CN105846867B - 基于多基站CoMP和休眠技术的动态簇划分方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于多基站CoMP和休眠技术的动态簇划分方法，步骤为(1)指定合作簇中基站个数的最大值，用户数据数率的最小值，初始化系统能效，合作簇为空集，根据基站负载大小，将基站分为类型1、2、3；(2)类型2中的基站选择分簇，使每个基站都和邻近的开启基站形成簇，通过迭代得到最终的合作簇C_0j及能效值(3)删除类型2、3中在合作簇C_0j出现的基站，更新类型2、3中的基站形成的合作簇；直到类型2中无基站；(4)对于类型3中剩余的基站，每个基站都对应一个簇集合，在簇集合中选择能效最大的簇C_0j，更新类型3及簇集合，直到类型3中无基站。本方法通过多基站CoMP和休眠技术的结合且改变簇的大小，使系统的能效获得优化。

Description

基于多基站CoMP和休眠技术的动态簇划分方法

技术领域

本发明涉及到无线蜂窝网络中能效研究的基于基站休眠技术和多点合作通信技术(CoMP)，更具体地，涉及一种基于多基站CoMP和休眠技术的动态簇划分方法。

背景技术

随着信息和通信技术的高速发展，维持通信的能量消耗也出现了令人惊愕的增长趋势。其中移动网络的能耗增长速度在整个ICT产业中几乎是最快的。

在无线通信网络中，无线基站消耗了巨大的能量，其中无线接入部分消耗了超过50％的能量。同时随着其他产业开始逐步运用通信网络来减少自身产业的碳排放量，信息与通信技术产业的碳排放量将呈现增长趋势。最终，减少整个信息与通信技术产业的排放量的重任将落到蜂窝网络的能效上来。

基于资源管理的能效策略是无线通信系统中减少能耗的一种有效手段。其中基站控制的休眠技术和CoMP分簇技术是无线通信网络中不同层的核心节能方式，其中基于低流量的基站休眠策略是通过流量负荷的变化来休眠和唤醒基站，从而使得能量得到节省。其方法是在基站的硬件部件中，增加一个低功耗的探测器，用来检测终端对基站的唤醒信号。在终端没有发出唤醒信号的时候，基站可以进入休眠状态；当探测器检测到终端的唤醒信号后，基站进入活跃状态。通过这种休眠策略，系统可以有效的节省能耗，增大能效。

在CoMP通信中，分簇技术就是一种用户选择基站分簇的自适应策略，每个基站到用户的无线信号都能被测量，根据用户的测量信号来决定哪几个基站分为一簇。随着用户分布的变化或者信道状态的变化，用户会动态地选择分簇。这种分簇方案复杂度虽然较高，但是对系统的增益却是有明显提升。

虽然以上两种策略都能实现系统能效的改善，但都存在一定的缺陷，(1)基站的开启与休眠会增大用户服务的中断概率，且可能开启更多的基站，节能效果并不明显，只能折中考虑节能和覆盖率；(2)CoMP分簇技术将引入额外的信号处理和回程功耗，因此它在实际应用中节能的效果也受到限制。

因此，有必要提供一种多基站CoMP和休眠技术的动态簇划分策略，即基站的休眠技术和多点合作的动态分簇技术的结合，更好的发挥多点合作动态分簇策略的优越性使其与基于基站的休眠技术结合时能获得更大的系统能效，节省能耗，在用户数据数率和系统能效之间取得更好的权衡。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多基站CoMP和休眠技术的动态簇划分方法，本发明的多点合作动态分簇与基站休眠策略相结合时，能在用户数据数率和系统能效之间取得更好的折中,既能保证用户的平均数据数率，又能获得较高的系统能效。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：

基于多基站CoMP和休眠技术的动态簇划分方法，包括如下步骤：

(1)基站接收到用户的服务请求后，通过计算基站的负载大小，将所有基站分为类型1、类型2、类型3。类型1中基站负载等于零，并将其基站归为集合α，此集合的所有基站直接休眠；类型2中的基站负载小于给定阈值，将其所有基站归为集合β，此集合的基站休眠后合作即先休眠后自适应的选择分簇；类型3中的基站仅为合作，将其所有基站归为集合γ，类型2中的每个基站都能和邻近的类型3基站开启基站形成簇集合。初始化簇大小的最大值、用户数据数率的最小值，令初始能效初始合作簇

(2)集合β中的基站在假定簇大小初始值为2时，与邻近的不休眠基站的集合γ形成多个簇集合，在保证系统能效最大时，得到第一个合作簇C_0j，在集合β、集合γ中删除在合作簇C_0j出现的基站，同时更新集合β、集合γ；

