CN105682124A - 一种基于虚拟网络的节能方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于虚拟网络的节能方法，应用于城市密集部署蜂窝网络中，该方法包括：第二虚拟设备根据接收到第一虚拟设备上报的区域业务量时间相关特性信息，以及获取并存储的区域基站容量总和，若确定当前网络处于重载状态，则向第三虚拟设备发送基站拓扑请求；在接收到第三虚拟设备响应的基站拓扑信息时，根据接收到的区域业务量空间特性信息配置网络扩容策略，并下发到控制器；控制器根据接收到的网络扩容策略为基站，以及各虚拟设备配置更新参数，并将对应的更新参数携带在更改消息发送给对应的基站和虚拟设备；使对应的基站和虚拟设备进行更新参数的配置。通过该技术方案能够提高网络的整体性能。

Description

一种基于虚拟网络的节能方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于虚拟网络的节能方法。

背景技术

随着全球气候变化对环境的压力日益加剧，世界各国，尤其是欧美发达国家，对各个行业碳排放量的限制越来越严格。随着近几年来3G、4G网络技术及移动互联网等新技术的发展和应用，通信行业进入了新的快速发展阶段。

根据ITU统计研究，2015年全球移动电话用户已达近71亿，无线信号覆盖超过95％的全球人口。ICT技术设备的制造和使用、数据传输及日益重要的数据中心都是温室气体的来源。通信行业市场调查分析报告统计数据显示，2014年，通信行业能源消费总量累计671.06万吨标准煤，同比增长4.9％，增幅与上年持平；电力消费总量456.2亿千瓦时，同比增长8.1％，占行业能源消费总量的比重为83.55％，较2013年提高2.47个百分点。虽然能源消费较去年有所优化，《2015年思科全球移动数据流量预测报告》预计，2014年至2019年的全球移动互联网流量将会增长10倍，每月达到24.3EB(1EB＝10亿GB)，潜在的能耗增加仍会带来巨大的能耗挑战。5G研究阶段，能效指标也被列为下一代移动通信技术演进的重要评估项目。

无线通信需求急速增长带来了大规模的网络设备部署及运营所带来的能耗。但根据对用户行为的分析可以发现，网络中的业务流量存在明显的潮汐效应，而网络资源通常是根据网络业务流量峰值进行部署以保障服务质量的，而在网络低负载阶段，大部分网络资源处于空转状态，造成了低能效高能耗的能源浪费。

软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，SDN)和网络功能虚拟化(NetworkFunctionVirtualization，NFV)技术在移动网络中的引入和发展，将推动移动网络架构的革新，借助控制和转发分离思想，在控制平面通过功能编排部署智能感知系统，利用信息感知技术可以对无线接入平面、底层网络负载、业务应用、终端进行多维度检测和管控，可以实现全面提升网络智能感知与决策能力。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种基于虚拟网络的节能方法，能够提高网络的整体性能。

为解决上述技术问题，本申请的技术方案是这样实现的：

一种基于虚拟网络的节能方法，应用于城市密集部署蜂窝网络中，该方法包括：

控制器为接入的基站按照负载均衡原则分配虚拟设备，所述虚拟设备包括第一虚拟设备、第二虚拟设备和第三虚拟设备；

第一虚拟设备根据获取并存储的基站负载信息，获得区域业务量时间相关特性信息和区域业务量空间相关特性信息，并上报给第二虚拟设备；

第二虚拟设备根据接收到第一虚拟设备上报的区域业务量时间相关特性信息，以及获取并存储的区域基站容量总和，若确定当前网络处于重载状态，则向第三虚拟设备发送基站拓扑请求；在接收到第三虚拟设备响应的基站拓扑信息时，根据接收到的区域业务量空间特性信息配置网络扩容策略，并下发到控制器；

控制器根据接收到的网络扩容策略为基站，以及各虚拟设备配置更新参数，并将对应的更新参数携带在更改消息发送给对应的基站和虚拟设备；

基站在接收到配置更新消息时，根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；并向控制器，以及虚拟设备发送配置已更改消息；

虚拟设备接收到基站发送的配置已更改消息时，根据接收到的配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；并向控制器发送配置更已更改消息。

由上面的技术方案可知，本申请中通过基于SDN和NFV实现对网络资源的统一管理、统一分配、统一部署和统一控制，使得整个网络可以根据负载情况进行虚拟网络的动态调整，能够提高网络的整体性能。

附图说明

图1为本申请实施例一中实现基于虚拟网络的节能的流程示意图；

图2为本申请实施例二中实现基于虚拟网络的节能的流程示意图；

图3为本申请实施例中城市密集部署蜂窝网络架构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图并举实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

