CN105025564B - 一种基于云计算的无线网络功率控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明的基于云计算的无线网络功率控制系统依据统筹调度站点采集统筹调度相关信息来选择哪些统筹调度站点作为待释放统筹调度站点及统筹调度站点，在网络负荷动态变化的情况，能够实现功率的有效控制，以及确保统筹调度站点有足够的时频资源为待释放统筹调度站点内的客户端服务。

Description

一种基于云计算的无线网络功率控制系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于云计算的无线网络功率控制系统。

背景技术

近年来，无线网络正得到迅猛的发展，客户端数目和网络终端接入设备正以惊人的速度增长着，由此带来的爆炸式的数据业务和无处不在的接入需求刺激着网络基础设施的急速扩张。然而，在网络设施急剧扩张的同时，无线网络的功耗也正以惊人的速度增长着。对于无线网络的运营商而言，在维持网络容量持续增长，保证客户端服务质量的同时，减小其功耗的开销是其迫切关心的问题。

云计算技术是近年来新兴起的联合运算技术，它是分布式计算、并行计算、负载均衡等传统计算机与网络技术融合的产物。将云计算技术用于无线网络也带来了有益的技术效果，例如通过多站点统筹调度运算大大缓解了单站点处理能力的瓶颈。但是，这种频繁的统筹调度也带来了巨大的功率增长，这与运营商迫切降低功耗的初衷背道而驰。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的实施方式，提出一种基于云计算的无线网络功率控制系统，所述系统包括多个无线覆盖小区共存的基于云计算的无线网络，该基于云计算的无线网络中共有K个无线覆盖小区，统筹调度站点位于小区的中心，统筹调度站点分组H＝{1，2，…，K}，K个统筹调度站点由云计算主控中心统一管理，每个统筹调度站点配置M根发射天线，客户端配置N根接收天线，所有统筹调度站点使用相同的带宽。

根据本发明的实施方式，所述基于云计算的无线网络中统筹调度站点间通过第一互联端口相互连接，交互彼此的信息，统筹调度站点通过第二互联端口与云计算主控中心相连接，云计算主控中心对网络中统筹调度站点进行统一管理。

根据本发明的实施方式，所述基于云计算的无线网络功率控制系统依次执行如下进程：

S1，云计算主控中心复位待确定统筹调度站点分组和待释放统筹调度站点分组；

S2，统筹调度站点采集统筹调度相关信息并发送给云计算主控中心；

S3，云计算主控中心根据统筹调度站点发送的信息确定预确定统筹调度站点，同时将其识别码从待确定统筹调度站点分组中分离；

S4，云计算主控中心为所述步骤S3中的预确定统筹调度站点确定候选统筹调度集分组；

S5，云计算主控中心依据所述S4中的候选统筹调度集分组确定预确定统筹调度站点的工作状态：若候选统筹调度集分组为空，则预确定统筹调度站点处于启动状态，转至步骤S7；否则，预确定统筹调度站点为待释放统筹调度站点，将预确定统筹调度站点放入待释放统筹调度站点分组中，执行步骤S6；

S6，云计算主控中心为预确定统筹调度站点确定统筹调度集，并将统筹调度集中的统筹调度站点从待确定统筹调度站点分组中分离，调整统筹调度集中统筹调度站点的空闲时频单元个数，统筹调度集中包含的站点是统筹调度站点；

S7，在对待确定统筹调度站点分组进行调整后，对待确定统筹调度站点分组的状态进行判断；

S8，云计算主控中心对待释放统筹调度站点分组中的待释放统筹调度站点进行统一释放，同时协调待释放统筹调度站点对应统筹调度集中的统筹调度站点为待释放统筹调度站点内的客户端服务。