(3)集合β中的基站利用贪婪算法每次选择具有最大系统能效的簇集合作为合作簇C_0j，直到

(4)集合γ中剩余的基站，同样使用与集合β相同的操作，找到能效最大的合作簇C_0j，直到

基站的负载大小计算公式为：

其中M_j表示所有连接到基站j上的用户集合，b_ij表示用户i连接到基站j上时所分配的带宽，B_j表示基站j的总带宽；当基站的负载L_j等于0时，基站将处于休眠状态；当基站的负载L_j大于零小于等于阈值时，基站将处于休眠后合作状态，当基站的负载L_j大于阈值时，基站将处于仅合作状态。

集合β中的基站在假定簇大小初始值为2时，与邻近的不休眠基站的集合γ形成多个簇集合，在保证系统能效最大时，得到第一个合作簇C_0j时，根据判别优先函数R_cluster(j,C_j)，确定基站j与将与集合γ中的哪些基站形成集合簇，用于计算找到与基站j组成集合簇的基站的优先函数R_cluster(j,C_j)计算式：

U_j表示第j个基站内用户的集合，C_j表示第j个基站与附近基站组成的集合，R_i表示用户i的数据数率；判别优先函数的意义是，基站将会优先选择使得簇内用户数据数率最大的基站一起合作。

更新集合β和集合γ，同时将得到的集合簇按优先判别函数的形成簇集合ψ_k(j)，是由ψ_k-1(j)中能效EE_C最大的簇C_kj和簇C_kj中的每一个基站周围邻近的一个基站组成的新的簇集合。

通过每一次的迭代，获得使得系统能效EE_C达到最大的合作簇C_kj。

在保证用户的数据数率的前提下，以较低的复杂度最大可能的提高了系统的能效。

当使用较大的值作为簇大小的最大值时，系统内休眠基站的平均数据数率增大，且贪婪算法更倾向于使用较小值作为簇大小的最大值。

当使用较大的值作为簇大小的最大值时，系统可以自适应的选择合作簇的大小，这样可以保证在提高系统性能的同时，不至于增大在合作时产生的额外耗能。

在本发明的再一实施例中，系统可以自适应的选择合作簇的大小，这样可以保证在提高系统性能的同时，不至于增大在合作时产生的额外耗能。且当使用较小值作为簇大小的最大值时，系统内休眠基站的平均数据数率增大，系统能效获得显著地提高。

与现有技术相比，本发明基于基于多基站CoMP和休眠技术的动态簇划分方法，通过引入最大的簇大小N_Cmax，设置初始能效EE_C和初始合作簇C_0j，在保证用户的平均数据数率，又能获得高的系统能效

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明基于基站休眠和多点合作通信技术的流程图。

图2为本发明中所用到的簇大小可变策略的流程图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例。

在阐述本实施例基于基站休眠技术和簇大小可变的多点合作动态分簇技术的贪婪算法之前，先说明所述方法中涉及的以下概念：

集合α、β和γ：用α表示类型1的基站的集合，用β表示类型2的基站的集合，用γ表示类型3的基站的集合，用＝表示所有基站的集合。假设初始时，

类型1：根据负载计算公式判断如果L_j＝0，表明基站j覆盖的范围内没有用户，因此基站j直接进入休眠状态，同时基站j不需要进行合作，将这一类基站纳入到集合α，即α＝α+j；

类型2：如果0＜L_j≤a，其中a为设定的阈值，表明基站j覆盖的范围内用户数目小于阈值，那么基站j进入休眠状态，但是基站j内的用户需要通过合作通信COMP技术来服务，将这一类基站纳入集合β，即β＝β＋j；

类型3：剩下的基站将全部处于活跃状态，并且通过COMP技术进行分簇合作，将这一类基站纳入集合γ，即γ＝γ＋j；

基于基站的休眠技术：在基站的硬件部件中，增加一个低功耗的探测器，用来检测终端对基站的唤醒信号。在终端没有发出唤醒信号的时候，基站可以进入休眠状态；当探测器检测到终端的唤醒信号后，基站进入活跃状态。为了避免干扰的影响，可以对低功耗探测器设置一个阈值，当唤醒信号高于这个阈值的时候，基站才进入活跃状态。开启基站的休眠模式是一种高能效的方法，事实上，如果不考虑电路耗能和空调耗能，休眠模式耗能远小于活跃模式耗能。

多点合作通信技术(Coordinated Multiple Point,CoMP)：通过不同小区的协同传输，减小了小区间的干扰，从而提高小区边缘用户的吞吐量，进而提高系统的能效。