本申请实施例提供一种基于虚拟网络的节能方法，应用于包括多个基站的城市密集部署蜂窝网络中，基于SDN和NFV实现对网络资源的统一管理、统一分配、统一部署和统一控制，使得整个网络可以根据负载情况进行虚拟网络的动态扩容或缩容，能够提高网络的整体性能。

城市密集部署蜂窝网络，如城市商务区域与住宅区域，网络业务负载在时间与空间上都具有明显的动态特性。

基站进入激活状态，会向控制器发送接入请求，以接入网络。

控制器接收到基站发送的接入请求后，控制器按照负载均衡原则为基站分配接入的虚拟设备，所述虚拟设备包括：第一虚拟设备、第二虚拟设备、第三虚拟设备、第四虚拟设备和第五虚拟设备；根据实际需要还可以分配更多的虚拟设备。

其中，第一虚拟设备为具有负载分析功能的虚拟设备，第二虚拟设备为具有节能策略功能的虚拟设备，第三虚拟设备为具有无线拓扑发现功能的虚拟设备；第四虚拟设备为具有连接管理功能的虚拟设备，第五虚拟设备为具有移动性管理功能的虚拟设备。其中，第四虚拟设备和第五虚拟设备根据实际网络应用确定是否分配、是否配置。

上述五类设备由于是虚拟设备，因此在实际应用中可以是五类虚拟模块，五类虚拟设备可以在一个物理设备上，也可以在不同物理设备上，还可以任意组合在同一物理设备上，本申请实施例中不做具体限制。

针对接入的第一虚拟设备和第三虚拟设备，建立到基站之间的信息感知接口，用于获取基站上的相关信息。

第一虚拟设备通过建立的信息感知接口向基站发送负载信息上报请求消息，并设置上报周期；

基站在接收到负载信息上报消息时，按照上报周期向第一虚拟设备周期性响应应答消息，并在该应答消息中携带负载信息上报请求消息中所请求的基站负载信息，该基站负载信息包括：基站业务量、用户位置信息、用户业务流量。

第一虚拟设备根据存储的基站负载信息获得区域业务量时间相关特性信息和区域业务量空间相关特定信息的具体过程为：

根据基站周期性上报的基站业务量统计出区域业务量的时间离散函数，存在明显的高业务量时间和低业务量时间，且存在明显的周期性，使用余弦函数(1)拟合方式可得出区域业务量的时间相关函数：

Volume(t)＝Acos(2πft)+Bsin(2πft)+C(1)；

其中，Volume(t)是时间t的业务量拟合函数，cos(2πft)和sin(2πft)是回归变量，A、B和C是回归系数。

在某一具体时间点下根据用户位置信息、用户业务流量，按照合适的经纬度粒度统计业务量空间离散函数(2)。

其中

其中，是经度为λ_n，纬度为地点统计的业务量，Δλ和分别是经度和纬度统计粒度间隔，是在经度为λ，纬度为坐标下用户x的业务流量。

上述确定区域业务量时间相关特性信息和区域业务量空间相关特定信息的方式为本申请提供的一种实现方式，在具体实现时，不限于该种实现方式。

第三虚拟设备通过建立的信息感知接口向基站发送基站配置信息请求消息；

基站在接收到基站配置信息请求消息时，向第三虚拟设备响应应答消息，并在应答消息中携带基站位置信息，配置总容量；

第三虚拟设备在接收到基站应答的基站位置信息和配置总容量时，获取区域基站总容量，并上报给第二虚拟设备。在具体实现时，可以根据实际应用中基站的密度、覆盖范围等配置各基站所属的区域。

第三虚拟设备实时维护无线接入网络拓扑的全局视图，包括无线接入网底层网络拓扑资源及网络配置，即基站拓扑信息，在第二虚拟设备请求基站拓扑信息时，将维护的基站拓扑信息发送给第二虚拟设备。

由于按照负载分担原则为各基站分配接收的虚拟设备，因此，为不同基站分配的虚拟设备可以相同也可以不相同。

下面结合附图，详细说明本申请实施例实现基于虚拟网络的节能的过程。

实施例一

参见图1，图1为本申请实施例一中实现基于虚拟网络的节能的流程示意图。具体步骤为：

步骤101，第一虚拟设备根据获取并存储的基站负载信息，获得区域业务量时间相关特性信息和区域业务量空间相关特性信息，并上报给第二虚拟设备。

步骤102，第二虚拟设备根据接收到第一虚拟设备上报的区域业务量时间相关特性信息，以及获取并存储的区域基站容量总和，若确定当前网络处于重载状态，则向第三虚拟设备发送基站拓扑请求。

