CN106304232B - 一种基站休眠的通信方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种基站休眠的通信方法及装置，其中，所述方法包括：在当前小区的基站处于休眠状态时，获取所述当前小区中的多个协作簇中各个用户之间的第一距离和所述协作簇中各个用户的能量信息；根据所述第一距离和所述能量信息，从第二协作簇中为当前小区的所有第一协作簇中的每个协作簇选择簇间簇头；所述簇间簇头与所述第一协作簇形成融合簇，通过所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信，节省能源消耗，并且在解决休眠小区正常通信的同时，不改变相邻小区基站的发射功率，实现对系统的整体覆盖，提高传输效率，节约频谱资源和功耗，在保证服务质量的前提下更好地节能通信。

Description

一种基站休眠的通信方法及装置
技术领域
本发明涉及蜂窝网络通信技术领域，尤其涉及一种基站休眠的通信方法及装置。
背景技术
随着通信技术的蓬勃发展，无线移动网络的规模正在迅猛扩大，造成了日益严重的能源消耗问题。能源消耗问题影响信息产业的平均能耗，同时，网络基础设备的功率消耗也迅速增长，因此，能源消耗问题将会成为制约未来信息和通信产业发展的重要瓶颈之一。
针对日益严重的能源消耗问题，目前作出了一定的研究，绿色能源采集技术是现有的一个重要手段，用户可以通过从相邻的干扰用户或者连接的基站处采集能源来进行通信；基于能源采集的动态功率调节算法，可以将太阳能、风能、潮汐能等绿色能源应用于蜂窝网通信，但是绿色能源采集技术有一个弊端，绿色能源本身的不稳定性和不连续性，使得采用绿色能源采集技术解决能源消耗问题的方法不完善，所以在此基础上，基站休眠的通信方法进一步成为通信技术领域的一项重要研究，现有技术中基站休眠后，休眠小区通过将休眠小区的用户分配到相邻小区的基站请求数据，通过提高相邻小区的基站的发射功率，增大覆盖范围，实现协同覆盖休眠小区各个用户的通信。
但是，现有技术的基站休眠的通信方法，会造成重叠覆盖，带来严重的小区间干扰问题，不能在保证服务质量的前提下很好地节能通信。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基站休眠的通信方法及装置，解决重叠覆盖、小区间干扰问题，在保证服务质量的前提下更好地节能通信。
为达到上述目的，本发明实施例公开了一种基站休眠的通信方法，包括：
在当前小区的基站处于休眠状态时，获取所述当前小区中的多个协作簇中各个用户之间的第一距离和所述协作簇中各个用户的能量信息，其中，所述协作簇为由请求相同数据且用户之间距离小于预设距离的用户形成的D2D协作簇；
根据所述第一距离和所述能量信息，从第二协作簇中为当前小区的所有第一协作簇中的每个协作簇选择簇间簇头，其中，所述第一协作簇为当前小区中的一个协作簇，所述第二协作簇为未休眠基站的小区的多个协作簇，所述未休眠基站与所述簇间簇头建立通信；
所述簇间簇头与所述第一协作簇形成融合簇，通过所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信，其中，所述融合簇的簇头为所述簇间簇头。
优选的，所述在当前小区的基站处于休眠状态时，获取当前小区中的多个协作簇中各个用户之间的第一距离和所述协作簇中各个用户的能量信息之前，所述基站休眠的通信方法还包括：
判断所述当前小区的基站是否处于休眠状态。
优选的，所述判断所述当前小区的基站是否处于休眠状态，包括：
获取并根据多个协作簇中各个用户接收数据消耗的功率和发送数据消耗的功率、传输数据的长度和传输数据的速率，得到每个基站对应的各个小区的能量效用函数，其中，每个基站对应有至少一个小区，所述至少一个小区中的每个小区中对应多个协作簇；
对所述各个小区的能量效用函数求和，得到所有小区的初始总能量效用函数；
将所述各个小区的能量效用函数由能量效用大到能量效用小排列，依次按照所述排列的次序对应的小区，对所述小区的所有协作簇分别形成小区对应的融合簇，通过所述小区对应的融合簇的簇头，所有协作簇内各个用户进行D2D通信；
在D2D通信之后，重新对各个小区的能量效用函数求和，得到当前总能量效用函数；
判断所述当前总能量效用函数是否小于初始总能量效用函数，如果是，则所述当前小区的基站处于休眠状态；如果否，则所述当前小区的基站不处于休眠状态。
优选的，所述获取并根据多个协作簇中各个用户接收数据消耗的功率和发送数据消耗的功率、传输数据的长度和传输数据的速率，得到每个基站对应的各个小区的能量效用函数，包括：
根据公式：得到各个基站对应的各个小区的能量效用函数，其中，