根据本发明的实施方式，所述步骤S2的统筹调度站点采集统筹调度相关信息并发送给云计算主控中心具体包括：

S2-1，统筹调度站点i通过网络中统筹调度站点间的第一互联端口获取其相邻统筹调度站点的识别码，记为相邻统筹调度站点分组；

S2-2，统筹调度站点i通过发送训练序列获取客户端信道状态信息及噪声信息；

S2-3，统筹调度站点i记录其已使用时频单元个数R1_i和空闲时频单元个数R2_i；

S2-4，统筹调度站点i将采集及记录到的信息通过第二互联端口发送给云计算主控中心。

根据本发明的实施方式，所述步骤S3的云计算主控中心根据统筹调度站点发送的信息确定预确定统筹调度站点，同时将其识别码从待确定统筹调度站点分组中分离具体包括：

S3-1，定义资源分组B，用于存储待确定统筹调度站点分组中的各统筹调度站点的已使用时频单元个数，复位为空集；

S3-2，云计算主控中心将待确定统筹调度站点分组中所有统筹调度站点所对应的已使用时频单元个数R1存储到资源分组B中；

S3-3，云计算主控中心查找资源分组B中已使用时频单元个数R1最小值，将该最小值所对应的统筹调度站点作为预确定统筹调度站点；

S3-4，云计算主控中心将预确定统筹调度站点从待确定统筹调度站点分组中分离。

本发明的基于云计算的无线网络功率控制系统依据统筹调度站点采集统筹调度相关信息来选择哪些统筹调度站点作为待释放统筹调度站点及统筹调度站点，在网络负荷动态变化的情况，能够实现功率的有效控制，以及确保统筹调度站点有足够的时频资源为待释放统筹调度站点内的客户端服务。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的基于云计算的无线网络功率控制系统结构示意图；

附图2示出了根据本发明实施方式的基于云计算的无线网络功率控制系统执行进程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提出一种基于云计算的无线网络功率控制系统，如附图1所示，本发明的系统的实现场景为多个无线覆盖小区共存的基于云计算的无线网络，该基于云计算的无线网络中共有K个无线覆盖小区(附图1中仅示出2个)，无线覆盖小区半径为R，统筹调度站点位于小区的中心，统筹调度站点分组H＝{1，2，…，K}，K个统筹调度站点由云计算主控中心统一管理，每个统筹调度站点配置M根发射天线，客户端配置N根接收天线，统筹调度站点i∈H到其客户端uⁱ的信道矩阵为信道衰落包含大尺度衰落和小尺度衰落。该基于云计算的无线网络中，所有统筹调度站点使用相同的带宽。本实例中，统筹调度站点总数目K≥4，统筹调度站点发射天线M≥2，客户端天线个数N≥2。

网络中统筹调度站点间通过第一互联端口相互连接，交互彼此的信息，统筹调度站点通过第二互联端口与云计算主控中心相连接，云计算主控中心对网络中统筹调度站点进行统一管理，即控制统筹调度站点的启动和释放、调度统筹调度站点进行数据传输。

根据本发明的实施方式，如附图2所示，所述基于云计算的无线网络功率控制系统依次执行如下进程：

S1，云计算主控中心复位待确定统筹调度站点分组Λ和待释放统筹调度站点分组T。

S1-1，云计算主控中心启动网络中K个统筹调度站点，定义待确定统筹调度站点分组Λ用于存储工作状态未知的统筹调度站点识别码，待释放统筹调度站点分组T用于存储待释放统筹调度站点的识别码，令待确定统筹调度站点分组Λ＝{1，2，…，K}，待释放统筹调度站点分组T＝Φ；

S1-2，统筹调度站点i的候选统筹调度集分组Ω_i＝Φ，统筹调度集φ_i＝Φ，i＝1，2，…，K，其中，Φ代表空集。

S2，统筹调度站点采集统筹调度相关信息并发送给云计算主控中心。

S2-1，统筹调度站点i通过网络中统筹调度站点间的第一互联端口获取其相邻统筹调度站点的识别码，记为相邻统筹调度站点分组{i₁，i₂，i₃，i₄，i₅，i₆}，本实施例以6个为例；

S2-2，统筹调度站点i通过发送训练序列获取客户端信道状态信息及白噪声信息

其中：表示统筹调度站点i下的第l个客户端，l＝1，2，…，U_i，U_i为统筹调度站点i内的客户端总数；

该信道状态信息，包括统筹调度站点i到客户端的信道状态信息及相邻统筹调度站点i_a∈{i₁，i₂，i₃，i₄，i₅，i₆}到客户端的信道状态信息定义相邻统筹调度站点i_a为分组{i₁，i₂，i₃，i₄，i₅，i₆}中的第a个统筹调度站点，a＝1，2，…，6，N代表客户端接收端天线个数，M为统筹调度站点发射端天线个数；

S2-3，统筹调度站点i记录其已使用时频单元个数R1_i和空闲时频单元个数R2_i，该空闲时频单元个数R2_i，是指统筹调度站点i中没有被使用的时频单元的个数，每个时频单元是由频域上的子载波和时域上的OFDM符号构成；

S2-4，统筹调度站点i将采集及记录到的信息，包括相邻统筹调度站点分组{i₁，i₂，i₃，i₄，i₅，i₆}、统筹调度站点i到客户端的信道状态信息相邻统筹调度站点i_a∈{i₁，i₂，i₃，i₄，i₅，i₆}到客户端的信道状态信息已使用时频单元个数R1_i和空闲时频单元个数R2_i，通过第二互联端口发送给云计算主控中心；

