于关闭基站在实际应用中操作较复杂，从而可以将节能基站切换为睡眠模式从而降低能耗。基站睡眠顺序从微基站到宏基站，保证调整过程中尽量不会出现掉话或网络覆盖空洞；

这种机制基于自组织管理的概念，包括自主检测，分析数据，执行来完成全部节能和补偿过程。其中，网络正常工作状态是指网络中无基站节能，网络节能状态是指网络中有基站节能。基站状态可以分为：正常工作状态，补偿工作状态和睡眠状态。用户链接和切换基站的优先顺序为信号功率强度满足的微基站到宏基站，有限考虑微基站切换，大幅增加了微基站的工作效率，同时避免了由于局部业务量变化影响宏基站节能效果，且在补偿过程不增设基站。

优选地，步骤S2还包括：在其他基站中确定业务量小于第一节能阈值，且业务时间大于第一时间阈值的可切换基站，若可切换基站中存在可切换微基站和可切换宏基站，则将目标微基站的用户切换至可切换微基站中负载最低的微基站，若可切换基站中只存在可切换微基站，则将目标微基站的用户切换至可切换微基站中负载最低的微基站，若可切换基站中只存在可切换宏基站，则将目标微基站的用户切换至可切换宏基站中负载最低的宏基站，若其他基站中不存在业务量小于第一节能阈值，且业务时间大于第一时间阈值的可切换基站，则在其他进展的相邻基站中查询能容纳目标微基站剩余业务量，且业务量小于第一节能阈值，业务时间大于第一时间阈值的其他相邻基站。

用户链接和切换基站的优先顺序为信号功率强度满足的微基站到宏基站，由于设置用户优先链接或切换到微基站，可以提高网络中微基站的工作效率，同时避免了由于局部业务量变化影响宏基站的节能效果。

优选地，步骤S3包括：对进入睡眠状态的目标宏基站进行标记，在网络的通信周期内，当被标记过的宏基站再次进入睡眠状态时，发出提示信息。由于宏基站的关闭或睡眠涉及影响因素较多，可以一天内关闭或睡眠不得超过一次，在保证节能的同时降低网络整体的操作复杂度。

优选地，步骤S5包括：根据基站的优先级开启基站，其中，宏基站的优先级高于微基站的优先级。网络恢复顺序(基站唤醒顺序)从宏基站到微基站，可以缓解补偿基站的业务压力，保证用户通信质量，解决掉话和短连接问题，保证不会出现个别基站带宽过载。

优选地，同类型的基站中，业务量偏离值越大的基站优先级越高。

优选地，步骤S6包括：构造函数

其中，为最小覆盖空洞，为最小多重覆盖干扰，ξ为节能主次因素权重指标，用来针对不同场景调整覆盖与导频优化的优先级策略，

其中，D为可用基站集合，L是进入睡眠状态的基站的小区原有的用户数，表示第i个用户测量的第j个邻小区的下行发射功率，Δp_j表示对第j个邻小区的发射功率的调整值，ε(x)为阶跃函数，当x≥0时，ε(x)＝1，否则ε(x)＝0。

根据函数的最优解对对目标宏基站进行协同补偿的其他基站的发射功率进行优化调整。

如图2所示，其中示出了宏基站、微基站和用户的分布情况：场景为LTE密集城区场景，仿真区域为4km×4km，共分布宏基站7座，微基站5座。宏基站距离在1.1km到1.5km之间，每个宏基站包括3个扇区，为三叶草型蜂窝结构，微基站为单天线覆盖。区域用户业务服务均为12.2kbps的语音业务。小区天线水平半功率波束宽度为65，垂直半功率波束宽度为10，天线增益17dBi，天线效率0.8，基站塔高40m，用户高度为1.5m，路径损耗模型为COST32-HATA urban模型，用户天线修正因子为0，用户可接受的信噪比为7dB，切换迟滞冗余为8dB，阴影衰落模型为均值为6.8dBm对数正态模型，快衰落模型为莱斯模型。

假设有L个用户处于该区域，优化过程包括两个主要目标，即最小覆盖空洞和最小多重覆盖干扰，其中，表示小区i不能服务用户j，表示存在小区可以服务用户j，表示所有的邻小区都不能服务用户j，即表示出现覆盖间隙，此时因此覆盖补偿的最优解是使得出现覆盖间隙的概率最小，1式中表示中断小区的L个用户中没有被覆盖的用户数与L的比值即为出现覆盖间隙问题的概率。而当出现被超过三个基站同时覆盖时定义为导频污染。

在ξ＝1/3时，采用智能优化算法粒子群算法来计算上述函数最优解，设置惯性因子为0.8，学习因子2，随即函数范围[0，1]。获取的最优化结果区域能耗降为3.643×10⁸焦耳，节能效率为15.6％。如图4、5、6所示分别为四点、十点、十七点三个时刻的SINR效果图，三个时刻的覆盖率(RSRP>-105dBm)分别为98.22％，97.12％和99.14％。

而现有技术中根据全天的业务量模型，仿真区域的能耗为4.317×10⁸焦耳，明显高于本方法优化后的区域能耗，所欲采用本方法进行区域节能优化，可以明显降低区域的整体能耗。