所述P是所述当前小区的协作簇的个数，P≥1，所述ψ是所述当前小区的基站本身的能量消耗，所述L是传输数据的长度，所述Ck是当前小区的一个协作簇，1≤k≤p，所述是簇头hk从基站nr接收数据时消耗的能量，所述是簇头hk到基站nr传输数据的速率，PR(nr,hk)是簇头hk从基站nr接收数据消耗的功率，所述是簇头hk向用户发送数据消耗的能量，所述是簇头hk到用户x传输数据的速率，是簇头发送数据消耗的功率，所述是所有用户从簇头hk接收数据时消耗的总能量，所述PR(hk,x)是用户x从簇头hk接收数据时消耗的功率，所述是β向接收集合中的用户发送数据时消耗的能量，所述Rβl是β向用户l传输数据的速率，PT,β是β发送数据消耗的功率，所述是接收集合中的所有用户从最优中继节点β接收数据时消耗的总能量，所述PR(β,l)是用户l从β接收数据消耗的功率。
优选的，所述根据所述第一距离和所述能量信息，从第二协作簇中为当前小区的所有第一协作簇中的每个协作簇选择簇间簇头，包括：
根据所述第一协作簇的簇头与所述第二协作簇的簇头的第二距离，在所述第二距离小于预设距离阈值时，将所述第二协作簇添加到所述第一协作簇的预设候选邻接簇集合中；
根据选择效用函数，从所述预设候选邻接簇集合中，确定所述第一协作簇的簇间簇头。
优选的，所述根据选择效用函数，从所述预设候选邻接簇集合中，确定所述第一协作簇的簇间簇头，包括：
根据选择效用函数：确定所述选择效用函数的最大值；
将所述最大值对应的用户作为所述第一协作簇的簇间簇头；
其中，所述dM是所述候选邻接簇集合和所述第一协作簇Ck中两个用户间的最大距离，所述是所述候选邻接簇集合中的用户v到所述第一协作簇Ck中所有用户的平均距离，所述Ecur(v)是用户v当前的剩余能量，所述E0是所述候选邻接簇集合中所有用户总的可用能量，所述w1和所述w2是相对应的权重，且w1+w2＝1。
优选的，所述将所述最大值对应的用户作为所述第一协作簇的簇间簇头，包括：
判断所述最大值对应的用户作为簇间簇头，是否已经作为其他第一协作簇的簇间簇头，其中，所述其他第一协作簇是当前小区的所有第一协作簇中除所述第一协作簇之外的第一协作簇；
如果是，重新从所述预设候选邻接簇集合中，确定所述第一协作簇的簇间簇头；
如果否，将所述簇间簇头作为所述第一协作簇的簇间簇头。
优选的，所述簇间簇头与所述第一协作簇形成融合簇，通过所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信，包括：
获取并根据传输数据的长度、每个基站对应小区的多个协作簇中各个用户之间传输数据的速率和传输数据的传输成本，选择最优中继节点，其中，所述传输成本为传输数据的长度除以用户之间传输数据的速率；
通过所述最优中继节点及所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信。
优选的，所述获取并根据传输数据的长度、每个基站对应小区的多个协作簇中各个用户之间传输数据的速率和传输数据的传输成本，选择最优中继节点，包括：
获取并根据所述融合簇中各个用户传输数据的传输成本，得到所述融合簇中用户传输数据的传输成本门限值；
根据所述传输成本和所述传输成本门限值，选择所述融合簇中用户与所述融合簇的簇头的传输成本、小于所述传输成本门限值的多个第一用户；
将所述多个第一用户构成后备中继集合，剩余的其他用户构成接收集合，其中，所述剩余的其他用户是所述融合簇中除所述多个第一用户之外的用户；
所述后备中继集合中的所述多个第一用户向所述接收集合中的第二用户传输数据，确定传输成本最小的用户为最优中继节点。
本发明实施例还公开了一种基站休眠的通信装置，包括：
获取模块，用于在当前小区的基站处于休眠状态时，获取所述当前小区中的多个协作簇中各个用户之间的第一距离和所述协作簇中各个用户的能量信息，其中，所述协作簇为由请求相同数据且用户之间距离小于预设距离的用户形成的D2D协作簇；
选择簇间簇头模块，用于根据所述第一距离和所述能量信息，从第二协作簇中为当前小区的所有第一协作簇中的每个协作簇选择簇间簇头，其中，所述第一协作簇为当前小区中的一个协作簇，所述第二协作簇为未休眠基站的小区的多个协作簇，所述未休眠基站与所述簇间簇头建立通信；
通信模块，用于所述簇间簇头与所述第一协作簇形成融合簇，通过所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信，其中，所述融合簇的簇头为所述簇间簇头。
由上述的技术方案可见，本发明实施例基站休眠的通信方法，为处于休眠状态的当前小区中的协作簇分别从未休眠基站的协作簇中选择簇间簇头，当前小区的协作簇分别与选择出的对应簇间簇头形成融合簇。簇间簇头作为融合簇的簇头，向未休眠基站请求数据，进而当前小区的协作簇中的用户进行D2D通信，使得不改变未休眠基站的发射功率，解决了重叠覆盖、小区间干扰问题，在保证服务质量的前提下更好地节能通信，同时，避免了通过直接增大未休眠基站的发射功率时，当前小区的协作簇的簇头直接向未休眠基站请求数据带来的，该簇头的通信范围内不存在未休眠基站的用户的情况。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基站休眠的通信方法的一种流程示意图；