第二虚拟设备根据接收到第一虚拟设备上报的区域业务量时间相关特性信息，以及存储的区域基站容量总和，确定当前网络处于轻载状态还是重载状态的过程为：

假设根据区域业务量时间相关特性信息确定当前时间区域业务量为A，同一区域的区域基站容量总和为B，则当(B-A)/B时值大于阈值时，确定当前网络处于重载状态；反之，确定当前网络处于轻载状态。这里的阈值根据实际应用进行配置。

第二虚拟设备向第三虚拟设备发送基站拓扑请求，以获取网络中所有基站的拓扑信息，在所述拓扑信息中包括基站处于休眠状态还是激活状态的信息。

第三虚拟设备接收到第二虚拟设备发送的基站拓扑请求时，将基站拓扑信息响应给第二虚拟设备。

步骤103，第二虚拟设备在接收到第三虚拟设备响应的基站拓扑信息时，根据接收到的区域业务量空间特性信息配置网络扩容策略，并下发到控制器。

本步骤中配置的网络扩容策略可以为在业务量最集中的地点扩展基站容量，或者选择激活处于休眠状态的基站，或新增加虚拟设备，也可以组合使用上述方案。

步骤104，控制器根据接收到的网络扩容策略为基站，以及各虚拟设备配置更新参数，并将对应的更新参数携带在更改消息发送给对应的基站和虚拟设备。

这里的虚拟设备是针对基站的所有虚拟设备。

步骤105，基站在接收到配置更新消息时，根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；并向控制器，以及虚拟设备发送配置已更改消息。

本步骤中的更新参数为；基站激活指令、增加基站系统带宽、发射功率等。

本步骤中基站在接收到配置更新消息之后，根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置之前，进一步包括：

基站向管理平台发送配置更新请求，若接收到管理平台发送的配置更改应答消息，则根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；即在进行参数配置参数之前需经过管理平台的同意，若管理平台不同意，则不进行配置更新。

步骤106，虚拟设备接收到基站发送的配置已更改消息时，根据接收到的配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；并向控制器发送配置更已更改消息。

本步骤中的更新参数为：缩容策略中的更新参数有：增加分配给虚拟设备的计算、存储于网络资源，新建虚拟设备。

本步骤中虚拟设备接收到基站发送的配置已更改消息之后，根据接收到的配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置之前，进一步包括：

虚拟设备向管理平台发送配置更新请求，若接收到管理平台发送的配置更改应答消息，则根据接收到的配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置，即在进行参数配置参数之前需经过管理平台的同意，若管理平台不同意，则不进行配置更新。

实施例二

参见图2，图2为本申请实施例二中实现基于虚拟网络的节能的流程示意图。具体步骤为：

步骤201，第一虚拟设备根据获取并存储的基站负载信息，获得区域业务量时间相关特性信息和区域业务量空间相关特性信息，并上报给第二虚拟设备。

步骤202，第二虚拟设备根据接收到第一虚拟设备上报的区域业务量时间相关特性信息，以及存储的区域基站容量总和，若确定当前网络处于轻载状态，且处于业务量下降阶段，则向第三虚拟设备发送处于激活状态的基站拓扑请求。

若确定当前网络处于轻载状态，且处于业务量上升阶段，则不进行任何处理，继续进行轻载和重载的判断。

步骤203，第二虚拟设备在接收到第三虚拟设备响应的基站拓扑信息时，根据当前区域业务量的空间特性信息配置网络缩容策略，并下发到控制器。

本步骤中配置的网络缩容策略可以为选择业务量最分散的地点缩小基站容量，或选择处于激活状态的基站进入休眠、缩容、删除对应的虚拟设备等。

步骤204，控制器根据接收到的网络缩容策略为基站，以及各虚拟设备配置更新参数，并将对应的更新参数携带在更改消息发送给对应的基站和虚拟设备。

步骤205，基站在接收到配置更新消息时，将配置更新消息中携带的更新参数发送给对应小区用户终端使对应用户终端进行按需切换后，根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；并向控制器，以及虚拟设备发送配置已更改消息。