S3，云计算主控中心根据统筹调度站点发送的信息确定预确定统筹调度站点i^*，同时将其识别码从待确定统筹调度站点分组Λ中分离。

S3-1，定义资源分组B，用于存储待确定统筹调度站点分组Λ中的各统筹调度站点的已使用时频单元个数，复位为空集；

S3-2，云计算主控中心将待确定统筹调度站点分组Λ中所有统筹调度站点所对应的已使用时频单元个数R1存储到资源分组B中；

S3-3，云计算主控中心查找资源分组B中已使用时频单元个数R1最小值，将该最小值所对应的统筹调度站点i^*作为预确定统筹调度站点，即有for i∈Λ；

S3-4，云计算主控中心将预确定统筹调度站点i^*从待确定统筹调度站点分组Λ中分离，即Λ＝Λ-{i^*}。

S4，云计算主控中心为所述步骤S3中的预确定统筹调度站点i^*确定候选统筹调度集分组

S4-1，云计算主控中心依据预确定统筹调度站点i^*的相邻统筹调度站点分组来构建候选统筹调度站点分组

S4-1-1，从相邻统筹调度站点分组中选取相邻统筹调度站点初始角标a＝1，即有

S4-1-2，判断相邻统筹调度站点是否能被放入候选统筹调度站点分组中：

云计算主控中心查询相邻统筹调度站点的信息，如果相邻统筹调度站点处于启动状态，且其空闲时频单元个数大于预确定统筹调度站点i^*的已使用时频单元个数则将相邻统筹调度站点的识别码放入候选统筹调度站点分组反之，舍弃该相邻统筹调度站点的识别码；

S4-1-3，对角标a大小进行判断：若角标a小于6，则将角标a加1后重新设定给角标a，返回步骤S4-1-2，；若角标a等于6，则候选统筹调度站点分组构建完毕，执行步骤S4-2；

S4-2，计算所述S4-1中构建的候选统筹调度站点分组中包含的统筹调度站点个数，将其记为则候选统筹调度站点分组共包含个小组，定义为的第j个小组，j＝1，2，3，…，初始小组角标j＝1；

S4-3，判断小组中所有统筹调度站点对预确定统筹调度站点i^*内的每一个客户端的统筹传输速度是否能够保证客户端的基本业务标准，若是，则将小组移入候选统筹调度集分组中，否则，舍弃该小组

S4-3-1，从预确定统筹调度站点i^*中选取客户端复位预确定统筹调度站点客户端角标l＝1；

S4-3-2，计算小组中所有统筹调度站点对客户端的统筹传输速度所述统筹传输速度通过公式求得，其中为小组中所有统筹调度站点对客户端的等效信道，代表小组中第m个统筹调度站点到客户端的信道状态矩阵，p代表天线的发射功率，为客户端的噪声，I为单位矩阵；

S4-3-3，比较所述步骤S4-3-2中小组中所有统筹调度站点对客户端的统筹传输速度与客户端业务标准所需的速率R_min的大小：若统筹调度站点的统筹传输速度大于等于客户端业务标准所需的速率R_min，执行步骤S4-3-4；否则，舍弃小组转至步骤S4-4；

S4-3-4，比较预确定统筹调度站点客户端角标l与预确定统筹调度站点i^*内的客户端总数之间的大小：若则将l加1后重新设定给l，返回步骤S4-3-2；若l等于客户端总数则表明小组对所有客户端的统筹传输速度都大于客户端业务标准所需的速率，取小组为候选统筹调度集，将小组移入候选统筹调度集分组执行步骤S4-4；

S4-4，判断小组角标j与小组总数的大小关系：若j小于小组总数将j加1后重新设定给j，返回步骤S4-3；若j等于小组总数则此时候选统筹调度站点分组的所有小组都确定完毕，执行步骤S5。

S5，云计算主控中心依据所述S4中的候选统筹调度集分组确定预确定统筹调度站点i^*的工作状态：若候选统筹调度集分组为空，则预确定统筹调度站点i^*处于启动状态，转至步骤S7；否则，预确定统筹调度站点i^*为待释放统筹调度站点，将预确定统筹调度站点i^*放入待释放统筹调度站点分组T中，执行步骤S6；

S6，云计算主控中心为预确定统筹调度站点i^*确定统筹调度集并将统筹调度集中的统筹调度站点从待确定统筹调度站点分组Λ中分离，调整统筹调度集中统筹调度站点的空闲时频单元个数，统筹调度集中包含的站点是统筹调度站点。