图2为本发明实施例基站休眠的通信场景模型图；
图3为本发明实施例基站休眠的通信方法的另一种流程示意图；
图4为本发明实施例判断小区是否处于休眠状态的流程示意图；
图5为本发明实施例选择簇间簇头的流程示意图；
图6为本发明实施例基站休眠的通信装置的一种示意图；
图7为本发明实施例基站休眠的通信装置的另一种示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种基站休眠的通信方法，具体结合附图进行详细说明。
本发明基站休眠的通信方法，参照图1，包括：
步骤101，在当前小区的基站处于休眠状态时，获取所述当前小区中的多个协作簇中各个用户之间的第一距离和所述协作簇中各个用户的能量信息，其中，所述协作簇为由请求相同数据且用户之间距离小于预设距离的用户形成的D2D协作簇。
本发明基站休眠的通信是基于如图2所示的系统模型，该系统模型是下行多小区的蜂窝网场景，每个小区包括多个协作簇，每个协作簇由请求相同数据且用户之间距离小于预设距离的多个用户形成。用户使用相同的空气接口并且与蜂窝网使用相同的授权频段，采用Overlay(覆盖)的频谱共享方式，即不存在不同用户间的干扰问题。每个小区内，只有一个基站且均位于小区的中心位置，所有基站的发射功率和运营成本都相同。假设基站可以获得所有CSI(Channel State Information，信道状态信息)，基站休眠通信以及分簇都是在基站的控制下进行，分簇形成后簇内成员采用D2D通信方式进行直接通信，不同协作簇的簇成员不能直接进行通信，分簇形成的每个协作簇内有一个簇头202和多个簇成员203，在一个独立的协作簇内部只有簇头可以作为数据的发送者，而簇成员为数据的接收者。
步骤102，根据所述第一距离和所述能量信息，从第二协作簇中为当前小区的所有第一协作簇中的每个协作簇选择簇间簇头，其中，所述第一协作簇为当前小区中的一个协作簇，所述第二协作簇为未休眠基站的小区的多个协作簇，所述未休眠基站与所述簇间簇头建立通信。
从未休眠基站的小区的协作簇，即第二协作簇中，根据未休眠基站的小区的协作簇的簇头到当前小区的协作簇的簇头的距离以及获取到的当前小区中的多个协作簇中各个用户之间的第一距离和多个协作簇中各个用户的能量信息，分别为当前小区的第一协作簇确定簇间簇头，如图2所示选择出的簇间簇头201。
步骤103，所述簇间簇头与所述第一协作簇形成融合簇，通过所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信，其中，所述融合簇的簇头为所述簇间簇头。
当前小区的基站处于休眠状态时，即当前小区的基站停止工作时，当前小区为休眠小区，休眠小区的通信需要通过向未停止工作的基站对应的小区请求数据来完成。
选择出的簇间簇头与当前小区的第一协作簇形成融合簇，形成的融合簇如图2中融合簇204所示。融合簇按照D2D协作簇进行D2D通信，选择出的簇间簇头作为融合簇的簇头，融合簇通过簇间簇头向未休眠基站请求数据，进而当前小区即休眠小区中的协作簇中各个用户进行D2D通信。
本发明基站休眠的通信方法，从未休眠基站的协作簇中为处于休眠状态的当前小区中的所有协作簇选择簇间簇头，当前小区的所有协作簇分别与选择出的对应簇间簇头形成融合簇。簇间簇头作为融合簇的簇头，向未休眠基站请求数据，进而当前小区的协作簇中的用户进行D2D通信，使得不改变未休眠基站的发射功率，解决了重叠覆盖、小区间干扰问题，在保证服务质量的前提下更好地节能通信。
优选的，在当前小区的基站处于休眠状态时，获取当前小区中的多个协作簇中各个用户之间的第一距离和所述多个协作簇中各个用户的能量信息之前，所述基站休眠的通信方法还包括，参照图3所示：
步骤100，判断所述当前小区的基站是否处于休眠状态。
蜂窝网中绝大部分的能量消耗来自于基站本身的功耗系统，为了节约能源，当网络中流量负载较低时，可以有选择地使得基站处于休眠状态，节省能源消耗。
优选的，所述步骤100，参照图4所示，包括：
步骤401，获取并根据多个协作簇中各个用户接收数据消耗的功率和发送数据消耗的功率、传输数据的长度和传输数据的速率，得到每个基站对应的各个小区的能量效用函数，其中，每个基站对应有至少一个小区，所述至少一个小区中的每个小区中对应多个协作簇。
步骤402，对所述各个小区的能量效用函数求和，得到所有小区的初始总能量效用函数。
步骤403，将所述各个小区的能量效用函数由能量效用大到能量效用小排列，依次按照所述排列的次序对应的小区，对所述小区的所有协作簇分别形成小区对应的融合簇，通过所述小区对应的融合簇的簇头，所有协作簇内各个用户进行D2D通信。