本步骤中的更新参数为：基站休眠指令、减小基站系统带宽、发射功率等。

本步骤中基站在接收到配置更新消息之后，所述将配置更新消息中携带的更新参数发送给对应小区用户终端使对应用户终端进行按需切换之前，进一步包括：

基站向管理平台发送配置更新请求，若接收到管理平台发送的配置更改应答消息，则将配置更新消息中携带的更新参数发送给对应小区用户终端使对应用户终端进行按需切换，并根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；即在进行参数配置参数之前需经过管理平台的同意，若管理平台不同意，则不将配置更新消息中携带的更新参数发送给对应小区用户终端使对应用户终端进行按需切换，不进行配置更新。

步骤206，虚拟设备接收到基站发送的配置已更改消息时，根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；并向控制器发送配置已更改消息。

本步骤中的更新参数为：减少分配给虚拟设备的计算、存储与网络资源，删除虚拟设备。

本步骤中虚拟设备接收到基站发送的配置已更改消息之后，所述根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置之前，进一步包括：

虚拟设备向管理平台发送配置更新请求，若接收到管理平台发送的配置更改应答消息，则根据接收到的配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置。

在实施例一和实施例二中，当控制器接收到网络扩容策略，或网络缩容策略，为对应基站重新选择虚拟设备。

当为任一基站分配的第三虚拟设备变化时，建立变化后的第三虚拟设备到该基站之间的信息感知接口；

当为任一基站分配的第一虚拟设备变化时，建立变化后的第一虚拟设备到该基站之间的信息感知接口。

本申请提供的实施例中实现基于SDN的拓扑信息收集，接入平面中的基站有激活和休眠两种状态，第三虚拟设备需能够维护两种状态下的全局无线网络拓扑，在网络重载时需提供所有基站拓扑信息供节能策略功能选择，在网络轻载时需提供激活态基站供节能策略功能选择。第一虚拟设备需建立接入平面的负载时间特征模型、空间特征模型。

本申请具体实现时，网络架构可以由四个平面构成。参见图3，图3为本申请实施例中城市密集部署蜂窝网络架构示意图。图3中的四个平面：包括基站的接入平面，包括控制器的控制层面，包括第一到第五虚拟设备的功能平面，以及包括管理平台的管理平面。

在实际应用中还包括数据平面，本申请实施例中不涉及，这里不再给出关于数据平面的架构示意图。

控制平面通过南向的信令接口能够对接入平面和数据平面进行用户接入策略以及数据转发策略集中控制和全局资源调度；

基于控制平面友好的北向接口功能平面可以实现传统核心网元功能：第四虚拟设备实现会话管理功能和第五虚拟设备实现移动性管理功能等，也方便部署新功能需求，在本方案中新增的三个虚拟设备，第一虚拟设备实现负载分析功能、第三虚拟设备实现无线拓扑发现功能和第二虚拟设备实现节能策略功能；

负载分析功能实现对网络业务负载和用户位置信息的实时收集功能，统计分析接入平面负载的时间相关特征和空间相关特性，建立负载特征模型；

无线拓扑发现功能实时维护无线接入网底层网络拓扑资源及网络配置，维护无线接入网络拓扑的全局视图；

节能策略功能根据无线接入网全局网络视图以及负载模型制定移动网络节能策略，对无线接入网容量和覆盖进行配置，并对相应范围的功能平面核心网元功能进行按需的创建或删除；

接入平面通过信息感知接口向功能平面的负载分析功能和无线拓扑发现功能的需求上报基站覆盖、容量配置信息和业务负载信息；

管理功能实现网络的自动化运营功能，在本方案中实现根据节能策略对基站小区的覆盖及容量配置操作，以及对应功能平面的网元功能动态部署。

本申请上述方案中借助SDN集中控制的网络架构能够有效避免分布式基站休眠方案中基站与相邻基站进行策略协商而引入大量信息交互流程；全局的业务负载感知及网络拓扑视图能力能够避免分布式方案容易导致局部最优解以及乒乓切换而造成的资源浪费；与异构网络下小基站休眠方案相比，本方案具有如下优势：

异构网络下小基站休眠方案需部署高功率宏基站成本较高且能耗大，无法对宏基站执行节能策略，本方案基于控制平面进行集中控制部署简单且能够适用于同构与异构多种网络架构；

异构网络架构本身具有宏小区与微小区重叠覆盖，形成许多小区边缘，干扰分布复杂的缺点；

本方案基于NFV网络功能虚拟化技术能够有效协同接入网与核心网的动态部署，达到更好的节能效果。

综上所述，本申请通过基于SDN和NFV实现对网络资源的统一管理、统一分配、统一部署和统一控制，使得整个网络可以根据负载情况进行虚拟网络凡的动态调整，如扩容或缩容，能够提高网络的整体性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于虚拟网络的节能方法，应用于城市密集部署蜂窝网络中，其特征在于，该方法包括：