S6-1，云计算主控中心将候选统筹调度集分组中的所有候选统筹调度集依据其包含的统筹调度站点个数进行升序排列，其中，代表候选统筹调度集分组中统筹调度站点个数第j’小的候选统筹调度集，表示候选统筹调度集分组中包含的候选统筹调度集的个数，为包含统筹调度站点个数最少的候选统筹调度集；

S6-2，云计算主控中心将候选统筹调度集作为预确定统筹调度站点i^*的统筹调度集即

S6-3，云计算主控中心调整待确定统筹调度站点分组Λ和统筹调度集中统筹调度站点的空闲时频单元个数：

S6-3-1，云计算主控中心遍历统筹调度集中的统筹调度站点统筹调度站点为统筹调度集中的第n个统筹调度站点，代表统筹调度集中统筹调度站点总数，获取统筹调度站点的空闲时频单元个数将其空闲时频单元个数减去预确定统筹调度站点i^*的已使用时频单元个数重新设定给空闲时频单元个数

S6-3-2，云计算主控中心遍历统筹调度集中所有统筹调度站点的识别码，将该识别码从待确定统筹调度站点分组Λ中分离。

S7，在所述步骤S3和所述步骤S6-3对待确定统筹调度站点分组Λ进行调整后，对待确定统筹调度站点分组Λ的状态进行判断。

判断待确定统筹调度站点分组Λ是否为空，若不为空，重复执行步骤S3-S6，直至该分组为空，此时待确定统筹调度站点分组Λ中所有统筹调度站点的工作状态都确定完毕，待释放统筹调度站点分组T及待释放统筹调度站点分组T中的待释放统筹调度站点T(g)对应的统筹调度集φ_T(g)均构建完毕，待释放统筹调度站点T(g)为待释放统筹调度站点分组T中的第g个统筹调度站点，g＝1，2…，|T|，|T|为待释放统筹调度站点分组T中统筹调度站点总数；

S8，云计算主控中心对待释放统筹调度站点分组T中的待释放统筹调度站点进行统一释放，同时协调待释放统筹调度站点对应统筹调度集中的统筹调度站点为待释放统筹调度站点内的客户端服务。

S8-1，对于待释放统筹调度站点T(g)，g＝1，2…，|T|，复位待释放统筹调度站点角标g＝1；

S8-2，云计算主控中心从核心网络中获取统筹调度站点T(g)下所有客户端的数据信息l’＝1，2…，U_T(g)；

S8-3，定义φ_T(g)(n)为统筹调度集φ_T(g)内第n个统筹调度站点，n＝1，2，…，|φ_T(g)|，其中|φ_T(g)|为统筹调度集φ_T(g)内总的统筹调度站点个数，云计算主控中心计算统筹调度集φ_T(g)中的统筹调度站点φ_T(g)(n)为待释放统筹调度站点T(g)下每个客户端传输数据信息时所需的预编码矢量

S8-3-1，对于待释放统筹调度站点T(g)下的客户端复位待释放统筹调度站点内客户端角标l’＝1；

S8-3-2，云计算主控中心获取统筹调度集φ_T(g)中的每一个统筹调度站点φ_T(g)(n)，n＝1，2，…，|φ_T(g)|，对于待释放统筹调度站点T(g)内客户端的信道状态信息将统筹调度集φ_T(g)中所有统筹调度站点对客户端的信道状态信息组合成一个统筹信道传输矩阵

S8-3-3，利用公式得到统筹调度集φ_T(g)中所有统筹调度站点对客户端预编码矩阵

S8-3-4，从预编码矩阵中选取第n个非零列矢量，得到统筹调度集中第n个统筹调度站点φ_T(g)(n)对客户端的预编码矢量

S8-3-5，比较待释放统筹调度站点内客户端角标l’与待释放统筹调度站点T(g)下客户端总数U_T(g)的大小关系：若l’小于待释放统筹调度站点T(g)下客户端总数U_T(g)，令l’加1后重新设定给l’，返回步骤S8-3-2；若l’等于待释放统筹调度站点T(g)下客户端总数U_T(g)，此时，统筹调度集φ_T(g)中的统筹调度站点φ_T(g)(n)为待释放统筹调度站点T(g)下所有客户端传输数据信息时所需的预编码矢量计算完毕，执行步骤S8-4；

S8-4，云计算主控中心将待释放统筹调度站点T(g)下所有客户端的数据信息l’＝1，2…，U_T(g)和每个客户端对应的预编码矢量通过第二互联端口传给相应的统筹调度站点φ_T(g)(n)，n＝1，2…，|φ_T(g)|；