对各个小区按照能量效用函数由大到小排列，并且按照排序后的顺序进行基站休眠，本发明基站休眠的通信方法为了更好地达到节能的效果，首先选择能量消耗大的基站进行处理，可以尽快降低整个网络间的能量消耗，即尽快达到最大化节能。所以将各个基站对应的各个小区的能量效用函数由能量效用大到能量效用小排列。
步骤404，在D2D通信之后，重新对各个小区的能量效用函数求和，得到当前总能量效用函数。
依次按照所述排列的次序对应的小区，假设小区是休眠小区，即假设小区的基站处于休眠状态，对小区的所有协作簇分别形成小区对应的融合簇，通过小区对应的融合簇的簇头，所有协作簇内各个用户进行D2D通信。
步骤405，判断所述当前总能量效用函数是否小于初始总能量效用函数，如果是，则所述当前小区的基站处于休眠状态；如果否，则所述当前小区的基站不处于休眠状态。
为了节省能源消耗，可以有选择地关闭基站，使得基站处于休眠状态，本发明通过比较初始总能量效用函数和通信后重新计算得到的当前总能量效用函数，根据初始总能量效用函数和当前总能量效用函数的关系，选择性地使部分基站处于休眠状态，提高传输效率，节约频谱资源和功耗，使得在保证服务质量的前提下更好地节能通信。
优选的，所述步骤401，包括：
根据公式：得到各个基站对应的各个小区的能量效用函数，其中，
所述P是所述当前小区的协作簇的个数，P≥1，所述ψ是所述当前小区的基站本身的能量消耗，所述L是传输数据的长度，所述Ck是当前小区的一个协作簇，1≤k≤p，所述是簇头hk从基站nr接收数据时消耗的能量，所述是簇头hk到基站nr传输数据的速率，PR(nr,hk)是簇头hk从基站nr接收数据消耗的功率，所述是簇头hk向用户发送数据消耗的能量，所述是簇头hk到用户x传输数据的速率，是簇头发送数据消耗的功率，所述是所有用户从簇头hk接收数据时消耗的总能量，所述PR(hk,x)是用户x从簇头hk接收数据时消耗的功率，所述是β向接收集合中的用户发送数据时消耗的能量，所述Rβl是β向用户l传输数据的速率，PT,β是β发送数据消耗的功率，所述是接收集合中的所有用户从最优中继节点β接收数据时消耗的总能量，所述PR(β,l)是用户l从β接收数据消耗的功率。
优选的，所述步骤102，包括：
步骤501，根据所述第一协作簇的簇头与所述第二协作簇的簇头的第二距离，在所述第二距离小于预设距离阈值时，将所述第二协作簇添加到所述第一协作簇的预设候选邻接簇集合中。
对未休眠基站的协作簇进行筛选，是未休眠基站的协作簇的簇头hi到第一协作簇，即当前小区的协作簇的簇头hk的距离，Dth是预设距离阈值，如果将未休眠基站的协作簇Ci添加到当前小区的协作簇Ck的候选邻接簇集合Γ中。
步骤502，根据选择效用函数，从所述预设候选邻接簇集合中，确定所述第一协作簇的簇间簇头。
D2D协作簇中的簇成员用户通过选择的簇间簇头，向未休眠基站请求数据通信。
优选的，所述步骤502，包括：
第一步，根据选择效用函数：确定所述选择效用函数的最大值。
第二步，将所述最大值对应的用户作为所述第一协作簇的簇间簇头。
其中，所述dM是所述候选邻接簇集合和所述第一协作簇Ck中两个用户间的最大距离，所述是所述候选邻接簇集合中的用户v到所述第一协作簇Ck中所有用户的平均距离，所述Ecur(v)是用户v当前的剩余能量，所述E0是所述候选邻接簇集合中所有用户总的可用能量，所述w1和所述w2是相对应的权重，且w1+w2＝1。
优选的，所述将所述最大值对应的用户作为所述第一协作簇的簇间簇头，包括：
判断所述最大值对应的用户作为簇间簇头，是否已经作为其他第一协作簇的簇间簇头，其中，所述其他第一协作簇是当前小区的所有第一协作簇中除所述第一协作簇之外的第一协作簇。
如果是，重新从所述预设候选邻接簇集合中，确定所述第一协作簇的簇间簇头；
如果否，将所述簇间簇头作为所述第一协作簇的簇间簇头。
优选的，所述步骤103，包括：
第一步，获取并根据传输数据的长度、每个基站对应小区的多个协作簇中各个用户之间传输数据的速率和传输数据的传输成本，选择最优中继节点，其中，所述传输成本为传输数据的长度除以用户之间传输数据的速率。
用户i到用户j传输数据的速率Rij可以表示为公式：
其中，Bij是所分配的频谱带宽，Hij是用户i与用户j间的信道增益，dij是用户i到用户j的距离，α是路径损耗指数，是瑞利衰落，本发明在实际运用中，假设每个信道的传输衰落是独立同分布的，Pi是用户i的发射功率，是用户j处接受到的平均噪声功率。
传输数据的长度是L，传输该数据的传输成本可以定义为：这里说的传输成本也就是以传输速率Rij传输长度为L的数据要消耗的时间，需要强调指出的是，本发明的传输成本不包括在节点处可能的排队延时以及网络阻塞所造成的延时，另外，本发明实施过程中假设存在底层接入机制来确保不同链路的相同或者不同频率的传输正交性，所以在本发明中不需要考虑链路间的同信道干扰。
第二步，通过所述最优中继节点及所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信。