优选地，步骤S4还包括：若目标基站的相邻基站中，没有能容纳目标基站剩余业务量的其他基站，则将目标基站的发射功率调整为网络处于正常工作状态时的发射功率。

一般情况下，基站在网络处于正常工作状态时，其发射功率被设置为处于最大值，所以当网络处于节能状态时，若存在基站其业务量大于最大溢出门限值，且业务时间大于第一时间阈值，但是该基站的相邻基站中没有能够容纳其剩余业务量的其他基站，那么可以将该基站的发射功率调整为其在网络处于正常工作状态时的发射功率。从而提高自身的业务处理能力，保证业务能够得到及时处理。

优选地，还包括：当监测到所述网络的工作状态从节能状态变为正常工作状态，则将所述网络中微基站和/或宏基站的发射功率调整为其在所述网络处于正常工作状态时的发射功率。

如果调整基站功率，会直接影响网络小区边缘用户的SINR和RSRP，出现HANDOVER。所以可以进一步调整基站中受影响的用户，使其切换所属基站，以避免出现HANDOVER。

通过本发明的技术方案，解决异构网络环境中针对不同类型基站的节能与区域覆盖补偿问题，能够确保网络通信业务服务柔性覆盖，维持正常用户信号质量，减少网络多重覆盖，节能效率约为16％，在保持区域网络服务稳定的前提下，具有较低的网络恢复复杂度。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种异构网络多基站节能管理方法，其特征在于，包括：

S1，检测网络工作状态，若处于正常工作状态，则进入步骤S2，若处于节能工作状态，则进入步骤S4；

S2，获取网络中每个微基站的业务参数，若目标微基站的业务量小于第一节能阈值，且业务时间大于第一时间阈值，则控制所述目标微基站进入睡眠状态，将属于所述目标微基站的用户切换至与所述目标微基站相邻，且能容纳所述目标微基站剩余业务量的其他基站；

S3，获取网络中每个宏基站的业务参数，若目标宏基站的业务量小于所述第一节能阈值，且业务时间大于所述缓冲时间阈值，则控制所述目标宏基站进入睡眠状态，通过与所述目标宏基站相邻且能容纳所述目标宏基站剩余业务量的其他基站对所述目标宏基站进行协同补偿，进入步骤S6；

S4，获取网络中每个微基站和宏基站的业务参数，若存在目标基站的业务量大于第二节能阈值，且业务时间大于第一时间阈值，则进入步骤S5，否则，通过与所述目标基站相邻且能容纳所述目标基站剩余业务量的其他基站对所述目标宏基站进行协同补偿，进入步骤S6；

S5，开启网络中处于睡眠状态的基站；

S6，对对所述目标宏基站进行协同补偿的其他基站的发射功率进行优化调整，使其他基站的发射功率总值最小。

2.根据权利要求1所述异构网络多基站节能管理方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：在所述其他基站中确定业务量小于第一节能阈值，且业务时间大于第一时间阈值的可切换基站，

若所述可切换基站中存在可切换微基站和可切换宏基站，则将所述目标微基站的用户切换至所述可切换微基站中负载最低的微基站，

若所述可切换基站中只存在可切换微基站，则将所述目标微基站的用户切换至所述可切换微基站中负载最低的微基站，

若所述可切换基站中只存在可切换宏基站，则将所述目标微基站的用户切换至所述可切换宏基站中负载最低的宏基站，

若所述其他基站中不存在业务量小于第一节能阈值，且业务时间大于第一时间阈值的可切换基站，则在所述其他进展的相邻基站中查询能容纳所述目标微基站剩余业务量，且业务量小于第一节能阈值，业务时间大于第一时间阈值的其他相邻基站。

3.根据权利要求1所述异构网络多基站节能管理方法，其特征在于，所述步骤S3包括：对进入睡眠状态的目标宏基站进行标记，在所述网络的通信周期内，当被标记过的宏基站再次进入睡眠状态时，发出提示信息。

4.根据权利要求1所述异构网络多基站节能管理方法，其特征在于，所述步骤S5包括：根据基站的优先级开启基站，其中，宏基站的优先级高于微基站的优先级。

5.根据权利要求4所述异构网络多基站节能管理方法，其特征在于，同类型的基站中，业务量偏离值越大的基站优先级越高。

6.根据权利要求1所述异构网络多基站节能管理方法，其特征在于，所述步骤S6包括：构造函数

其中，为最小覆盖空洞，为最小多重覆盖干扰，ξ为节能主次因素权重指标

其中，D为可用基站集合，L是进入睡眠状态的基站的小区原有的用户数，表示第i个用户测量的第j个邻小区的下行发射功率，Δp_j表示对第j个邻小区的发射功率的调整值，ε(x)为阶跃函数，当x≥0时，ε(x)＝1，否则ε(x)＝0，

根据所述函数的最优解对对所述目标宏基站进行协同补偿的其他基站的发射功率进行优化调整。

7.根据权利要求1至6中任一项所述异构网络多基站节能管理方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：若所述目标基站的相邻基 站中，没有能容纳所述目标基站剩余业务量的其他基站，则将所述目标基站的发射功率调整为所述网络处于正常工作状态时的发射功率。

8.根据权利要求1至6中任一项所述异构网络多基站节能管理方法，其特征在于，还包括：

当监测到所述网络的工作状态从节能状态变为正常工作状态，则将所述网络中微基站和/或宏基站的发射功率调整为其在所述网络处于正常工作状态时的发射功率。