S8-5，统筹调度集中所有统筹调度站点φ_T(g)(n)利用所述步骤S8-4中获得的数据信息和预编码矢量，为待释放统筹调度站点内客户端进行联合调度传输，同时将该传输行为上报给云计算主控中心，云计算主控中心在获得上报信息后，将待释放统筹调度站点T(g)释放；

S8-6，判断待释放统筹调度站点角标g与待释放统筹调度站点分组T中的统筹调度站点总数|T|的大小：

若g＜|T|，则将g加1后重新设定给g，返回步骤S8-2；

若g＝|T|，则表明云计算主控中心已将待释放分组T中所有统筹调度站点都释放完毕，且完成了对待释放统筹调度站点分组中待释放统筹调度站点内客户端的数据传输，在下一个控制周期到来时，返回步骤S1。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于云计算的无线网络功率控制系统，所述系统包括多个无线覆盖小区共存的基于云计算的无线网络，该基于云计算的无线网络中共有K个无线覆盖小区，统筹调度站点位于小区的中心，统筹调度站点分组H＝{1，2，…，K}，K个统筹调度站点由云计算主控中心统一管理，每个统筹调度站点配置M根发射天线，客户端配置N根接收天线，所有统筹调度站点使用相同的带宽；

所述基于云计算的无线网络中统筹调度站点间通过第一互联端口相互连接，统筹调度站点通过第二互联端口与云计算主控中心相连接，云计算主控中心对网络中统筹调度站点进行统一管理；

所述基于云计算的无线网络功率控制系统依次执行如下进程：

S1，云计算主控中心复位待确定统筹调度站点分组和待释放统筹调度站点分组；

S2，统筹调度站点采集统筹调度相关信息并发送给云计算主控中心；

S3，云计算主控中心根据统筹调度站点发送的信息确定预确定统筹调度站点，同时将其识别码从待确定统筹调度站点分组中分离；

S4，云计算主控中心为所述步骤S3中的预确定统筹调度站点确定候选统筹调度集分组；

S5，云计算主控中心依据所述S4中的候选统筹调度集分组确定预确定统筹调度站点的工作状态：若候选统筹调度集分组为空，则预确定统筹调度站点处于启动状态，转至步骤S7；否则，预确定统筹调度站点为待释放统筹调度站点，将预确定统筹调度站点放入待释放统筹调度站点分组中，执行步骤S6；

S6，云计算主控中心为预确定统筹调度站点确定统筹调度集，并将统筹调度集中的统筹调度站点从待确定统筹调度站点分组中分离，调整统筹调度集中统筹调度站点的空闲时频单元个数，统筹调度集中包含的站点是统筹调度站点；

S7，在对待确定统筹调度站点分组进行调整后，对待确定统筹调度站点分组的状态进行判断；

S8，云计算主控中心对待释放统筹调度站点分组中的待释放统筹调度站点进行统一释放，同时协调待释放统筹调度站点对应统筹调度集中的统筹调度站点为待释放统筹调度站点内的客户端服务。

2.一种如权利要求1所述的系统，所述步骤S2的统筹调度站点采集统筹调度相关信息并发送给云计算主控中心具体包括：

S2-1，统筹调度站点i通过网络中统筹调度站点间的第一互联端口获取其相邻统筹调度站点的识别码，记为相邻统筹调度站点分组；

S2-2，统筹调度站点i通过发送训练序列获取客户端信道状态信息及噪声信息；

S2-3，统筹调度站点i记录其已使用时频单元个数R1_i和空闲时频单元个数R2_i；

S2-4，统筹调度站点i将采集及记录到的信息通过第二互联端口发送给云计算主控中心。

3.一种如权利要求2所述的系统，所述步骤S3的云计算主控中心根据统筹调度站点发送的信息确定预确定统筹调度站点，同时将其识别码从待确定统筹调度站点分组中分离具体包括：

S3-1，定义资源分组B，用于存储待确定统筹调度站点分组中的各统筹调度站点的已使用时频单元个数，复位为空集；

S3-2，云计算主控中心将待确定统筹调度站点分组中所有统筹调度站点所对应的已使用时频单元个数R1存储到资源分组B中；

S3-3，云计算主控中心查找资源分组B中已使用时频单元个数R1最小值，将该最小值所对应的统筹调度站点作为预确定统筹调度站点；

S3-4，云计算主控中心将预确定统筹调度站点从待确定统筹调度站点分组中分离。