网络中信道质量最差的链路会影响D2D协作簇数据的传输速率，即根据信道质量最差的链路确定数据传输的速率，进而保证簇内成员能后成功接收数据。如果簇头到簇成员之间的链路大部分信道质量良好，有少部分链路的信道质量较差，这样会导致极低的数据传输速率。为了克服较差链路对D2D协作簇的整体传输数据的速率的影响，实现实时业务共享，在实际的传输数据过程中需要选择合适的中继避开信道质量较差的链路，在传输数据的过程中通过多跳进行D2D通信。未休眠基站向融合簇的簇头以单播的形式发送请求的数据，本发明融合簇进行D2D通信选择的通过两跳进行通信，实际应用中，为了避开信道质量差的链路对数据传输的影响，也可以通过增加跳数，即大于两跳传输数据。
融合簇按照D2D协作簇数据转发的方法进行D2D通信，利用了D2D通信改善小区覆盖范围和吞吐量，以及减少数据传输消耗和时延，并且通过两跳进行通信，避开了信道质量较差的链路的影响，降低传输延迟，提高能源效率，在保证服务质量的前提下更好地节能通信。
优选的，所述获取并根据传输数据的长度、每个基站对应小区的多个协作簇中各个用户之间传输数据的速率和传输数据的传输成本，选择最优中继节点，包括：
首先，获取并根据所述融合簇中各个用户传输数据的传输成本，得到所述融合簇中用户传输数据的传输成本门限值。
融合簇按照D2D协作簇数据传输方法,即多跳通信方法进行D2D通信，下面对D2D协作簇数据传输的方法进行详细说明。以单个D2D协作簇为例进行说明，多个D2D协作簇数据传输多个协作簇分别按照单个D2D协作簇数据传输的方法进行通信。
D2D协作簇中存在M个通信用户，即UN＝{1，2，...，M}，簇头集合为UT＝{k}，簇成员集合为UR,设定C＝B-A表示C为A在B中的补集，则UR＝UN-UT；同时，对于UR中的任一非空子集R定义函数：其中，T(k,i)为D2D协作簇的簇头k到簇成员i传输数据的传输成本。
根据各个用户传输数据的传输成本，通过计算传输成本门限值的公式：Wn＝gmax(k,UR)得到传输成本门限值。
其次，根据所述传输成本和所述传输成本门限值，选择所述融合簇中用户与所述融合簇的簇头的传输成本、小于所述传输成本门限值的多个第一用户。
然后，将所述多个第一用户构成后备中继集合，剩余的其他用户构成接收集合，其中，所述剩余的其他用户是所述融合簇中除所述多个第一用户之外的用户。
融合簇按照D2D协作簇数据转发方法进行D2D通信，通过详细说明D2D协作簇数据传输的方法，说明融合簇中用户进行D2D通信的过程。根据上面步骤得到的传输成本门限值，通过公式：
将D2D协作簇簇成员集合中和簇头间传输成本小于传输成本门限值的多个用户构成后备中继集合，D2D协作簇簇成员集合中除添加到后备中继集合中的多个用户；通过公式：将剩余的其他用户构成接收集合，所说的接收集合是通信过程中的第二跳接收集合。
本发明中D2D协作簇通信第一跳由簇头到所述后备中继集合中的用户，第二跳由选择的所述最优中继节点到所述第二跳接收集合中的所有用户。
最后，所述后备中继集合中的所述第一用户向所述接收集合中的第二用户传输数据，确定使得传输成本最小的用户为最优中继节点。
通过公式:以最小化第二跳的传输成本为优选条件选择出最优中继节点，通过公式：
计算经过两跳通信传输数据消耗的总的传输成本，比较所有的选择出使得最小的传输数据的方法进行D2D通信。
本发明基站休眠的通信方法中，当前小区的协作簇中的用户进行D2D通信时，选择出最优中继节点，通过簇间簇头和最优中继节点，进行两跳通信，使得不改变未休眠基站的发射功率，解决了重叠覆盖、小区间干扰问题，在保证服务质量的前提下更好地节能通信。
本发明实施例还公开了一种基站休眠的通信装置，参照图6进行详细说明，包括：
获取模块601，用于在当前小区的基站处于休眠状态时，获取所述当前小区中的多个协作簇中各个用户之间的第一距离和所述协作簇中各个用户的能量信息，其中，所述协作簇为由请求相同数据且用户之间距离小于预设距离的用户形成的D2D协作簇。
选择簇间簇头模块602，用于根据所述第一距离和所述能量信息，从第二协作簇中为当前小区的所有第一协作簇中的每个协作簇选择簇间簇头，其中，所述第一协作簇为当前小区中的一个协作簇，所述第二协作簇为未休眠基站的小区的多个协作簇，所述未休眠基站与所述簇间簇头建立通信。
通信模块603，用于所述簇间簇头与所述第一协作簇形成融合簇，通过所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信，其中，所述融合簇的簇头为所述簇间簇头。
基站休眠的通信装置通过获取模块、选择簇间簇头模块和通信模块，选择簇间簇头与D2D协作簇形成融合簇，簇间簇头作为融合簇的簇头，向未休眠基站请求数据，进而当前小区的协作簇中的用户进行D2D通信，使得不改变未休眠基站的发射功率，解决了重叠覆盖、小区间干扰问题，在保证服务质量的前提下更好地节能通信。
需要说明的是，本发明实施例的装置是应用上述基站休眠的通信方法的装置，则上述基站休眠的通信方法的所有实施例均适用于该装置，且均能达到相同或相似的有益效果。