控制器为接入的基站按照负载均衡原则分配虚拟设备，所述虚拟设备包括第一虚拟设备、第二虚拟设备和第三虚拟设备；

第一虚拟设备根据获取并存储的基站负载信息，获得区域业务量时间相关特性信息和区域业务量空间相关特性信息，并上报给第二虚拟设备；

第二虚拟设备根据接收到第一虚拟设备上报的区域业务量时间相关特性信息，以及获取并存储的区域基站容量总和，若确定当前网络处于重载状态，则向第三虚拟设备发送基站拓扑请求；在接收到第三虚拟设备响应的基站拓扑信息时，根据接收到的区域业务量空间特性信息配置网络扩容策略，并下发到控制器；

控制器根据接收到的网络扩容策略为基站，以及各虚拟设备配置更新参数，并将对应的更新参数携带在更改消息发送给对应的基站和虚拟设备；

基站在接收到配置更新消息时，根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；并向控制器，以及虚拟设备发送配置已更改消息；

虚拟设备接收到基站发送的配置已更改消息时，根据接收到的配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；并向控制器发送配置更已更改消息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站在接收到配置更新消息之后，所述根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置之前，所述方法进一步包括：

向管理平台发送配置更新请求，若接收到管理平台发送的配置更改应答消息，则根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；

所述虚拟设备接收到基站发送的配置已更改消息之后，根据接收到的配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置之前，所述方法进一步包括：

向管理平台发送配置更新请求，若接收到管理平台发送的配置更改应答消息，则根据接收到的配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

第二虚拟设备根据接收到第一虚拟设备上报的区域业务量时间相关特性信息，以及获取并存储的区域基站容量总和，若确定当前网络处于轻载状态，且处于业务量下降阶段，则向第三虚拟设备发送处于激活状态的基站拓扑请求；在接收到第三虚拟设备响应的基站拓扑信息时，根据当前区域业务量的空间特性信息配置网络缩容策略，并下发到控制器；

控制器根据接收到的网络缩容策略为基站，以及各虚拟设备配置更新参数，并将对应的更新参数携带在更改消息发送给对应的基站和虚拟设备；

基站在接收到配置更新消息时，将配置更新消息中携带的更新参数发送给对应小区用户终端使对应用户终端进行按需切换后，根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；并向控制器，以及虚拟设备发送配置已更改消息；

虚拟设备接收到基站发送的配置已更改消息时，根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置；并向控制器发送配置已更改消息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述基站在接收到配置更新消息之后，所述将配置更新消息中携带的更新参数发送给对应小区用户终端使对应用户终端进行按需切换之前，所述方法进一步包括：

向管理平台发送配置更新请求，若接收到管理平台发送的配置更改应答消息，则将配置更新消息中携带的更新参数发送给对应小区用户终端使对应用户终端进行按需切换；

所述虚拟设备接收到基站发送的配置已更改消息之后，所述根据配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置之前，所述方法进一步包括：

向管理平台发送配置更新请求，若接收到管理平台发送的配置更改应答消息，则根据接收到的配置更新消息中携带的更新参数进行参数配置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

基站进入激活态，向控制器发送接入请求；

控制器收到基站发来的接入请求时，按照负载均衡的原则为该基站选择接入的虚拟设备；

针对接入的第一虚拟设备，建立到基站之间的信息感知接口；

第一虚拟设备通过建立的信息感知接口向基站发送负载信息上报请求消息；

基站在接收到负载信息上报消息时，向第一虚拟设备响应应答消息，并在该应答消息中携带负载信息上报请求消息中所请求的基站负载信息使第一虚拟设备进行存储，该基站负载信息包括：基站业务量、用户位置信息、用户业务量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

针对接入的第三虚拟设备，建立到基站之间的信息感知接口；

第三虚拟设备通过建立的信息感知接口向基站发送基站配置信息请求消息；

基站在接收到基站配置信息请求消息时，向第三虚拟设备响应应答消息，并在应答消息中携带基站位置信息和配置总容量；

第三虚拟设备在接收到基站应答的基站位置信息和配置总容量时，获取区域总容量，并上报给第二虚拟设备。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当控制器接收到网络扩容策略，或网络缩容策略，为对应基站重新选择虚拟设备。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当为任一基站分配的第三虚拟设备变化时，建立变化后的第三虚拟设备到该基站之间的信息感知接口；

当为任一基站分配的第一虚拟设备变化时，建立变化后的第一虚拟设备到该基站之间的信息感知接口。