分簇策略：就是选择哪些基站一起合作为用户提供服务，主要的分簇策略可以分为三种：静态分簇、动态分簇和半动态分簇。

贪婪算法：为一种问题的求解方法，不追求全局最优解，只做出在当前看来是最好的选择。在本方法中，贪婪算法被用于选择合作簇的基站个数。每次选择合作簇基站个数的时候只选择使得当前系统性能最好的数目。

下面具体说明本实施例基于多基站CoMP和休眠技术的动态簇划分方法的流程。结合图1和图2，所述的簇大小可变的策略包括以下步骤：

步骤S1，基站接收到用户的服务请求后，通过计算基站的负载大小，按由小到大的顺序对基站进型分类，分为集合α、β和γ；

步骤S2，初始化簇大小的的最大值、用户数据数率的最小值，初始能效，初始合作簇，即初始能效初始合作簇在后续不断增加簇大小的过程中，则通过计算更新得到的最大能效值和合作簇作为初始值；

步骤S3，类型2中的基站虽然休眠，但需要进行合作，因此类型2中的基站选择与类型3中的基站合作，形成簇集合ψ_k(j)；

步骤S4，在簇集合ψ_k(j)中计算找到获得能效最大的簇；

步骤S5，利用得到最佳的合作簇,更新类型2和类型3中的基站，即：删除类型2和类型3中在合作簇中出现的基站；

步骤S6，依据更新后的类型2和类型3，判断类型2和类型3中的基站负载是否0；

然后，依据贪婪选择算法，从基站数最小的簇开始。接下来的步骤就是一个试探性的过程，即试探性地将选择不同的簇大小，根据之前的最佳的合作簇，选择与这个合作簇中的基站相邻的不休眠基站，组成合作簇，计算每一个簇的能效，最后选择最佳的合作簇，从而确定之后的簇大小。为了方便说明，以选择最大的簇大小为3的示例说明；集合β中的基站在假定簇大小初始值为2时，如步骤S3所示，集合β的基站与邻近的不休眠基站形成多个簇集合，在保证系统能效最大时，得到第一个合作簇C_0j只有两个基站，同时更新集合β，γ；

进行步骤6，判断集合β，γ，是否为空集；若集合β还有未合作的基站，则当簇大小的最大值为3时，回到步骤2，继续进行，直到找出能效最大时的合作簇；且

以上结合实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (2)

1.基于多基站CoMP和休眠技术的动态簇划分方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)基站接收到用户的服务请求后，通过计算基站的负载，与给定的阈值进行比较，将所有基站分为类型1、类型2、类型3，类型1中基站负载等于零，并将其基站归为集合α，此集合的所有基站直接休眠；类型2中的基站负载小于给定阈值，将其所有基站归为集合β，此集合的基站休眠后合作即先休眠后自适应的选择分簇；类型3中的基站仅为合作，将其所有基站归为集合γ，类型2中的每个基站都能和邻近的类型3基站开启基站形成簇集合；初始化簇大小的最大值、用户数据数率的最小值，令初始能效初始合作簇

(2)集合β中的基站在簇大小初始值为2时，与邻近的不休眠基站的集合γ形成多个簇集合，在保证系统能效最大时，得到第一个合作簇C_0j，根据判别优先函数R_cluster(j,C_j)，确定基站j与将与集合γ中的哪些基站形成集合簇，用于计算找到与基站j组成集合簇的基站的优先函数R_cluster(j,C_j)计算式：

U_j表示第j个基站内用户的集合，C_j表示第j个基站与附近基站组成的集合，R_i表示用户i的数据数率；判别优先函数的意义是，基站将会优先选择使得簇内用户数据数率最大的基站一起合作；在集合β、集合γ中删除在合作簇C_0j出现的基站，同时更新集合β、γ；将得到的集合簇按判别优先函数形成簇集合ψ_k(j)，簇集合ψ_k(j)是由ψ_k-1(j)中能效EE_C最大的簇C_kj和簇C_kj中的每一个基站周围邻近的一个基站组成的新的簇集合；

通过每一次的迭代，获得使得系统能效EE_C达到最大的合作簇C_kj；

(3)集合β中的基站利用贪婪算法每次选择具有最大系统能效的簇集合作为合作簇C_0j，直到

(4)集合γ中剩余的基站，同样使用与集合β相同的操作，找到能效最大的合作簇C_0j，直到

2.如权利要求1所述的基于多基站CoMP和休眠技术的动态簇划分方法，其特征在于：基站的负载大小计算公式为：

其中M_j表示所有连接到基站j上的用户集合，b_ij表示用户i连接到基站j上时所分配的带宽，B_j表示基站j的总带宽；当基站的负载L_j等于0时，基站将处于休眠状态；当基站的负载L_j大于零小于等于阈值时，基站将处于休眠后合作状态，当基站的负载L_j大于阈值时，基站将处于仅合作状态。