优选的，所述基站休眠的通信装置还包括，具体结合图7进行详细说明：
判断模块600，用于判断所述当前小区的基站是否处于休眠状态。
优选的，所述判断模块，包括：
能量效用函数计算子模块，用于获取并根据多个协作簇中各个用户接收数据消耗的功率和发送数据消耗的功率、传输数据的长度和传输数据的速率，得到每个基站对应的各个小区的能量效用函数，其中，每个基站对应有至少一个小区，所述至少一个小区中的每个小区中对应多个协作簇。
初始总能量效用函数子模块，用于对所述各个小区的能量效用函数求和，得到所有小区的初始总能量效用函数。
形成融合簇子模块，用于将所述各个小区的能量效用函数由能量效用大到能量效用小排列，依次按照所述排列的次序对应的小区，对所述小区的所有协作簇分别形成小区对应的融合簇，通过所述小区对应的融合簇的簇头，所有协作簇内各个用户进行D2D通信。
当前总能量效用函数子模块，用于在D2D通信之后，重新对各个小区的能量效用函数求和，得到当前总能量效用函数。
判断子模块，用于判断所述当前总能量效用函数是否小于初始总能量效用函数，如果是，则所述当前小区的基站处于休眠状态；如果否，则所述当前小区的基站不处于休眠状态。
优选的，所述能量效用函数计算子模块进一步用于，
根据公式：得到各个基站对应的各个小区的能量效用函数，其中，
所述P是所述当前小区的协作簇的个数，P≥1，所述ψ是所述当前小区的基站本身的能量消耗，所述L是传输数据的长度，所述Ck是当前小区的一个协作簇，1≤k≤p，所述是簇头hk从基站nr接收数据时消耗的能量，所述是簇头hk到基站nr传输数据的速率，PR(nr,hk)是簇头hk从基站nr接收数据消耗的功率，所述是簇头hk向用户发送数据消耗的能量，所述是簇头hk到用户x传输数据的速率，是簇头发送数据消耗的功率，所述是所有用户从簇头hk接收数据时消耗的总能量，所述PR(hk,x)是用户x从簇头hk接收数据时消耗的功率，所述是β向接收集合中的用户发送数据时消耗的能量，所述Rβl是β向用户l传输数据的速率，PT,β是β发送数据消耗的功率，所述是接收集合中的所有用户从最优中继节点β接收数据时消耗的总能量，所述PR(β,l)是用户l从β接收数据消耗的功率。
优选的，所述选择簇间簇头模块602，包括：
预设候选邻接簇集合子模块，用于根据所述第一协作簇的簇头与所述第二协作簇的簇头的第二距离，在所述第二距离小于预设距离阈值时，将所述第二协作簇添加到所述第一协作簇的预设候选邻接簇集合中。
簇间簇头确定子模块，用于根据选择效用函数，从所述预设候选邻接簇集合中，确定所述第一协作簇的簇间簇头。
优选的，所述簇间簇头确定子模块，包括：
最大值确定单元，用于根据选择效用函数：
确定所述选择效用函数的最大值。
簇间簇头单元，用于将所述最大值对应的用户作为所述第一协作簇的簇间簇头。
其中，所述dM是所述候选邻接簇集合和所述第一协作簇Ck中两个用户间的最大距离，所述是所述候选邻接簇集合中的用户v到所述第一协作簇Ck中所有用户的平均距离，所述Ecur(v)是用户v当前的剩余能量，所述E0是所述候选邻接簇集合中所有用户总的可用能量，所述w1和所述w2是相对应的权重，且w1+w2＝1。
优选的，所述簇间簇头单元，包括：
判断子单元，用于判断所述最大值对应的用户作为簇间簇头，是否已经作为其他第一协作簇的簇间簇头，其中，所述其他第一协作簇是当前小区的所有第一协作簇中除所述第一协作簇之外的第一协作簇。
重新选择子单元，用于判断所述最大值对应的用户作为簇间簇头，是否已经作为其他第一协作簇的簇间簇头，如果是，重新从所述预设候选邻接簇集合中，确定所述第一协作簇的簇间簇头。
簇间簇头子单元，用于判断所述最大值对应的用户作为簇间簇头，是否已经作为其他第一协作簇的簇间簇头，如果否，将所述簇间簇头作为所述第一协作簇的簇间簇头。
优选的，所述通信模块603，包括：
最优中继节点子模块，用于获取并根据传输数据的长度、每个基站对应小区的多个协作簇中各个用户之间传输数据的速率和传输数据的传输成本，选择最优中继节点，其中，所述传输成本为传输数据的长度除以用户之间传输数据的速率。
通信子模块，用于通过所述最优中继节点及所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信。
优选的，所述最优中继节点子模块，包括：
传输成本门限值单元，用于获取并根据所述融合簇中各个用户传输数据的传输成本，得到所述融合簇中用户传输数据的传输成本门限值。
选择单元，用于根据所述传输成本和所述传输成本门限值，选择所述融合簇中用户与所述融合簇的簇头的传输成本、小于所述传输成本门限值的多个第一用户。
集合构成单元，用于将所述多个第一用户构成后备中继集合，剩余的其他用户构成接收集合，其中，所述剩余的其他用户是所述融合簇中除所述多个第一用户之外的用户。
确定最优中继节点单元，用于所述后备中继集合中的所述多个第一用户向所述接收集合中的第二用户传输数据，确定传输成本最小的用户为最优中继节点。
本发明基站休眠的通信装置中，当前小区的协作簇中的用户进行D2D通信时，选择出最优中继节点，通过簇间簇头和最优中继节点，进行两跳通信，使得不改变未休眠基站的发射功率，解决了重叠覆盖、小区间干扰问题，在保证服务质量的前提下更好地节能通信。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基站休眠的通信方法，其特征在于，包括：
判断当前小区的基站是否处于休眠状态；
在所述当前小区的基站处于休眠状态时，获取所述当前小区中的多个协作簇中各个用户之间的第一距离和所述协作簇中各个用户的能量信息，其中，所述协作簇为由请求相同数据且用户之间距离小于预设距离的用户形成的D2D协作簇；
根据所述第一距离和所述能量信息，从第二协作簇中为当前小区的所有第一协作簇中的每个协作簇选择簇间簇头，其中，所述第一协作簇为当前小区中的一个协作簇，所述第二协作簇为未休眠基站的小区的多个协作簇，所述未休眠基站与所述簇间簇头建立通信；
所述簇间簇头与所述第一协作簇形成融合簇，通过所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信，其中，所述融合簇的簇头为所述簇间簇头；
其中，所述判断所述当前小区的基站是否处于休眠状态，包括：
获取并根据多个协作簇中各个用户接收数据消耗的功率和发送数据消耗的功率、传输数据的长度和传输数据的速率，得到每个基站对应的各个小区的能量效用函数，其中，每个基站对应有至少一个小区，所述至少一个小区中的每个小区中对应多个协作簇；
对所述各个小区的能量效用函数求和，得到所有小区的初始总能量效用函数；
将所述各个小区的能量效用函数由能量效用大到能量效用小排列，依次按照所述排列的次序对应的小区，对所述小区的所有协作簇分别形成小区对应的融合簇，通过所述小区对应的融合簇的簇头，所有协作簇内各个用户进行D2D通信；
在D2D通信之后，重新对各个小区的能量效用函数求和，得到当前总能量效用函数；
判断所述当前总能量效用函数是否小于初始总能量效用函数，如果是，则所述当前小区的基站处于休眠状态；如果否，则所述当前小区的基站不处于休眠状态；
其中，所述获取并根据多个协作簇中各个用户接收数据消耗的功率和发送数据消耗的功率、传输数据的长度和传输数据的速率，得到每个基站对应的各个小区的能量效用函数，包括：
根据公式：得到各个基站对应的各个小区的能量效用函数，其中，
所述P是所述当前小区的协作簇的个数，P≥1，所述ψ是所述当前小区的基站本身的能量消耗，所述L是传输数据的长度，所述Ck是当前小区的一个协作簇，1≤k≤p，所述是簇头hk从基站nr接收数据时消耗的能量，所述是簇头hk到基站nr传输数据的速率，PR(nr,hk)是簇头hk从基站nr接收数据消耗的功率，所述是簇头hk向用户发送数据消耗的能量，所述是簇头hk到用户x传输数据的速率，是簇头发送数据消耗的功率，所述是所有用户从簇头hk接收数据时消耗的总能量，所述PR(hk,x)是用户x从簇头hk接收数据时消耗的功率，所述是β向接收集合中的用户发送数据时消耗的能量，所述Rβl是β向用户l传输数据的速率，PT,β是β发送数据消耗的功率，所述是接收集合中的所有用户从最优中继节点β接收数据时消耗的总能量，所述PR(β,l)是用户l从β接收数据消耗的功率，所述Fr是各个基站对应的各个小区的能量效用函数，所述是当前小区的一个协作簇消耗的能量，所述是后备中继集合，所述是第二跳接收集合。
2.根据权利要求1所述的基站休眠的通信方法，其特征在于，所述根据所述第一距离和所述能量信息，从第二协作簇中为当前小区的所有第一协作簇中的每个协作簇选择簇间簇头，包括：
根据所述第一协作簇的簇头与所述第二协作簇的簇头的第二距离，在所述第二距离小于预设距离阈值时，将所述第二协作簇添加到所述第一协作簇的预设候选邻接簇集合中；
根据选择效用函数，从所述预设候选邻接簇集合中，确定所述第一协作簇的簇间簇头。
3.根据权利要求2所述的基站休眠的通信方法，其特征在于，所述根据选择效用函数，从所述预设候选邻接簇集合中，确定所述第一协作簇的簇间簇头，包括：
根据选择效用函数：确定所述选择效用函数的最大值；
将所述最大值对应的用户作为所述第一协作簇的簇间簇头；
其中，所述dM是所述候选邻接簇集合和所述第一协作簇Ck中两个用户间的最大距离，所述是所述候选邻接簇集合中的用户v到所述第一协作簇Ck中所有用户的平均距离，所述Ecur(v)是用户v当前的剩余能量，所述E0是所述候选邻接簇集合中所有用户总的可用能量，所述w1和所述w2是相对应的权重，且w1+w2＝1。
4.根据权利要求3所述的基站休眠的通信方法，其特征在于，所述将所述最大值对应的用户作为所述第一协作簇的簇间簇头，包括：
判断所述最大值对应的用户作为簇间簇头，是否已经作为其他第一协作簇的簇间簇头，其中，所述其他第一协作簇是当前小区的所有第一协作簇中除所述第一协作簇之外的第一协作簇；
如果是，重新从所述预设候选邻接簇集合中，确定所述第一协作簇的簇间簇头；
如果否，将所述簇间簇头作为所述第一协作簇的簇间簇头。
5.根据权利要求1所述的基站休眠的通信方法，其特征在于，所述簇间簇头与所述第一协作簇形成融合簇，通过所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信，包括：
获取并根据传输数据的长度、每个基站对应小区的多个协作簇中各个用户之间传输数据的速率和传输数据的传输成本，选择最优中继节点，其中，所述传输成本为传输数据的长度除以用户之间传输数据的速率；
通过所述最优中继节点及所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信。
6.根据权利要求5所述的基站休眠的通信方法，其特征在于，所述获取并根据传输数据的长度、每个基站对应小区的多个协作簇中各个用户之间传输数据的速率和传输数据的传输成本，选择最优中继节点，包括：
获取并根据所述融合簇中各个用户传输数据的传输成本，得到所述融合簇中用户传输数据的传输成本门限值；
根据所述传输成本和所述传输成本门限值，选择所述融合簇中用户与所述融合簇的簇头的传输成本、小于所述传输成本门限值的多个第一用户；
将所述多个第一用户构成后备中继集合，剩余的其他用户构成接收集合，其中，所述剩余的其他用户是所述融合簇中除所述多个第一用户之外的用户；
所述后备中继集合中的所述多个第一用户向所述接收集合中的第二用户传输数据，确定传输成本最小的用户为最优中继节点。
7.一种基站休眠的通信装置，其特征在于，包括：
判断模块，用于判断当前小区的基站是否处于休眠状态；
获取模块，用于在所述当前小区的基站处于休眠状态时，获取所述当前小区中的多个协作簇中各个用户之间的第一距离和所述协作簇中各个用户的能量信息，其中，所述协作簇为由请求相同数据且用户之间距离小于预设距离的用户形成的D2D协作簇；
选择簇间簇头模块，用于根据所述第一距离和所述能量信息，从第二协作簇中为当前小区的所有第一协作簇中的每个协作簇选择簇间簇头，其中，所述第一协作簇为当前小区中的一个协作簇，所述第二协作簇为未休眠基站的小区的多个协作簇，所述未休眠基站与所述簇间簇头建立通信；
通信模块，用于所述簇间簇头与所述第一协作簇形成融合簇，通过所述融合簇的簇头，向所述未休眠基站请求数据，以使所述第一协作簇内各个用户进行D2D通信，其中，所述融合簇的簇头为所述簇间簇头；
其中，所述判断模块，包括：
能量效用函数计算子模块，用于获取并根据多个协作簇中各个用户接收数据消耗的功率和发送数据消耗的功率、传输数据的长度和传输数据的速率，得到每个基站对应的各个小区的能量效用函数，其中，每个基站对应有至少一个小区，所述至少一个小区中的每个小区中对应多个协作簇；
初始总能量效用函数子模块，用于对所述各个小区的能量效用函数求和，得到所有小区的初始总能量效用函数；
形成融合簇子模块，用于将所述各个小区的能量效用函数由能量效用大到能量效用小排列，依次按照所述排列的次序对应的小区，对所述小区的所有协作簇分别形成小区对应的融合簇，通过所述小区对应的融合簇的簇头，所有协作簇内各个用户进行D2D通信；
当前总能量效用函数子模块，用于在D2D通信之后，重新对各个小区的能量效用函数求和，得到当前总能量效用函数；
判断子模块，用于判断所述当前总能量效用函数是否小于初始总能量效用函数，如果是，则所述当前小区的基站处于休眠状态；如果否，则所述当前小区的基站不处于休眠状态；
其中，所述能量效用函数计算子模块，具体用于根据公式：得到各个基站对应的各个小区的能量效用函数，其中，
所述P是所述当前小区的协作簇的个数，P≥1，所述ψ是所述当前小区的基站本身的能量消耗，所述L是传输数据的长度，所述Ck是当前小区的一个协作簇，1≤k≤p，所述是簇头hk从基站nr接收数据时消耗的能量，所述是簇头hk到基站nr传输数据的速率，PR(nr,hk)是簇头hk从基站nr接收数据消耗的功率，所述是簇头hk向用户发送数据消耗的能量，所述是簇头hk到用户x传输数据的速率，是簇头发送数据消耗的功率，所述是所有用户从簇头hk接收数据时消耗的总能量，所述PR(hk,x)是用户x从簇头hk接收数据时消耗的功率，所述是β向接收集合中的用户发送数据时消耗的能量，所述Rβl是β向用户l传输数据的速率，PT,β是β发送数据消耗的功率，所述是接收集合中的所有用户从最优中继节点β接收数据时消耗的总能量，所述PR(β,l)是用户l从β接收数据消耗的功率，所述Fr是各个基站对应的各个小区的能量效用函数，所述是当前小区的一个协作簇消耗的能量，所述是后备中继集合，所述是第二跳接收集合。
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